Schwefeldioxid (SO2) ist eine anorganische chemische Verbindung aus Schwefel und Sauerstoff sowie das Anhydrid der Schwefligen Säure (H2SO3). Schwefeldioxid ist als Molekül gewinkelt aufgebaut, die Atome werden kovalent durch Doppelbindungen zusammengehalten. Unter Standardbedingungen ist Schwefeldioxid ein farbloses, schleimhautreizendes, stechend riechendes und giftiges Gas. Es ist sehr gut (physikalisch) wasserlöslich und bildet mit Wasser in sehr geringem Maße schweflige Säure.
Es entsteht unter anderem bei der Verbrennung von schwefelhaltigen fossilen Brennstoffen wie Kohle oder Erdölprodukten; diese enthalten bis zu 4 Prozent Schwefel. Auch Biomasse enthält je nach Herkunft teils erhebliche Mengen Schwefel, da dieser ein Mengenelement in allen bekannten Lebewesen ist, wodurch bei Verbrennung ebenfalls Schwefeldioxid entsteht. Dadurch trägt es in erheblichem Maß zur Luftverschmutzung bei. Es ist der Grund für sauren Regen, wobei das Schwefeldioxid zunächst von Sauerstoff zu Schwefeltrioxid oxidiert wird und dann mit Wasser zu Schwefelsäure (H2SO4) umgesetzt wird. Um die Emission von Schwefeldioxid zu verhindern, gibt es verschiedene Verfahren zur Rauchgasentschwefelung. Zudem findet sich Schwefeldioxid im Umfeld von Hochtemperaturgebieten und aktiven Vulkanen.Hans-Ulrich Schmincke: Vulkanismus. Wiss. Buchgesellschaft, Darmstadt 2000, S. 224 ff.
In vielen Industrieländern werden Erdöl und Erdgas sowie deren Produkte vor der Verbrennung von Schwefel befreit, meist durch ein Verfahren namens Hydrodesulfurierung. Auch Biogas wird vor der Nutzung behandelt, um den enthaltenen Schwefelwasserstoff zu entfernen (Biogasaufbereitung). Das sorgt für ein sichereres und weniger schädliches Produkt. Die Kosten dieser Verfahren können oft durch die Weiterverwendung des gewonnenen Schwefels in der chemischen Industrie ausgeglichen werden. Im Gegensatz dazu ist REA-Gips, der bei der Rauchgasentschwefelung entsteht, vergleichsweise günstig, deckt aber kaum die Kosten der Entschwefelung.<!-.-- Beleg ? --->
Herstellung Schwefeldioxid kann durch verschiedene Verfahren hergestellt werden, oft als Zwischenprodukt für die Herstellung von Schwefeltrioxid für die Sulfonierung oder Sulfatierung sowie die Herstellung von Schwefelsäure. Dazu wird Schwefel mit einer Temperatur von etwa 150 °C in einen Verbrennungsofen eingespritzt und mit getrockneter Luft verbrannt.
Im Claus-Prozess wird Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid verbrannt. In weiteren Schritten reagiert das entstandene Schwefeldioxid mit zusätzlichem Schwefelwasserstoff zu elementarem Schwefel und Wasser.Ralf Steudel: Chemie der Nichtmetalle. de Gruyter, Berlin, 2013, ISBN 978-3-11-030439-8, S. 465–466.
Man kann Schwefeldioxid auch durch das Rösten von sulfidischen Erzen wie Pyrit herstellen.
Aus Sulfiten und Kaliumdisulfit wird Schwefeldioxid durch stärkere Säuren freigesetzt.
Eigenschaften Physikalische Eigenschaften Schwefeldioxid hat eine relative Gasdichte von 2,26 (Dichteverhältnis zu trockener Luft bei gleicher Temperatur und gleichem Druck) und eine Dichte der flüssigen Phase am Siedepunkt von 1,458 kg/l. Die Gasdichte unter Normalbedingungen (0 °C, 1013 mbar) beträgt 2,9285 kg·m−3, bei einer Temperatur von 15 °C und einem Druck von 1 bar hingegen 2,728 kg·m−3. Die kritische Temperatur liegt bei 157,5 °C, der kritische Druck bei 78,8 bar und die kritische Dichte erhält den Wert 0,525 g·cm−3. Am Tripelpunkt liegt eine Temperatur von −75,5 °C und ein Druck von 16,7 mbar (12,56 Torr) vor.
Chemische Eigenschaften Schwefeldioxid ist ein farbloses, stechend riechendes und korrodierendes Gas. Es löst sich gut in Wasser, wobei eine schwach saure Lösung entsteht. Des Weiteren wirkt Schwefeldioxid als Reduktionsmittel.
Das Schwefeldioxid-Molekül kann durch zwei mesomere Grenzstrukturen beschrieben werden:
300px|Resonanzstrukturen von Schwefeldioxid (mesomere Grenzstrukturen)
Hierbei werden die beiden σ-Bindungen (zwei S–O-Bindungen) und das freie Elektronenpaar am S-Atom von dem s- und den zwei p-Orbitalen des S-Atoms gebildet. Die π-Bindung ist über das gesamte Molekül delokalisiert (Mehrzentren-π-Bindung).
Molekülgeometrie Gemäß dem VSEPR-Modell ist das Schwefeldioxid-Molekül gewinkelt gebaut. Es hat einen Bindungswinkel (O–S–O) von 119,5°. Die beiden S–O-Bindungen sind mit einer Bindungslänge von 143 pm gleich lang und damit sehr kurz.
150px|Winkel und Bindungslänge eines Schwefeldioxid-Moleküls
Schwefeldioxid besitzt als Molekülsymmetrie die Punktgruppe C2v.
Verwendung Flüssiges Schwefeldioxid löst zahlreiche Stoffe und hat sich daher als wertvolles aprotisch-polares Lösungsmittel etabliert.
In der Lebensmittelindustrie findet Schwefeldioxid als Konservierungs-, Antioxidations- und Desinfektionsmittel Verwendung, vor allem für Trockenfrüchte, Kartoffelgerichte, Fruchtsäfte, Marmelade und Wein. Wein- und Bierfässer werden zur Desinfizierung vor der Verwendung durch Behandlung mit SO2-Gas ausgeschwefelt.
Schwefeldioxid zerstört das Vitamin B1; ebenso finden sich in Laborversuchen Hinweise auf eine Zerstörung von B12-Vitaminen.H.-D. Belitz, W. Grosch: Food Chemistry. Springer Verlag, Berlin/Heidelberg 1999. In der EU ist es als Lebensmittelzusatzstoff der Nummer E 220 auch für Bio-Produkte zugelassen. Es dient auch zur Herstellung von Sulfurylchlorid SO2Cl2 und Thionylchlorid SOCl2. In der Sulfochlorierung dient es zur Herstellung von Tensiden.
Ferner ist Schwefeldioxid ein wichtiges Edukt zur Herstellung von Schwefeltrioxid, um anschließend konzentrierte Schwefelsäure z. B. mit dem Kontaktverfahren herzustellen.
Schwefeldioxid dient auch zur Herstellung von vielen Chemikalien, Medikamenten und Farbstoffen und zum Bleichen von Papier und Textilien. Es lässt Tinte verblassen.
Außerdem wird es als SchutzgasMatthias Bünck: Gießeigenschaften. In: Andreas Bührig-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur (Hrsg.): Handbuch Spanen. Hanser, München 2014, S. 36. verwendet, etwa um flüssige Metallschmelzen in der Gießerei an der Oxidation zu hindern.
Aufbewahrung Schwefeldioxid wird in der Industrie meist aus Druckgasflaschen bezogen und wird häufig zur Temperierung in der Produktionsumgebung, also in Innenräumen aufbewahrt, oft auch direkt neben Thermoprozessanlagen. Im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung ist für die Aufbewahrung von Schwefeldioxid gemäß § 5 Arbeitsschutzgesetz und § 6 GefStoffV zu ermitteln, ob sich durch die Lagerung von Gefahrstoffen Gefährdungen für die Beschäftigten oder andere Personen ergeben können.
Für die Aufbewahrung von Schwefeldioxid gelten (in Deutschland) insbesondere folgende Vorschriften: TRGS 510 Lagerung von Gefahrstoffen in ortsbeweglichen Behältern TRBS 3145 / TRGS 745 Ortsbewegliche Druckgasbehälter – Füllen, Bereitstellen, innerbetriebliche Beförderung, Entleeren TRBS 3146 / TRGS 726 Ortsfeste Druckanlagen für Gase Zum Gesundheitsschutz der Mitarbeiter und um den Anforderungen des Arbeitsschutzgesetzes zu entsprechen, sind Schwefeldioxid-Flaschen daher in einer geeigneten Aufbewahrungseinrichtung aufzubewahren. Geeignet dafür ist der entsprechend ausgestattete Sicherheitsgasflaschenschrank, dessen besondere Ausstattung für die Schwefeldioxid-Aufbewahrung aus folgenden wesentlichen Komponenten besteht: Der Sicherheitsschrank an sich für eine oder mehrere Schwefeldioxid-Flasche(n) und eine Stickstoffgas-Flasche. Dabei sind oft zwei Flaschen Schwefeldioxid für den Betrieb und die automatische Umschaltung vorgesehen. Eine Flasche steht im Schrank zum Vortemperieren, aus der zweiten Flasche wird das Gas zur Verwendung entnommen. Die Stickstoffgas-Flasche dient der Versorgung der Spüleinrichtung für den sicheren Flaschenwechsel. Der Sicherheitsschrank wird als feuerhemmender Schrank ausgeführt, da das unter Druck stehende Gas bei Erwärmung explodieren kann und dann schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden verursacht. Der Schrank sollte abschließbar sein, da das Sicherheitsdatenblatt für Schwefeldioxid „P405 - Unter Verschluss aufbewahren“ vorgibt. Schwefeldioxid -Druckregelstation aus Edelstahl mit automatischer Umschaltung zur unterbrechungsfreien Medienversorgung. Die Schwefeldioxid-Gasflaschen werden mit Edelstahlwellschlauch angeschlossen. Die verwendeten Armaturen müssen aus Edelstahl sein, da Schwefeldioxid mit Luftfeuchtigkeit zu Schwefelsäure (H2SO4) umgesetzt wird. Ein automatisches Absperrmagnetventil ermöglicht die Absperrung der Schwefeldioxid-Prozessleitung zur Verwendungsstelle bei Not-Aus-Betätigung oder bei Gas-Alarm. Der Gaswarnsensor im Sicherheitsschrank, ggfs. mit zusätzlichen weiteren Gaswarnsensoren in der Nähe der Verwendungsstellen, erzeugt den Gas-Alarm mit optischem und akustischem Signal. Fremdbelüftung mit Ventilator zur manuellen Betätigung durch den Benutzer und automatischen Auslösung bei Ansprache der Gaswarneinrichtung. Meist ist der Lüftungsauslass an ein Lüftungssystem angebunden, damit die Gase nicht in die Produktionsumgebung entweichen. Mit dieser speziellen Ausstattung des Schwefeldioxid-Schranks werden Beschäftigte sicher vor der Gefahr zu hoher Schwefeldioxid-Konzentration in Atemluft sowie vor Verätzungen bei Unfällen geschützt.
Einsatz in Konzentrationslagern Bei Experimenten mit Giftgasen, die im kroatischen KZ Stara Gradiška durchgeführt wurden, wurde neben Zyklon B auch Schwefeldioxid an serbischen, jüdischen und Roma-Frauen sowie Kindern eingesetzt.Michele Frucht Levy: „The Last Bullet for the Last Serb“ - The Ustasa Genocide against Serbs 1941–1945. In: David M. Crowe (Hrsg.): Crimes of State Past and Present. Routledge, 2011, ISBN 978-0-415-57788-5, S. 71. ()
Umweltverschmutzung mini|Drastische Emissionsreduktion seit 1990 in Deutschland
Schwefeldioxid schädigt in hohen Konzentrationen Mensch, Tiere und Pflanzen. Die Oxidationsprodukte führen zu „saurem Regen“, der empfindliche Ökosysteme wie Wald und Seen gefährdet sowie Gebäude und Materialien angreift. Dazu zählt auch die Schwächung von Forstpflanzen, die nach außerordentlichen Wintern stärkere Frostschäden erleiden als vergleichbare Pflanzen in weniger belasteten Gebieten.Theodor Keller: Frostschäden als Folge einer latenten Immissionsschädigung. In: Staub – Reinhalt. Luft. 38, Nr. 1, 1978, S. 24–26. Die SO2-Emissionen der entwickelten Industriestaaten konnten jedoch in den letzten zwei Jahrzehnten durch die Nutzung schwefelarmer bzw. schwefelfreier Brenn- und Kraftstoffe und mittels Rauchgasentschwefelung stark reduziert werden.
Von allen Verkehrsträgern leistet der internationale Schifffahrtsverkehr den höchsten Emissionsbeitrag. 2019 wurde eine Studie von Transport and Environment veröffentlicht, welche zeigt, dass allein die Kreuzfahrtschiffe von Carnival im Jahr 2017 etwa zehnmal so viele Schwefeloxide entlang Europas Küsten ausgestoßen haben wie alle Personenkraftwagen (über 260 Millionen) in Europa zusammen. Das Max-Planck-Institut für Meteorologie konnte im Rahmen einer Studie zeigen, dass in der Umgebung der stark frequentierten Seehäfen Rotterdam, Antwerpen und Milford Haven eine erheblich dichtere Wolkendecke herrscht als im Umland. Schwefeldioxid und Stickoxide wirken als Kondensationskeime und regen die Wolkenbildung an. Die durch diese Wolkendecke verstärkte Albedo führte zu einer Verringerung der Sonneneinstrahlung in den darunterliegenden Gebieten.planet-erde.de: Dicke Luft am Meer