Schweflige Säure

Vorlage:Infobox Chemikalie Die schweflige Säure ist eine unbeständige, nur in wässriger Lösung existierende, zweiprotonige Säure, die beim Lösen von Schwefeldioxid in Wasser entsteht; ihre Salze und Ester heißen Sulfite und Hydrogensulfite.

Eigenschaften

Chemische Eigenschaften

In wässriger Lösung liegt ein Gleichgewicht zwischen Schwefeldioxid und der schwefligen Säure vor:

$\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{(}\mathrm{l}\mathrm{)}\mathrm{\rightleftharpoons }{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}$

Das Gleichgewicht der Reaktion liegt weit auf der linken Seite.

Versucht man die Lösung einzudampfen, um wasserfreie schweflige Säure zu erhalten, so zerfällt diese in Umkehrung der Bildungsreaktion. Beim Abkühlen kristallisiert ein Clathrat SO₂ · 5,75 H₂O aus, das sich bei 7 °C wieder zersetzt. Freie schweflige Säure H₂SO₃ ist daher nicht isolierbar.

Die Protolyse der schwefligen Säure verläuft in zwei Stufen. In der ersten Stufe bildet sich Hydrogensulfit:

${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\rightleftharpoons }\mathrm{H}\mathrm{S}{O}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}^{\mathrm{+}}$

Die Säurekonstante K_S1 wird (analog zur Kohlensäure) formal aus der Summe der Konzentrationen des gelösten Schwefeldioxids und der schwefligen Säure bestimmt:

$\frac{{𝑐}_{H_3{O}^{+}}\cdot {𝑐}_{HS{O}_3^{-}}}{{𝑐}_{[H_{2}S{O}_3]}}\mathrm{=}{\mathrm{K}}_{\mathrm{S}\mathrm{1}}\mathrm{=}\mathrm{1},\mathrm{5}\mathrm{4}\mathrm{\cdot }\mathrm{1}{\mathrm{0}}^{\mathrm{-}\mathrm{2}}$

mit ${𝑐}_{\mathrm{[}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{]}}\mathrm{=}{𝑐}_{{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}}\mathrm{+}{𝑐}_{\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}$

Die tatsächliche Säurestärke liegt jedoch wesentlich höher, da in wässrigen Lösungen so gut wie keine H₂SO₃-Moleküle vorliegen. Für die zweite Stufe der Protolyse (K_S2) gilt:

$\mathrm{H}\mathrm{S}{O}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\rightleftharpoons }\mathrm{S}{O}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}\mathrm{-}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}^{\mathrm{+}}$

$\frac{{𝑐}_{H_3{O}^{+}}\cdot {𝑐}_{S{O}_3^{2-}}}{{𝑐}_{HS{O}_3^{-}}}\mathrm{=}{\mathrm{K}}_{\mathrm{S}\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{1},\mathrm{0}\mathrm{2}\mathrm{\cdot }\mathrm{1}{\mathrm{0}}^{\mathrm{-}\mathrm{7}}$

Sulfit-Anion

Versetzt man schweflige Säure mit Basen, Metalloxiden oder Carbonaten, so kristallisieren mit dem Eindampfen der Lösungen die Salze der schwefligen Säure, die Sulfite, aus.

Die Hydrogensulfite lassen sich nur mit großen Kationen auskristallisieren, ansonsten entstehen Disulfite. Im Feststoff liegt das Hydrogensulfit-Anion in der Konstitution eines Sulfonats vor, der restliche Wasserstoff ist an den Schwefel gebunden.

Tautomerie

Tautomerie der schwefligen Säure mit Sulfonsäure

Schweflige Säure bildet in Wasser zwei einwertige tautomere Anionen, das Hydrogensulfit- und das Sulfonat-Ion mit den Strukturen HSO₃⁻ und SHO₃⁻, die sich als Deprotonierungsprodukte von der schwefligen Säure bzw. der Sulfonsäure ableiten lassen.

Biologische Bedeutung

Schweflige Säure ist auch Mitverursacher des sauren Regens, da das bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe (beispielsweise Kohle, Erdöl, Erdölprodukte) oder Biomasse gebildete Schwefeldioxid vom Regenwasser aus der Erdatmosphäre „ausgewaschen“ wird (siehe auch: Smog). Um zu verhindern, dass Schwefeldioxid in die Umwelt entweicht, gibt es verschiedene Verfahren zur Rauchgasentschwefelung.

Verwendung

Schweflige Säure und ihre Salze sind Reduktionsmittel, da sie durch Aufnahme eines weiteren Sauerstoffatoms zu Schwefelsäure beziehungsweise Sulfat oxidiert werden. In wässriger Lösung wird schweflige Säure durch Luftsauerstoff zu Schwefelsäure oxidiert.