Schwefelsauren und deren Salze

Die wassrige Losung von Schwefeldioxid reagiert sauer. S02 ist das Saureanhydrid der schwefligen Saure H2SO3 (Gl. 5-30).

S02 + H20 H2SO3 (5-30)

Ahnlich wie bei der Losung von C02 in Wasser, liegt das Gleichgewicht weitgehend auf der linken Seite. Die Losung enthalt eine kleine (nicht bekannte!) Menge schwefliger Saure. Reine H2S03 ist instabil und kann nicht isoliert werden. Schweflige Saure H2S03 protolysiert in zwei Stufen (Gl. 5-31, 5-32):

H2SO3 + H20 — H30+ + HS03" (5-31)

HS03- + H20 — H30+ + S032‘ . (5-32)

Damit bildet die schweflige Saure zwei Arten von Salzen, die Hydrogensulfite (Bisulfite) mit dem Anion HSO3" und die Sulfite mit dem Saurerestion S032". Aufgrund seines Ver – mogens, in Anwesenheit von Feuchtigkeit Hydronium(H30+)-Ionen zu bilden, bezeichnet man S02 auch als saures Gas. C02? N02 und HC1 sind ebenfalls saure Gase.

Schwefeldioxid, schweflige Saure und Sulfite zeichnen sich durch ihr Reduktionsvermogen aus, wobei sie selbst zu Sulfat oxidiert werden. Dabei geht der Schwefel von der Oxidati – onsstufe +IV in die Oxidationsstufe +VI iiber.

Die exotherme Oxidation von S02 zu Schwefeltrioxid (SO3) ist kinetisch gehemmt und lauft nur in Anwesenheit von Katalysatoren ab (Gl. 5-33).

Kat.

S02 + V2 02 S03 AH= -99kJ/mol (5-33)

Schwefeltrioxid bildet mit Wasser Schwefelsaure H2S04. SO3 ist demzufolge das Sau­reanhydrid der H2S04. Von der zweibasigen Schwefelsaure leiten sich ebenfalls zwei Arten von Salzen ab, Hydrogensulfate HS04" und Sulfate SO42" (s. a. Кар. 6.5.3.8).

Die katalytische Oxidation von S02 zu SO3 bildet das Kemstuck der industriellen Schwe – felsaureproduktion. In der Atmosphare ubemehmen RuBpartikel bzw. Metallstaube die Funktion des Katalysators. Mit dem H20 der Luft bildet sich Schwefelsaure, die sofort zu Tropfen kondensiert (Schwefelsaurenebel bzw. -aerosole).

Die vorstehenden Betrachtungen machen deutlich, dass Schwefel in der Natur vor allem in Form von Verbindungen transportiert wird (Abb. 5.3), in denen er in oxidierter Form vor – liegt (SO2/SO3, H2S04/S042-). Natiirliche Quellen wie Pflanzen und Vulkane emittieren den Schwefel in reduzierter Form (z. B. H2S).

Die mittlere Verweildauer des S02 in der Atmosphare liegt bei etwa 2 Wochen. Dies ist zu kurz, als dass sich das Schadgas global liber groBere Bereiche ausbreiten kann. Man muss demnach von Regionen mit hoher S02-Belastung (Industriegebiete und deren Umgebung) und Regionen mit geringer Belastung (landliche Gebiete und Reinluftgebiete) ausgehen.

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Abbildung 5.3 Der Schwefelkreislauf in der Natur

Hinsichtlich des Einflusses der Atmosphare auf die Korrosion von Stahlen und anderen Baumetallen unterscheidet man in Abhangigkeit vom Ortsklima (Makroklima) folgende vier Atmospharentypen: L (Land) – Geringe Korrosionsbelastung, Atmosphare ohne nen – nenswerte Gehalte an S02 und anderen Schadstoffen; S (Stadt) – Mafiige Korrosionsbelas­tung, Atmosphare mit maBigen Gehalten an S02 und anderen Schadstoffen; I (Industrie) – Starke Korrosionsbelastung, Atmosphare mit hohen Gehalten an S02 und anderen Schad­stoffen; M (Meer) – Sehr starke Korrosionsbelastung, Atmosphare durch besonders korro – sionsfordemde Schadstoffe (z. B. СГ) verunreinigt und/oder mit standig hoher Luftfeuchte [KS 10].