Sulfidreaktionen
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Stoffe:
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Eisen
reduziert, Schwefel sublimiert, Zink
gepulvert, Salzsäure 10% |
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Geräte:
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Großes Reagenzglas
30x200mm mit Stopfen, Teelöffel, Waage, Fließe, Stricknadel,
Brenner, evt. Reibschale |
 ,
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Eventuell wird Schwefeldioxid
frei! Für ausreichende Belüftung sorgen! Metall-Schwefel-Gemische
sollten nicht in einer Reibschale vermischt werden. Beim Zünden des
Zink-Schwefel-Gemisches Schutzbrille und Schutzhandschuhe tragen! |
Didaktische Bemerkungen:
Sulfide sind in der Natur als sulfidische
Erze weit verbreitet, z.B. im Bleiglanz
oder im Pyrit. Sie dienen als Rohstoff
verschiedener Gebrauchsmetalle. Das Experiment "Kupfer
und Schwefel" dient als Einstieg in das Thema der chemischen
Reaktion. Dort werden auch die Besonderheiten erstmals beobachtet:
Es entsteht unter Energieumwandlung ein neuer Stoff mit neuen Eigenschaften.
Die Synthese der Sulfide
ist der einfachste Typ einer chemischen Reaktion (aus Stoff a und Stoff
b wird Stoff c) und kann von den Schülern gut nachvollzogen werden.
Das Schülerexperiment wird durch weitere Demonstrationsexperimente
vertieft: Immer wenn ein Metall mit Schwefel reagiert, erhält man
unter Energieumwandlung ein Sulfid.
Demonstration
1: Reaktion von Zink und Schwefel
4 Gramm Zinkpulver werden zusammen mit
2 Gramm Schwefelpulver in ein großes Reagenzglas gegeben und bei
aufgesetztem Stoffen durch vorsichtiges Schütteln durchmischt. Dabei
darf keine Reibung auf das Stoffgemisch durch scharfkantige Ecken oder
Kanten ausgeübt werden. Eine Vermischung der beiden Stoffe in einer
Reibschale darf nicht durchgeführt werden! Das Stoffgemisch
wird auf eine Keramikfließe oder eine feuerfeste Unterlage zu einem
Kegel aufgehäuft und im (sauberen) Abzug mit einer glühenden
Stricknadel gezündet. Das Tragen von Schutzhandschuhen und einer Schutzbrille
ist unbedingt empfehlenswert, da eine sehr heiße und große
Stichflamme entsteht!
Beobachtung:
Der glühende Draht bringt das Gemisch
zur Zündung und es reagiert in einer sehr kräftigen, gelben Stichflamme,
die von weißlich-gelbem Rauch durchsetzt ist. Der ganze Abzug ist
von einem lockeren, hellgelben Pulver bedeckt. Wischt man das Pulver mit
einem Kehrwisch zusammen, kann man das entstandene Zinksulfid genauer betrachten.
Zinksulfid kommt in der Natur als das Mineral Zinkblende vor und dient
in der Technik zur Herstellung von Pigmenten
und Leuchtstoffen.
Theorie:
Zink und Schwefel reagieren in einer stark
exothermen Reaktion zu Zinksulfid:
Zn + S ----->
ZnS DHR
= -201 kJ/mol
Die Aktivierung der Reaktion erfolgt schon
durch einen glühenden Draht. Während der Reaktion wird relativ
viel Energie frei.
Demonstration
2: Reaktion von Eisen und Schwefel
7 Gramm Eisenpulver und 4 Gramm Schwefelpulver
werden wie oben beschrieben in einem großen Reagenzglas vermischt.
Eventuell muss der Schwefel zuvor in einer Reibschale zu einem feinen Pulver
zermahlen werden. Dann häuft man das Stoffgemisch auf eine Fließe
und entzündet seitlich mit einem glühenden Draht oder einem brennenden
Span. Auf das Produkt wird 1 Tropfen verdünnte Salzsäure getropft.
Ebenso verfährt man mit den beiden Ausgangsstoffen.
Beobachtung:
Das Gemisch beginnt zu glühen. Die
Glühfront wandert von alleine durch das ganze Gemisch, wobei so viel
Wärme frei wird, dass die Fließe eventuell springt. Das Produkt
ist eine rötliche bis bläulich schimmernde, kompakte Masse, die
mit verdünnter Salzsäure ein nach faulen Eiern riechendes Gas
entwickelt (>Schwefelwasserstoff). Bei
der Vergleichsprobe mit den Ausgangsstoffen erhält man den unangehmen
Geruch nicht oder nur geringfügig.
Theorie:
Eisen und Schwefel reagieren in einer
exothermen Reaktion zu Eisen(II)-sulfid:
Fe + S ----->
FeS DHR
= -100 kJ/mol
Bei der Reaktion wird nicht ganz so viel
Energie frei, wie bei der Reaktion von Zink mit Schwefel. Trotzdem handelt
es sich um eine exotherme Reaktion, was durch das Fortschreiten der Glühfront
und durch das Springen der Keramikfließe belegt wird. Eisen(II)-sulfid
kommt in der Natur als das Mineral Magnetkies vor. Die Mineralogen nennen
es auch Pyrrhotin. In der Technik dient Eisen(II)-sulfid zur Herstellung
von Schwefelwasserstoff oder zur Färbung von keramischen Erzeugnissen.
Eisendisulfid (FeS2) besitzt eine andere chemische Zusammensetzung
und kommt in der Natur in Form von zwei verschiedenen Mineralien vor: Pyrit
und Markasit.
