SCHWEFELSÄURE: STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, NOMENKLATUR, VERWENDUNG - CHEMIE - 2025

Die schweflige Säure ist eine Oxysäure, die durch Auflösen von Schwefeldioxid, SO ₂ , Wasser gebildet wird. Es ist eine schwache und instabile anorganische Säure, die in Lösung nicht nachgewiesen wurde, da die Reaktion ihrer Bildung reversibel ist und sich die Säure in den Reagenzien, die sie erzeugt haben, schnell zersetzt (SO ₂ und H ₂ O).

Das schweflige Säuremolekül wurde bisher nur in der Gasphase nachgewiesen. Die konjugierten Basen dieser Säure sind übliche Anionen in Form von Sulfiten und Bisulfiten.

Quelle: Benjah-bmm27, aus Wikimedia Commons Das Raman-Spektrum von SO ₂ -Lösungen zeigt nur Signale aufgrund des SO ₂ -Moleküls und des Bisulfitionen, HSO ₃ ^- , was mit dem folgenden Gleichgewicht übereinstimmt:

SO ₂ + H ₂ O <=> HSO ₃ ^- + H ⁺

Dies weist darauf hin, dass mit dem Raman-Spektrum das Vorhandensein von schwefliger Säure in einer Lösung von Schwefeldioxid in Wasser nicht nachgewiesen werden kann.

Wenn es der Atmosphäre ausgesetzt wird, verwandelt es sich schnell in Schwefelsäure. Schwefelsäure wird durch Einwirkung von verdünnter Schwefelsäure und Zink zu Schwefelwasserstoff reduziert.

Der Versuch, eine Lösung von SO ₂ durch Verdampfen des Wassers zu konzentrieren, um eine wasserfreie schweflige Säure zu erhalten, führte zu keinen Ergebnissen, da sich die Säure schnell zersetzt (Umkehrung der Bildungsreaktion), so dass die Säure dies nicht kann isoliert sein.

Natürliche Formation

Schwefelsäure entsteht in der Natur durch die Kombination von Schwefeldioxid, einem Produkt der Aktivität großer Fabriken, mit atmosphärischem Wasser. Aus diesem Grund wird es als Zwischenprodukt des sauren Regens angesehen, das die Landwirtschaft und die Umwelt stark schädigt.

Seine Säureform ist in der Natur nicht verwendbar, wird jedoch üblicherweise in seinen Natrium- und Kaliumsalzen Sulfit und Bisulfit hergestellt.

Durch den Metabolismus schwefelhaltiger Aminosäuren entsteht im Körper endogen Sulfit. Ebenso entsteht Sulfit als Produkt der Fermentation von Lebensmitteln und Getränken. Sulfit ist allergen, neurotoxisch und metabolisch. Es wird durch das Enzym Sulfitoxidase metabolisiert, das es in Sulfat umwandelt, eine harmlose Verbindung.

Struktur

Isoliertes Molekül

Im Bild sehen Sie die Struktur eines isolierten schwefligen Säuremoleküls im gasförmigen Zustand. Die gelbe Kugel in der Mitte entspricht dem Schwefelatom, die roten den Sauerstoffatomen und die weißen den Wasserstoffatomen. Seine Molekülgeometrie um das S-Atom ist eine trigonale Pyramide, wobei die O-Atome die Basis zeichnen.

Im gasförmigen Zustand können die H ₂ SO ₃ -Moleküle als winzige trigonale Pyramiden betrachtet werden, die in der Luft schweben, vorausgesetzt, sie sind stabil genug, um eine bestimmte Zeit ohne Reaktion zu halten.

Die Struktur macht deutlich, woher die beiden sauren Wasserstoffatome stammen: von den schwefelgebundenen Hydroxylgruppen HO-SO-OH. Daher ist es für diese Verbindung nicht richtig anzunehmen, dass eines der sauren Protonen H ⁺ aus dem Schwefelatom H-SO ₂ (OH) freigesetzt wird .

Die beiden OH-Gruppen ermöglichen die Wechselwirkung von schwefliger Säure über Wasserstoffbrückenbindungen, und außerdem ist der Sauerstoff der S = O-Bindung ein Wasserstoffakzeptor, der H ₂ SO ₃ sowohl zu einem guten Donor als auch zu einem Akzeptor dieser Brücken macht.

Demnach sollte H ₂ SO ₃ in der Lage sein, wie Schwefelsäure H ₂ SO ₄ zu einer Flüssigkeit zu kondensieren . Trotzdem passiert das nicht so.

Molekül von Wasser umgeben

Bisher war es nicht möglich, wasserfreie schweflige Säure, dh H ₂ SO ₃ (1), zu erhalten; während H ₂ SO ₄ (aq) andererseits nach Dehydratisierung in seine wasserfreie Form H ₂ SO ₄ (l) umgewandelt wird, das eine dichte und viskose Flüssigkeit ist.

Wenn angenommen wird, dass das H ₂ SO ₃ -Molekül unverändert bleibt, kann es sich weitgehend in Wasser lösen. Die Wechselwirkungen, die in diesen wässrigen Lösungen herrschen würden, wären wiederum Wasserstoffbrückenbindungen; Infolge des Hydrolysegleichgewichts würde es jedoch auch elektrostatische Wechselwirkungen geben:

H ₂ SO ₃ (aq) + H ₂ O (l) <=> HSO ₃ ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq)

HSO ₃ ^- (aq) + H ₂ O (l) SO ₃ ^2- (aq) + H ₃ O ⁺

Das Sulfition SO ₃ ^2- wäre das gleiche Molekül wie oben, jedoch ohne die weißen Kugeln; und das Hydrogensulfit (oder Bisulfit) -Ion HSO ₃ ^- behält eine weiße Kugel. Unendliche Salze können aus beiden Anionen entstehen, von denen einige instabiler sind als andere.

In der Realität wurde bestätigt, dass ein extrem kleiner Teil der Lösungen aus H ₂ SO _{3 besteht} ; Das heißt, das erklärte Molekül ist nicht dasjenige, das direkt mit den Wassermolekülen interagiert. Der Grund dafür liegt in der Tatsache, dass es eine Zersetzung durch SO ₂ und H ₂ O erfährt , was thermodynamisch bevorzugt ist.

SW

Die wahre Struktur der schwefligen Säure besteht aus einem Schwefeldioxidmolekül, das von einer Wasserkugel umgeben ist, die aus n Molekülen besteht.

Somit ist SO ₂ , dessen Struktur eckig ist (Bumerang-Typ), zusammen mit seiner wässrigen Kugel für die sauren Protonen verantwortlich, die den Säuregehalt charakterisieren:

SO ₂ ≤ nH ₂ O (aq) + H ₂ O (l) <=> H ₃ O ⁺ (aq) + HSO ₃ ^- (aq) + nH ₂ O (l)

HSO ₃ ^- (aq) + H ₂ O (l) SO ₃ ^2- (aq) + H ₃ O ⁺

Zusätzlich zu diesem Gleichgewicht gibt es auch ein Löslichkeitsgleichgewicht für SO ₂ , dessen Molekül aus dem Wasser in die Gasphase entweichen kann:

SO ₂ (g) <=> SO ₂ (ac)

Physikalische und chemische Eigenschaften

Molekularformel

H ₂ SO ₃

Molekulargewicht

82,073 g / mol.

Aussehen

Es ist eine farblose Flüssigkeit mit einem stechenden Schwefelgeruch.

Dichte

1,03 g / ml.

Wasserdampfdichte

2.3 (in Bezug auf Luft als 1 genommen)

Korrosivität

Es ist ätzend gegenüber Metallen und Geweben.

Wasserlöslichkeit

Mit Wasser mischbar.

Empfindlichkeit

Es ist luftempfindlich.

Stabilität

Stabil, aber nicht kompatibel mit starken Basen.

Säurekonstante (Ka)

1,54 x 10 & supmin; ^²

pKa

1,81

pH

1,5 auf der pH-Skala.

Zündpunkt

Nicht brennbar.

Zersetzung

Wenn schweflige Säure erhitzt wird, kann sie sich zersetzen und giftigen Schwefeloxidrauch abgeben.

Nomenklatur

Schwefel hat die folgenden Valenzen: ± 2, +4 und +6. Aus der Formel H ₂ SO ₃ kann berechnet werden, welche Wertigkeit oder Oxidationszahl der Schwefel in der Verbindung hat. Lösen Sie dazu einfach eine algebraische Summe:

2 (+1) + 1v + 3 (-2) = 0

Da es sich um eine neutrale Verbindung handelt, muss die Summe der Ladungen der Atome, aus denen sie besteht, 0 sein. Wenn wir nach v für die vorherige Gleichung auflösen, haben wir:

v = (6-2) / 1

Somit ist v gleich +4. Das heißt, Schwefel nimmt mit seiner zweiten Wertigkeit teil, und gemäß der traditionellen Nomenklatur muss das Suffix –oso zum Namen hinzugefügt werden. Aus diesem Grund ist H ₂ SO ₃ als Schwefelsäure bekannt .

Ein weiterer schnellerer Weg, um diese Valenz zu bestimmen, ist der Vergleich von H ₂ SO ₃ mit H ₂ SO ₄ . In H ₂ SO ₄ hat Schwefel eine Wertigkeit von +6. Wenn also ein O entfernt wird, fällt die Wertigkeit auf +4; und wenn eine andere entfernt ist , die untere Wertigkeit +2 (was der Fall für die Säure würde hypo Schwefel Bär , H ₂ SO ₂ ).

Obwohl weniger bekannt, kann H ₂ SO ₃ gemäß der Stammnomenklatur auch als Trioxoschwefelsäure (IV) bezeichnet werden.

Synthese

Technisch wird es durch Verbrennen von Schwefel unter Bildung von Schwefeldioxid gebildet. Dann löst es sich in Wasser unter Bildung von schwefliger Säure. Die Reaktion ist jedoch reversibel und die Säure zersetzt sich schnell wieder in die Reaktanten.

Dies ist eine Erklärung dafür, warum schweflige Säure in wässriger Lösung nicht vorkommt (wie bereits im Abschnitt über ihre chemische Struktur erwähnt).

Anwendungen

Quelle: Pxhere

Im Allgemeinen beziehen sich die Verwendungen und Anwendungen von Schwefelsäure, da ihr Vorhandensein nicht nachgewiesen werden kann, auf die Verwendungen und Anwendungen von Lösungen von Schwefeldioxid und den Basen und Salzen der Säure.

Im Wald

Beim Sulfitverfahren wird Holzzellstoff in Form von nahezu reinen Cellulosefasern hergestellt. Verschiedene Schwefelsäuresalze werden verwendet, um Lignin aus Holzspänen unter Verwendung von Hochdruckgefäßen, sogenannten Digistoren, zu extrahieren.

Die zur Gewinnung des Holzzellstoffs verwendeten Salze sind je nach pH-Wert Sulfit (SO ₃ ^2- ) oder Bisulfit (HSO ₃ ^- ). Das Gegenion kann Na ⁺ , Ca ²⁺ , K ⁺ oder NH ₄ ^{+ sein} .

Desinfektions- und Bleichmittel

-Schwefelsäure wird als Desinfektionsmittel verwendet. Es wird auch als mildes Bleichmittel verwendet, insbesondere für chlorempfindliche Materialien. Darüber hinaus wird es als Zahnweißmittel und Lebensmittelzusatz verwendet.

-Es ist ein Bestandteil in verschiedenen Kosmetika für die Hautpflege und wurde als Pestizidelement bei der Eliminierung von Ratten verwendet. Beseitigt Flecken, die durch Wein oder Obst auf verschiedenen Stoffen verursacht werden.

-Es dient als Antiseptikum und ist wirksam, um Hautinfektionen zu vermeiden. Zeitweise wurde es bei Begasungen zur Desinfektion von Schiffen, Habseligkeiten kranker Opfer von Epidemien usw. verwendet.

Konservierungsmittel

Schwefelsäure wird als Konservierungsmittel für Obst und Gemüse verwendet und verhindert die Fermentation von Getränken wie Wein und Bier. Sie ist ein antioxidatives, antibakterielles und fungizides Element.

Andere Verwendungen

-Schwefelsäure wird bei der Synthese von Arzneimitteln und Chemikalien verwendet; bei der Herstellung von Wein und Bier; Raffination von Erdölprodukten; und wird als analytisches Reagenz verwendet.

-Das Bisulfit reagiert mit den Pyrimidinnukleosiden und fügt der Doppelbindung zwischen der 5- und 6-Position von Pyrimidin hinzu, wodurch die Bindung modifiziert wird. Die Bisulfit-Transformation wird verwendet, um auf sekundäre oder höhere Strukturen von Polynukleotiden zu testen.

Verweise

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