|
|
|||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||
|
|||||||||||||||
     
|
|
Physikalisch-chemische Eigenschaften |
|||||||||||||||
Schwefel
tritt in zahlreichen Zustandformen (Modifikationen) auf,
von denen hier nur eine Auswahl behandelt werden soll. Orthorhombischer
Schwefel (rhombischer Schwefel), auch a-Schwefel
genannt, ist im reinen Zustand ein geruchloses Nichtmetall mit gelblicher
Farbe. Er ist aus ringförmig gewellten S8-Molekülen
aufgebaut. Seine Wärmeleitfähigkeit
und elektrische Leitfähigkeit sind schlecht,
er ist auch nicht löslich in Wasser. Gut löslich ist er in Schwefelkohlenstoff.
Rhombischer Schwefel ist bei Raumtemperatur stabil und bildet zitronengelbe,
spröde und rhombische Kristalle. Er wird in Stangen oder in Fäden
gehandelt.
Beim Erwärmen geht er zwischen 110° und 119°C in eine orangegelbe, leichtflüssige Schmelze über (l-Schwefel). Erwärmt man weiter, so wird diese ab 159°C allmählich dickflüssig und bildet bei 200°C eine dunkelbraune und harzartige Masse (m-Schwefel). Dabei lösen sich die ringförmigen S8-Moleküle allmählich auf und bilden lange Ketten. Oberhalb von 250°C nimmt die Zähflüssigkeit ab, und beim Siedepunkt (444°C) ist die Schmelze wieder dünnflüssig. Lässt man den geschmolzenen Schwefel in großen Tiegeln an der Oberfläche erstarren, bilden sich lange, monokline Kristallnadeln (monokliner Schwefel oder b-Schwefel), die aber unterhalb von 95,6°C langsam wieder in den rhombischen Schwefel übergehen.
Löst man Schwefel in Schwefelkohlenstoff und lässt man die Lösung in einer Petrischale längere Zeit stehen, kristallisiert nach einiger Zeit rhombischer Schwefel aus. Es bilden sich gelbe, klare Kristalle, die aber stark deformiert sind:
Schwefel ist sehr reaktionsfähig und geht mit vielen Elementen chemische Verbindungen ein. Die Ausnahme bilden Gold, Platin, Iridium, Stickstoff, Tellur, Iod und die Edelgase. An der Luft verbrennt Schwefel in einer Oxidation mit bläulicher Flamme zu dem giftigen und stechend riechenden Gas Schwefeldioxid SO2, das auch mit Schwefeltrioxid SO3 vermischt sein kann: S + O2 
SO2
DHR
= -297 kJ/mol
Die wässrige Lösung von Schwefeldioxid wird als Schweflige Säure bezeichnet. Ihre Salze heißen Sulfite. Entzündet man Gemische aus Schwefel- und Metallpulver, entstehen meist unter starker Wärmeentwicklung und Aufleuchten die entsprechenden Metallsulfide: Fe + S FeS
DHR
= -100 kJ/mol
Zn + S ZnS
DHR
= -201 kJ/mol
Cu + S CuS
DHR
= -53 kJ/mol
Mit Methan und einem Aluminiumoxid-Katalysator erhält man bei 700°C Schwefelkohlenstoff, eine giftige, farblose Flüssigkeit: CH4 + 4 S CS2
+ 2 H2S
Durch die Reaktion von Schwefel und Wasserstoff bei ca. 350 °C mit Hilfe von Katalysatoren gewinnt man das giftige Gas Schwefelwasserstoff: S + H2
H2S
DHR
= -21 kJ/mol
Von Salzsäure wird Schwefel nicht angegriffen, dagegen aber von oxidierend wirkenden Säuren wie konzentrierte Salpetersäure. Weitere wichtige Verbindungen des Schwefels sind die Schwefelsäure und ihre Salze, die Sulfate. Ist bei den Alkoholen das Sauerstoffatom der Hydroxy-Gruppe durch ein Schwefelatom ersetzt, dann erhält man ein Thiol (veraltet: Mercaptan oder Thioalkohol). Diese Stoffgruppe zeichnet sich durch einen äußerst unangenehmen Geruch aus. |
|
Physiologie |
|||
Pflanzen
nehmen das Biolelement Schwefel in Form der Sulfate
über die Wurzeln auf. Bei der Reduktion in den Chloroplasten wird
das Sulfat zu den Aminosäuren Cystein und Methionin assimiliert. Schwefel
ist auch ein Bioelement im menschlichen Körper.
Beim Cystin sind zwei Cysteinmoleküle über eine Sulfidgruppe
chemisch verbunden. Die Thiolgruppe R-S-H ist in vielen Peptiden, Proteinen
oder Koenzymen enthalten. Beim Biotinmolekül (Vitamin H) oder beim
Thiaminpyrophosphatmolekül (Vitamin B1) sind ebenfalls Schwefelatome
integriert.
Die akute Toxizität des elementaren Schwefels wird als nicht besonders hoch eingestuft. Allerdings kann sublimierter Schwefel auf der Haut und vor allem in den Augen Reizungen auslösen. Beim Verbrennen entsteht das stark giftige Gas Schwefeldioxid. |
|
Vorkommen |
||||||
Mit
einem Anteil von 0,048% steht Schwefel an 15. Stelle der Elementhäufigkeit.
In der Natur kommt der Schwefel elementar
in mächtigen Lagerstätten, beispielsweise in Sizilien, Polen,
Irak, Louisiana, Texas und Mexiko vor. Bei den vulkanischen Solfataren
lagert sich Schwefel ab. Dort tritt erhitztes und verdampftes Grundwasser
zu Tage, das mit den Gasen der Magma wie Schwefelwasserstoff gesättigt
ist. In Europa findet man die Solfatare zum Beispiel auf Island oder bei
den Vulkanen in Italien.
Wichtige Minerale, die Schwefelverbindungen enthalten, sind Gips (Calciumsulfat), Pyrit (Eisensulfid), Buntkupferkies (Kupfersulfid), Bleiglanz (Bleisulfid), Zinkblende (Zinksulfid) oder Zinnober (Quecksilbersulfid). Größere Mengen Schwefel sind auch in den fossilen Brennstoffen Erdöl und Kohle enthalten. Erdgas ist oft mit Schwefelwasserstoff H2S verunreinigt.
|
|
Geschichte |
|||
Schwefel
ist seit der Antike und wahrscheinlich auch schon seit dem Altertum bekannt.
In China und Ägypten verwendete man ihn zum Bleichen von Textilien
und zum Räuchern. Die Römer gewannen ihn aus Schwefelminen in
Sizilien. Bei den Alchimisten galt der Schwefel als das Prinzip der Brennbarkeit.
Im Jahre 1777 vermutete Antoine
Lavoisier (1743-1794) den elementaren Charakter des Schwefels, aber
erst 1809 wurde der Beweis durch Joseph
Gay-Lussac (1778-1850) und Louis Jacques Thénard (1777-1857)
erbracht.
Der deutsche Name Schwefel geht wahrscheinlich auf sanskrit swep oder sweblan ("schlafen" oder "erschlagen") zurück. Er hat vermutlich seinen Ursprung in der Giftigkeit des Schwefeldioxids. Das Symbol "S", als Abkürzung für das lateinische Wort sulfur, schlug J.J. Berzelius 1814 vor.  |
|
Herstellung |
|||
Etwa
die Hälfte des benötigten Schwefels kann aus gediegenem Schwefel
und einer nachfolgenden Reinigung durch Destillation gewonnen werden. Durch
ein 150-800 Meter langes Rohr wird heißes Wasser unter Druck in das
schwefelhaltige Gestein hineingedrückt. Der unterirdische Schwefel
schmilzt und wird anschließend mit heißer Pressluft nach oben
befördert. Man erhält Schwefel von sehr hoher Reinheit (99,5-99,8%).
Ein Bohrloch kann bis zu 300 Tonnen Schwefel pro Tag fördern:
Einen weiteren großen Anteil erhält man bei der Entschwefelung von Erdöl und Erdgas nach dem Claus-Verfahren. In zwei Stufen wird der im Erdgas (oder in Kokereigasen) enthaltene Schwefelwasserstoff H2S zunächst zu etwa einem Drittel mit Sauerstoff in einer Brennkammer zu Schwefeldioxid verbrannt. Dieses wird dann zusammen mit den restlichen zwei Dritteln Schwefelwasserstoff in Gegenwart eines Bauxitkatalysators bei ca. 300°C umgesetzt: 1. Schritt: 2 H2S + 3 O2
2 SO2 + 2 H2O
2. Schritt: 2 SO2 + 4 H2S
6 S + 4 H2O
Gesamtreaktion: 6 H2S + 3 O2
6 S + 6 H2O
Auch durch das Rösten von Pyrit kann Schwefel gewonnen werden. Man erhält beim Erhitzen des Erzes Schwefeldioxid, das anschließend mit Kohlenstoff oder Koks reduziert wird. |
|
Verwendung |
|||
Schwefel
ist ein wichtiger Rohstoff in der chemischen Industrie. Der größte
Anteil dient zur Herstellung von Schwefelsäure
und damit auch zur Herstellung von Düngemitteln.
Aus der Schwefelsäure sind zahlreiche Schwefelverbindungen zugänglich,
si auch die Sulfate. Reiner Schwefel wird zur
Herstellung von Zündhölzern, Schwarzpulver, Feuerwerkskörper,
zur Herstellung von Kunststoffen, Farbstoffen und Pigmenten (Ultramarinblau),
zur Vulkanisation von Kautschuk und Gummi, zum Schwefeln von Fässern
oder als Bleichmittel für Wolle und Seide verwendet. In der Medizin
findet er in Salben und Cremes zur Bekämpfung von Hautkrankheiten
wie Akne, Ekzeme, Krätze oder Schuppenflechte Anwendung. Schwefelbäder
sollen gegen Rheuma und Gicht wirken. Im Wein- und Gartenbau dient er zur
Bekämpfung von Spinnmilben und Mehltau.
|
|
Experimente - Medien |
|
| Demonstrationen
mit Schwefel
Sulfidreaktionen Digitale Folien zum Schwefel |
|
Schwefelverbindungen im Portrait |
||||||||||||||||||
|
| Copyright: Thomas Seilnacht |
Achtung
