Chemische Eigenschaften und Toxizität von Schwefeldioxid

Experimente:
Versuch 159: Verbrennen von Schwefel
Versuch 160: Entwickeln von Schwefeldioxid aus Natriumdisulfit
Versuch 161: Bildung von schwefliger Säure
Versuch 162: Nachweis von Schwefeldioxid mit Iodpapier
Versuch 163: Addition von Hydrogensulfit an Aldehyde
Versuch 164: Bleichung von Farbstoffen
Versuch 165: Bleichung von Blütenfarbstoffen


Verbrennt man Schwefel, so entsteht ein farbloses Gas, das stechend riecht und deutlich sauer schmeckt: Schwefeldioxid (-> Versuch 159). In der Umwelt gibt es für das Gas weitere Quellen.

Es folgt eine Zusammenfassung der wichtigsten chemischen Eigenschaften, die für die Wirkung von Schwefeldioxid auf die Umwelt verantwortlich sind. Sie sind aber auch Grundlage für die Entfernung von Schwefeldioxid aus den Abgasen.

1 Schwefeldioxid ist ein Säureanhydrid
Mit Wasser reagiert Schwefeldioxid zu schwefliger Säure (-> Versuch 161), die stufenweise dissoziiert:

Mit schwefliger Säure bildet SO2 Additionsverbindungen. Deren Salze heißen Bi- oder Disulfite wie z. B. Na2S2O5. Aus ihnen stellt man das Gas am einfachsten und saubersten her (-> Versuch 160).

2 Schwefeldioxid ist ein Reduktionsmittel
Schwefeldioxid, schweflige Säure und ganz besonders deren Anionen sind durch verschiedene Oxidationsmittel leicht oxidierbar. Sie sind also allesamt starke Reduktionsmittel. Von technischer und ökologischer Bedeutung sind folgende Reaktionen:

- Iod (hierauf beruht der SO2-Nachweis (-> Versuch 162));

SO2 + I2 + 2 H2O ———> SO42- + 2 I- + 4 H+

- Sauerstoff (Gipsbildung bei der Rauchgasentschwefelung);

Ca2+ + 2 HSO3- + O2 ———> CaSO4 · aq + H2SO4

- Vanadiumpentoxid (V2O5) oder Eisenoxid (Fe3O4) (Kontaktverfahren zur Herstellung von Schwefelsäure);


Katalytischer Kreisprozeß

- NOx (Historisches Bleikammerverfahren zur Herstellung von Schwefelsäure)

- Hydroxylradikal HO· (Atmosphärische Bildung von Schwefelsäure)

SO2 + 2 HO· ———> H2SO4

3 Schwefeldioxid addiert sich an Aldehyde
Mit Aldehyden, wie z. B. mit Acetaldehyd, reagiert Schwefeldioxid unter Bildung von Additionsverbindungen (-> Versuch 163).

4 Schwefeldioxid bleicht Farbstoffe
Diese Wirkung auf Farbstoffe kann fast immer durch die Addition von Schwefeldioxid bzw. Hydrogensulfit-Ionen an Doppelbindungen des ungesättigten Farbstoffmoleküls erklärt werden. Hierauf beruht auch die Chemie der Tintenkiller. Die Entfärbung ist manchmal durch Zugabe eines Oxidationsmittels oder durch Zugabe von Aldehyden reversibel (Schiffscher Aldehydnachweis) (-> Versuch 164).
Auf Addition von Hydrogensulfit-Ionen beruht auch die entfärbende Wirkung auf Blüten- und Blattfarbstoffe wie z. B. die Anthocyane (-> Versuch 165). Gleiches gilt auch für die Haltbarmachung von Trockenobst.

Toxische Wirkung von Schwefeldioxid
Viele chemische Eigenschaften dieses Gases lassen sich mit den schädigenden Wirkungen auf Lebewesen korrelieren:
Der saure Charakter unter Einbeziehung der Eigenschaft als starkes Reduktionsmittel führt wegen der Bildung von Schwefelsäure zur Schädigung der Lungen bzw. bei Wassertieren des Kiemengewebes.
Da Biochemie weitgehend Aldehydchemie ist, wirkt sich die Bildung von Additionsverbindungen mit Aldehyden auf molekularbiologischer Ebene aus. Man betrachte in diesem Zusammenhang z. B. die Glykolyse: So bildet Hefe in Gegenwart von geringen Mengen an Hydrogensulfit-Ionen anstelle von Ethanol nur Glycerin, da die Glykolyse auf der Ebene von Glycerinaldehyd unterbrochen wird (sog. Sulfitgärung). Große Mengen an Schwefeldioxid töten Mikroorganismen ab (wie beim Schwefeln des Weines oder von Weinfässern).
Weiterhin ist Schwefeldioxid ein Quellgas, das bei der Entstehung des Sauren Regens eine wichtige Rolle spielt. Die hierbei gebildete Schwefelsäure greift Böden, Gebäude, Pflanzen und Tiere an.


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Letzte Überarbeitung: 09. Dezember 2005, Dagmar Wiechoczek