Beim Experimentieren den Allgemeinen Warnhinweis unbedingt beachten.

Anders als das gasförmige Schwefeldioxid ist Schwefeltrioxid ein Festkörper, der bei Zimmertemperatur in hübschen asbestartigen Nadeln kristallisiert (-> Bild). Zur Gewinnung ist die direkte Oxidation von Schwefeldioxid durch Sauerstoff nicht möglich. Denn dies ist eine Gleichgewichtsreaktion, bei der die Reaktionsenergie kleiner ist als die notwendige Aktivierungsenergie. Deshalb zerfällt SO₃ in der Hitze eher, als dass es sich bildet.
Diese Substanz kann man aber dennoch leicht durch Oxidation von SO₂ herstellen. Dazu gibt es zwei Wege. Als Oxidationsmittel dient Sauerstoff. Reaktionsvermittler ist einmal Stickstoffdioxid, das andere Mal Vanadium(V)-oxid. Beide Stoffe sind aber auch direkt als Oxidationsmittel für SO₂ geeignet. Diese Reaktionen spielen bei der katalytischen Herstellung nach dem Bleikammerverfahren sowie nach dem Kontaktverfahren eine Rolle. Da wir hier nicht kontinuierlich arbeiten, ist der Aspekt der Katalyse jedoch nicht besonders gut zu erkennen.
Wir geben hier zwei Vorschriften, bei denen sich Schwefeltrioxid augenblicklich als weißer Festkörper bildet.

Bei der Oxidation von SO₂ unter Mitwirkung der Stickoxide färbt sich das Gasgemisch von Braun (NO₂) nach Farblos (NO).

Oxidation von Schwefeldioxid durch Stickoxid-Katalyse

Versuch 1: Oxidation von Schwefeldioxid durch Stickoxide Demonstrationsversuch; 15 min. Hinweis Der katalytische Aspekt kann wegen apparativen Schwierigkeiten bei der kontinuierlichen Zufuhr der Gase nicht gezeigt werden. Deshalb wird nur demonstriert, dass Stickoxide prinzipiell Schwefeldioxid zu oxidieren vermögen. Die Reaktion wird als trockene Gasreaktion gezeigt. Schwefeltrioxid bildet sich als fester, weißer Stoff (nadelförmige Kristalle). Da er eine hohe Dichte hat, befindet er sich nur in der unteren Hälfte des Kolbens. Da NO2 braun gefärbt ist und NO farblos ist, kann man den Fortgang der Reaktion auch über die Gasentfärbung verfolgen. Geräte Gasentwicklungsapparatur mit Tropftrichter, schwerschmelzbares Reagenzglas, einfaches Reagenzglas, Bunsenbrenner, 2 Kolbenprober, Zweihalskolben (250 ml) mit Quickfit oder Stopfen. Chemikalien Natriumbisulfit Na2S2O5 oder Natriumsulfit (wasserfrei) (T), Schwefelsäure (konz.), Blei(II)-nitrat (T), destilliertes Wasser, Bariumchloridlösung (gesättigt) (Xi), Salzsäure (konz.) (C). Durchführung 1 Herstellung der Gase (Abzug!) Schwefeldioxid (T) Man übergießt in einer Gasentwicklungsapparatur Natriumbisulfit mit Schwefelsäure und füllt mit dem Gas einen Kolbenprober. Stickstoffdioxid (T) Blei(II)-nitrat (T) wird zu einem Drittel in ein schwerschmelzbares RG gefüllt und über der Brennerflamme erhitzt. Man füllt mit dem braunen Gas (NO2) einen Kolbenprober. Es enthält herstellungsbedingt die gleiche Menge an Sauerstoff. 2 Oxidationsreaktion In einen Dreihalskolben füllt man eine halbe Kolbenproberportion NO2 und zwei Kolbenproberportionen SO2 ein. Der Kolben wird verschlossen. Es bildet sich rasch an der unteren Glaswand ein weißer Niederschlag von SO3. Man kann die weißen Schlieren nach unten absinken sehen. Nach kurzer Zeit hellt sich das Gas auf. Die völlige Gasentfärbung kann ca. eine Stunde dauern. Wenn man dann das Gefäß öffnet, färbt sich das Gas wegen der Reaktion des farblosen Stickstoffmonooxids NO mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid NO2 wieder braun. Hinweis Wenn man vor der Reaktion Gegenstände wie Steinchen, Glasstücke oder ähnliches in den Kolben gibt, kann man (wenn man Glück hat) die nadelförmigen Kristalle frei wachsen sehen. Uns ist das mit einem Teflonrührfisch gelungen (-> Bild).

Bei der Oxidation von SO₂ unter Mitwirkung der Vanadium-Oxide ändert das Vanadium seine Oxidationszahl. Vanadium(V)-oxid ist gelborange, Vanadium(IV)-oxid ist blauschwarz.

Oxidation von Schwefeldioxid durch Vanadium-Oxid-Katalyse

Versuch 2: Oxidation von Schwefeldioxid in Gegenwart von Vanadium-Oxid Schülerversuch; 10 min. Geräte Quarzrohr (Durchmesser 1 cm), Schlauchmaterial, Quarzwolle, Kolbenprober, zwei Bunsenbrenner oder einen mit breitem Aufsatz, Rundkolben (1 l), Tropfpipetten, Reagenzgläser. Chemikalien Natrium(bi)sulfit (wasserfrei) (Xn), Schwefelsäure (konz.) (C), Salzsäure (konz.) (C), Bariumchlorid (Xn), Sauerstoff (O), Vanadium(V)-oxid V2O5. Durchführung Vorbereitungen Man füllt je einen Kolbenprober zu einem Drittel mit Sauerstoff aus einer Gasdruckflasche und zu zwei Drittel mit Schwefeldioxid aus einer Gasentwicklungsapparatur. Letztere enthält Natrium(bi)sulfit, das man mit Schwefelsäure übergießt. Getrocknetes Vanadium-Oxid wird locker in ein Quarzrohr gefüllt. Nicht stopfen. Das Quarzrohr verschließt man mit Quarz- oder Glaswolle. Auf der einen Seite schließt man den Kolbenprober mit der Gasmischung an. Auf der anderen Seite schließt man einen Rundkolben ohne Wasser an. Oxidationsreaktion Nun erhitzt man das Quarzrohr mit dem Vanadium-Oxid. Dabei verfärbt es sich dunkel. Dann schiebt man langsam in kleinen Portionen die Gasmischung in den Reaktionsraum. Es bilden sich weiße Nebel von Schwefeltrioxid, die in den Rundkolben übergehen und zu Boden sinken. Das Vanadium-Oxid kann schmelzen; das stört die Reaktion aber nicht.

Bild 3 (Foto: Daggi)

Die Reaktionsprodukte kann man auf folgende Weise untersuchen:

Versuch 3: Nachweis der Reaktionsprodukte Man saugt oder bläst die Auffanggefäße aus, bis sie nicht mehr nach SO2 riechen. Dann löst man den weißen Niederschlag mit möglichst wenig destilliertem Wasser auf. Man prüft mit Indikatorpapier oder mit einem pH-Meter. Dann gibt man etwas Salzsäure und Bariumchloridlösung zu. Ergebnis Die Lösung ist stark sauer. Es bildet sich ein farbloser Niederschlag von Bariumsulfat. Beim gebildeten weißen Stoff handelt es sich also um Schwefeltrioxid, das Anhydrid der Schwefelsäure.

Diese Versuche sind zugleich ein kleiner Ausblick auf unsere neue Webseite "Katalysatoren und Enzyme".

Es gibt noch eine andere Möglichkeit, Schwefeltrioxid aus Schwefeldioxid herzustellen. Der Katalysator ist diesmal Aktivkohle. Darauf beruht ein Verfahren zur Rauchgasentschwefelung. Darüber berichten wir in einer besonderen Webseite - auch diesmal wieder mit Hinweisen zum Experimentieren.

Rüdiger Blume

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