Anorganische Säuren zum Beizen von Metallen 2 – Schwefelsäure „H2SO4“

In der folgenden Beitragsreihe möchte ich einen kurzen Überblick über jene anorganischen Säuren geben, welche beim Beizen klassischerweise eingesetzt werden.

Schwefelsäure H2SO4:

Schwefelsäure mit einer Molmasse von 98,08 g/mol und einer Dichte von 1,836 t/m³ ist in reiner Form eine farb- und geruchlose Flüssigkeit mit einem Schmelzpunkt von 10,4°C und einem Siedepunkt von 279,6°C.

Handelsübliche konzentrierte Schwefelsäure hat eine Konzentration von 96 bis 98% und liegt in nicht dissoziierter Form vor. Durch diesen Umstand ist sie nicht korrosive und kann sogar in einfachen Stahltanks gelagert werden. Konzentrierte Schwefelsäure ist hygroskopisch und nimmt Luftfeuchtigkeit auf. Beim Kontakt mit Wasser kommt es zu einer sehr stark exothermen Reaktion bei der sich die Säure bis zum Siedepunkt erwärmen kann. Dies ist auf eine Hydratbildung zurückzuführen wobei pro Mol Schwefelsäure  85,4 kJ Wärme frei werden. Wird die Säure für den Einsatz mit Wasser verdünnt ist vor allem im großtechnischen Einsatz eine Kühlung vorzusehen und generell besondere Sorgfalt sehr wichtig.

Die Dissoziation von Schwefelsäure läuft in zwei Stufen ab wobei die zweite bei höheren Wassergehalten verstärkt auftritt.

H2SO4 + H2O <-> H3O+ + HSO4-

HSO4- + H2O <-> H3O+ + SO4–

Es sei noch angemerkt, dass Schwefelsäure und Wasser vollständig mischbar sind und die Konzentration der Säure auch einfach über die Dichte bestimmt werden kann. Die nachfolgende Tabelle zeigt den von Dichte- und Konzentrationszusammenhang von Schwefelsäure. Die angeführten Zahlen wurden aus  Perry´s Chemical Engineers Handbook Seventh Edition entnommen.

Schwefelsäure ist eine oxidierende Säure und kann durch diese Eigenschaft auch edle Metalle wie beispielsweise Kupfer auflösen.

Als starke zweiprotonige Säure löst Schwefelsäure alle unedlen Metalle unter Bildung von Wasserstoff und der entsprechenden Sulfate bzw. Hydrogensulfate.

Fe + H2SO4 -> FeSO4 + H2

Eine weitere wesentliche Eigenschaft ist, dass Schwefelsäure die Eigenschaft besitzt die Salze der meisten anderen Säuren unter Bildung der ursprünglichen Säure zu zersetzen.

FeCl2 + H2SO4 -> FeSO4 + 2 HCl

Schwefelsäure kommt beim Beizen von Metallen vielfach zur Anwendung, oft auch in Form von Gemischen.

Im Gegensatz zur Salzsäure ist keine Technologie zur Regeneration der beim Beizen entstanden Metallsalze im großtechnischen Maßstab verfügbar. Bei Schwefelsäurebeizen kann lediglich die chemisch nicht verbrauchte Säure zurückgewonnen und erneut eingesetzt werden.

Datenquelle: Beizen von Metallen, Dr. Ralf Rituper, Eugen G. Leuze Verlag

Siehe auch die Blog-Beiträge zu weiteren anorganischen Säuren: Salzsäure; Salpetersäure; Phosphorsäure; Flusssäure