Die wichtigste Verbindung zwischen Schwefelsäure und Phosphorsäure besteht in der Regel darin, dass man das eine braucht, um das andere zu machen: Phosphorsäure entsteht, wenn Schwefelsäure mit Tricalciumphosphat, einer im Boden weit verbreiteten chemischen Verbindung, wechselwirkt. In vielen der wichtigsten Aspekte sind die Säuren sehr ähnlich, obwohl die schwefelhaltige Version dazu neigt, viel stärker sauer zu sein und daher oft korrosiver und potenziell gefährlicher ist. Forscher und Studenten verwenden in simulierten Laboren und Tests häufig die schwächere Phosphorversion, da sie sich in den meisten Fällen fast identisch verhält, ohne so stark zu sein. Besonders verdünnt können sowohl Schwefelsäure als auch Phosphorsäure als Katalysatoren für die gleichen chemischen Reaktionen verwendet werden. Sie haben so parallele Eigenschaften, dass ihre Identifikationsnummern der Vereinten Nationen und Nordamerikas für Warnungen und Gefahren gleich sind.
Chemische und physikalische Ähnlichkeiten
Auf mikroskopischer Ebene haben die beiden Säuren sehr ähnliche chemische Strukturen. Der Hauptunterschied zwischen ihnen ist ein Wasserstoffatom sowie das saure Kernelement. Die chemische Formel für Schwefelsäure ist beispielsweise H2SO4; es besteht vollständig aus Wasserstoff, Schwefel und Sauerstoff. Phosphorsäure hingegen trägt die Formel H3PO4. Es hat einen zusätzlichen Wasserstoff und enthält statt Schwefel Phosphor. Phosphor und Schwefel sind jedoch sehr eng verwandt. Wenn Schwefel mit den richtigen Komponenten und unter den richtigen Umständen interagiert, kann er tatsächlich zu Phosphor werden. Diese Verbindung wirkt sich auf fast jede Anordnung des Elements aus.
Wissenschaftler haben verschiedene Möglichkeiten, Säuren sofort zu unterscheiden, von denen einige einfacher sind als andere. Farbe, Konsistenz und Geruch sind meist einige der ersten Hinweise, aber in all diesen Punkten sind Schwefel- und Phosphorsäure identisch. Tatsächlich sind die Eigenschaften so ähnlich, dass diese beiden oft in dieselbe Chemikalienkategorie eingeordnet werden. Beides sind farblose Flüssigkeiten, die bei falscher Zugabe zu Wasser explosiv sind. Sie sind außerdem korrosiv und starke Oxidationsmittel, wenn sie den meisten Materialien, insbesondere Metallen, ausgesetzt werden.
Verwendung bei der Titration
Säuren wirken als Katalysatoren, was bedeutet, dass sie eine Reaktion beschleunigen, indem sie bestimmte Atomgruppen zusammenziehen. Schwefelsäure und Phosphorsäure haben eine ähnliche Größe, Form und elektrische Ladung. Sie wirken fast identisch als Katalysatoren – tatsächlich ahmen viele Chemieklassen industrielle Prozesse nach, die normalerweise Schwefelsäure erfordern, indem sie stattdessen Phosphorsäure mischen, was sicherer ist. Organismen verwenden häufig Phosphorsäure, was sie beim Verdauen viel sicherer als Schwefelsäure macht.
Eine Eigenschaft von Säuren, Dissoziation genannt, bestimmt, wie oft eine Säure zerfällt. Schwefelsäure ist diprotonisch, was bedeutet, dass sie sich zweimal trennt, und Phosphorsäure ist triprotonisch, was bedeutet, dass sie sich dreimal trennt. Dadurch können beide als Puffer verwendet werden, dh sie können die Säureeigenschaften einer Lösung stabilisieren. Schwefelsäure und Phosphorsäure werden verwendet, weil sie mehrfach dissoziieren.
Einsatz in Fertigung und Industrie
Der Großteil der verbrauchten Schwefelsäure wird in der Düngeindustrie verwendet. Das liegt nicht daran, dass Schwefelsäure gut für Pflanzen ist, sondern weil sie zur Herstellung von Phosphorsäure verwendet wird. Im Nassverfahren werden phosphorreiche Gesteine abgebaut und mit Schwefelsäure vermischt. Dabei werden Gas und Phosphorsäure in geringerer Konzentration freigesetzt. Die Phosphorsäure wird schließlich dem Boden zugesetzt, um einen phosphorreichen Dünger herzustellen.
Überlegungen zur Korrosivität
In der Biologie kann Schwefelsäure oft die gleichen Aufgaben erfüllen wie Phosphorsäure. Diese Verbindung kommt von alten Organismen, die Schwefelsäure verwendeten; moderne Organismen verwenden Phosphorsäure, weil sie weniger korrosiv ist. Es werden Experimente durchgeführt, um diese Verbindung zu testen und zu verstehen, warum Schwefelsäure bei bestimmten Aufgaben besser ist, wie zum Beispiel beim Abbau von Lebensmitteln. In einigen Fällen ist Schwefelsäure für Organismen giftig geworden und Phosphorsäure wirkt viel besser. In anderen Experimenten sind die Ergebnisse überraschend, da Schwefelsäure keinen Schaden anrichtet und die Aufgabe schneller erledigt als Phosphorsäure.