Demonstrationen mit Schwefel    

Stoffe:	Schwefel sublimiert, Schwefelkohlenstoff (Kohlenstoffdisulfid), Natriumthiosulfat, Salzsäure 20%, destilliertes Wasser, Kochsalz, Mehl
Geräte:	2 Bechergläser 100ml, 2 Bechergläser 600ml, Rundkolben 250ml, Faltenfilter mit Trichter, Stativ, Heizplatte, Petrischalen, Thermometer, Abdampfschale aus Porzellan, Dreifuß, Brenner, Spatellöffel, Diaprojektor mit Lochblende
	Schwefelkohlenstoff ist eine sehr giftige und leichtentzündliche Flüssigkeit. Das Arbeiten mit Schwefelkohlenstoff erfolgt stets im Abzug und unter Einhaltung der Sicherheitsvorkehrungen. Lesen Sie die nachfolgenden Hinweise!

 
Inhalt:
Hinweise zum Schwefelkohlenstoff
Didaktische Bemerkungen
Demonstration 1: Rhombischer und monokliner Schwefel
Demonstration 2: Kolloider Schwefel (Tyndall-Effekt)
Literatur
 
Hinweise zum Schwefelkohlenstoff:
Schwefelkohlenstoff ist im reinen Zustand eine farblose, aromatisch riechende, aber sehr giftige Flüssigkeit, die sich unter Lichteinwirkung gelb verfärbt. Die Flasche sollte dunkel in einem entlüfteten Giftschrank aufbewahrt werden. Das Arbeiten mit Schwefelkohlenstoff findet stets im Abzug statt. Schwefelkohlenstoff besitzt die niedrigste Zündtemperatur aller Lösungsmittel (102°C), seine Siedetemperatur liegt bei 46°C. Daher kann sich der Stoff bereits beim Umfüllen durch Berührung mit heißen Rohren oder Platten, aber auch durch elektrostatische Aufladung leicht entzünden. Schwefelkohlenstoff ist ein ausgezeichnetes Lösungsmittel für Schwefel, Phosphor, Selen, aber auch für viele unpolare, organische Flüssigkeiten.
 
Didaktische Bemerkungen:
Beim Experiment "Zustandformen des Schwefels" entdeckten die Schüler durch das Erhitzen und Abkühlen von Schwefel mehrere Schwefelmodifikationen. Die Demonstration hier ist als Ergänzung dazu gedacht. In der Natur kommt der Schwefel stets in der rhombischen Form vor. Beim Abkühlen einer heißen Schwefelschmelze bilden sich lange, monokline Kristallnadeln (b-Schwefel), die normalerweise aber unterhalb von 95,6°C allmählich wieder in rhombischen Schwefel übergehen. Bei der hier vorgestellten Versuchsanleitung bleiben die Nadeln längere Zeit erhalten, so dass sie den Schülern gezeigt werden können.
 
 
Demonstration 1: Rhombischer und monokliner Schwefel
 
a) Rhombischer Schwefel
Beachten Sie unbedingt die Sicherheitshinweise zum Schwefelkohlenstoff! Im Abzug werden in ein 100ml-Becherglas 20ml Schwefelkohlenstoff mit 10g gepulvertem Schwefel verrührt und vorsichtig auf einer Heizplatte erhitzt, bis der gesamte Schwefel gelöst ist. Die Lösung darf allerdings nicht bis zum Siedepunkt des Schwefelkohlenstoffs erhitzt werden (Siedepunkt 46°C). Dann lässt man die Lösung etwas abkühlen und gießt sie durch einen Faltenfilter in ein zweites gut gekühltes Becherglas. Die Lösung wird in eine Petrischale geschüttet und im Abzug für mehrere Tage stehen gelassen.
 

künstlich hergestellter rhombischer Schwefel	rhombischer Schwefel in der Natur

 
Beobachtungen:
Nach wenigen Stunden bilden sich in der Petrischale gelbe Kristalle von rhombischem Schwefel. Die Schale kann lange Zeit aufbewahrt werden und dient als Anschauungsobjekt im Unterricht.
 
b) Monokliner Schwefel
Eine mit gepulvertem Schwefel zur Hälfte gefüllte Abdampfschale aus Porzellan wird auf einem Dreifuß erhitzt, bis der Schwefel schmilzt. Danach gibt man zu der Schmelze weiter Schwefel, bis die Abdampfschale zur Hälfte mit der flüssigen Schmelze gefüllt ist. Man rührt gut um und lässt die Schale langsam abkühlen. Nun besteht die Kunst darin, die überstehende Schmelze im richtigen Moment abzugießen. Man erkennt die Bildung der monoklinen Nadeln am Boden bereits durch die Schmelze hindurch. Ist die Oberfläche wieder fest, ist es zu spät zum Abgießen. Gelingt der Versuch nicht, dann kann der Schwefel erneut eingeschmolzen werden.
 

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Beobachtungen:
Nach dem Abgießen der überstehenden Schmelze erkennt man deutlich die monoklinen Kristallnadeln, die nach innen zeigen. Wenn man die Schale an einen ruhigen Ort stellt, bleiben die Nadeln längere Zeit erhalten.
 
 
Demonstration 2: Kolloider Schwefel (Tyndall-Effekt)
 
Vorversuch:
Auf den Vorführtisch werden zwei 600ml-Bechergläser etwas erhöht aufgestellt und mit destilliertem Wasser vollgefüllt. Die Bechergläser sollten vorher staubfrei gereinigt werden! Nun dunkelt man den Raum ab und lässt von der Seite her mit einem Diaprojektor, vor dessen Objektiv eine Lochlinse geschoben wurde, einen dünnen Lichtstrahl durch die beiden Bechergläser fallen. In das vordere Becherglas gibt man danach einen Löffel Kochsalz, in das hintere einen Löffel Mehl.     Echte Lösung und kolloide Lösung  
Beobachtungen:
Nach dem Lösen des Salzes fällt der Lichtstrahl ungebrochen durch das Salzwasser, er ist kaum sichtbar. Hier handelt es sich um eine "echte Lösung". Das Mehl löst sich nicht im Wasser, sondern bildet eine Suspension. Der Strahlengang der Lichtstrahlen ist sichtbar, sie werden gebrochen. Hier handelt es sich um eine kolloide Lösung (vgl. auch >Lösungen).
 
Hauptversuch:
Ein 250ml-Rundkolben wird mit 250ml destilliertem Wasser gefüllt. Nach der Zugabe von einem Spatel Natriumthiosulfat rührt man solange, bis eine klare Lösung entsteht. Dann befestigt man den Rundkolben an einem Stativ und stellt ihn direkt vor das Objektiv eines Diaprojektors. Die Entfernung wird so eingestellt, dass sich auf der Projektionsfläche ein runder Kreis abbildet. Dann dunkelt man den Raum ab und gibt 20ml 20%ige Salzsäure hinzu.
 

durchlaufende Diashow	Momentaufnahme des "Sonnenuntergangs"

 
Beobachtungen:
Langsam verändert sich die zunächst klare Lösung im Rundkolben. Die Änderung ist zunächst an der immer gelber werdenden Farbe auf der Projektionsfläche zu sehen. Die Lösung trübt sich, und das Licht des Diaprojektors wird im Rundkolben immer mehr gebrochen. Das Projektionsbild erinnert an einen Sonnenuntergang, bei dem das Licht schwindet. Zum Schluss ist kein Projektionsbild mehr sichtbar, stattdessen leuchtet der Rundkolben wie eine helle Glühbirne und ein weißes, fast geisterhaftes Licht macht sich im Raum breit.
     Ende der Reaktion: Kolloider Schwefel  
Theorie:
Bei der Reaktion des Natriumthiosulfats mit der Säure fällt als Reaktionsprodukt feiner, kolloider Schwefel aus, der nicht wasserlöslich ist und eine Suspension bildet. Das entehende Schwefeldioxid erkennt man am Geruch:
Na₂S₂O₃  +  2 HCl  ----->  S  + SO₂  +  H₂O  +  2 NaCl
Im Durchlicht erscheint die Lösung weiß. Der Effekt wurde erstmals von dem englischen Physiker John Tyndall (1820-1893) beobachtet und genau untersucht. Der gelblich-rötliche Effekt auf der Projektionsfläche kommt dadurch zustande, dass das kurzwellige Licht stärker gestreut wird als das langwellige.
 
 
Literatur:

• Helmut Boeck: Chemische Schulexperimente, Band 3, Verlag Harri Deutsch, 1978
• H.W. Roesky, K. Möckel: Chemische Kabinettstücke, VCH-Verlag, 1994
• Römpp/Raaf: Chemische Experimente die gelingen, Franckh, Stuttgart 1980

 

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