Schwefel

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE M eV	ZP	-	³⁰S	{syn.}	1,178 s	ε	6,138	³⁰P	-	³¹S	{syn.}	2,572 s	ε	5,396	³¹P	-	³²S	95,02 %	S ist stabil mit 16 Neutronen				-	³³S	0,75 %	S ist stabil mit 17 Neutronen				-	³⁴S	4,21 %	S ist stabil mit 18 Neutronen				-	³⁵S	{syn.}	87,32 d	β^-	0,167	³⁵Cl	-	³⁶S	0,02 %	S ist stabil mit 20 Neutronen				-	³⁷S	{syn.}	5,05 min	β^-	4,865	³⁷Cl	-	³⁸S	{syn.}	170,3 min	β^-	2,937	³⁸Cl	-	³⁹S	{syn.}	11,5 s	β^-	6,640	³⁹Cl	-	⁴⁰S	{syn.}	8,8 s	β^-	4,710	⁴⁰Cl

- Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Schwefel (chemisch nach dem Lateinischen Sulphur oder Sulfur genannt, im Deutschen eventuell vom Indogermanischen *suel- „schwelen" abgeleitet) ist ein chemisches Element.

Modifikationen

Schwefel tritt in verschiedenen Modifikationen auf:

Schwefel_1.jpg Fester Schwefel

Die bei Raumtemperatur thermodynamisch stabilste Modifikation des Schwefels ist α-Schwefel, rhombisch kristallisierend (rhombischer Schwefel). Er hat die typische schwefelgelbe Farbe.
Bei 95,6 °C liegt der Umwandlungspunkt zu β-Schwefel. Diese Schwefelmodifikation ist fast farblos und kristallisiert monoklin (monokliner Schwefel).
Seltener ist der ebenfalls monoklin kristallisierende γ-Schwefel (Rosickyit).

Burning-sulfur.png Flüssiger Schwefel

λ-Schwefel: S₈-Ringe (gelb)
π-Schwefel: S_n (6 ≤ n ≤ 25, n ≠ 8) niedermolekulare und größere Ringe
μ-Schwefel: S_n (10³ ≤ n ≤ 10⁶) hochmolekulare Ketten

Fester Schwefel besteht normalerweise aus S₈-Molekülen, bei denen acht Schwefel-Atome in einem Ring zick-zack-förmig gebunden sind (sog. Kronenform). Beim Erhitzen schmilzt der β-Schwefel, wobei auch andere Ringe (v. a. S₆, S₇, S₁₂) in temperaturabhängigen Anteilen auftreten. Bei weiterer Erhöhung der Temperatur brechen die Ringe durch thermische Anregung auf und bilden zunächst lange Ketten (Polymerisation, sog. $\lambda$ -Übergang bei ca. 159 °C), diese verkürzen sich dann bei steigender Temperatur wieder. Neben diesen Schwefelketten liegen aber immer auch S-Ringe vor, im wesentlichen jedoch S₈. Am $\lambda$ -Übergang ändern sich eine Reihe physikalischer Eigenschaften (z. B. Viskosität, optische Absorption und damit auch die Farbe). Gasförmiger Schwefel ist dunkelrot und besteht anfangs aus S₈-Ringen, die bei höheren Temperaturen dann weiter aufbrechen, so dass die Moleküle immer kleiner werden. Ab etwa 1800 °C hat man dann Schwefelatome.

Vorkommen

Schwefel kommt mit einem Anteil von 0,048% in der Erdhülle (15. Stelle der Elementhäufigkeit) vor. In der Natur kommt der Schwefel elementar in mächtigen Lagerstätten z.B. in Sizilien, Polen, Irak, Louisiana, Texas und Mexiko vor.

Schwefel als Mineral

Sulfur.jpg

Schwefel_monoklin.jpg

Schwefel_in_Gips.jpg

Schwefel tritt gediegen, also in elementarer Form, als Schwefelblüte in der Natur auf. Er kristallisiert unterhalb etwa 95 °C im orthorhombischen Kristallsystem (α-Schwefel), hat eine Dichte von 2,0 bis 2,1, eine Härte von 1,5 bis 2,5 und eine hell- bis dunkelgelbe Farbe, sowie eine weiße Strichfarbe. Meist zeigt er hellgelbe prismen- oder pyramidenförmige Kristalle, die sich auf Gesteinsflächen aus schwefelreichen Gasen durch unvollständige Oxidation von Schwefelwasserstoff (H₂S) oder Reduktion von Schwefeldioxid (SO₂) bilden. Oberhalb etwa 95 °C kristallisiert Schwefel monoklin (β-Schwefel). Diese Form wandelt sich unterhalb 95 °C rasch in die orthorhombische α-Form um.

Reiner Schwefel ist relativ selten, wird allerdings in großen Mengen bei Vulkanausbrüchen freigesetzt. Er findet sich in Vulkanschloten oder an anderen Postvulkanischen Erscheinungen. Schwefel kommt aber auch in derber Form, das heißt, ohne mit bloßem Auge erkennbare Kristalle vor, insbesondere in Sedimenten oder Sedimentgesteinen. Häufig findet er sich in Evaporiten (Salzgesteinen), wo er meistens durch Reduktion von Sulfaten entsteht.

Charakteristisch für das Mineral sind neben der geringen Härte die Farbe und der niedrige Schmelzpunkt 112,8 °C (α-S) beziehungsweise 119,2 °C (β-S).

Gewinnung

sulfur powder.jpg Früher bildete das gediegene Mineral eine wichtige Quelle für Schwefel: 3,5 Millionen Tonnen wurden jährlich mit Hilfe des von Hermann Frasch entwickelten Frasch-Verfahrens abgebaut, hauptsächlich in den USA und in Polen. Den größten Anteil machte jedoch aus Sulfiderzen gewonnener Schwefel aus: Aus dieser Quelle stammten etwa 50 Millionen Tonnen pro Jahr. Heute fällt der Schwefel in großen Mengen als Abfallprodukt bei der Entschwefelung von Erdgas mit Hilfe des Claus-Verfahrens an.

Verwendung

Schwefel wird sowohl in der chemischen als auch in der pharmazeutischen Industrie genutzt, unter anderem zur Produktion von Schwefelsäure, Farbstoffen, Insektiziden und Kunstdüngern. Schwefel findet auch bei der Herstellung von Schwarzpulver oder bei anderen Sprengstoffen Verwendung.

Der pharmazeutische Nutzen von Schwefel war bereits im Altertum bekannt. Innerlich wurde Schwefel als Laxans (Abführmittel) eingesetzt. Er reizt die Darmschleimhaut. Der dabei durch Bakterien erzeugte Schwefelwasserstoff regt die Peristaltik an. Äußerlich kamen Schwefelrezepturen bei Hauterkrankungen wie Akne, Ekzemen, Krätze, Mykosen u.a. zum Einsatz. Heute findet Schwefel in der Dermatologie nur noch selten Verwendung, ist aber noch nicht vollständig aus der pharmazeutischen Literatur verschwunden. Nach wie vor gibt es pharmazeutische Zubereitungen, die als Wirk- bzw. Hilfsstoff Schwefel enthalten. In der klassischen Homöopathie ist Sulfur eins der so genannten großen Mittel. Als Bild typisch ist der Stubenhocker, der zerlumpte Philosoph.

Wichtige Schwefelverbindungen

Wichtige anorganische chemische Verbindungen, in denen Schwefel vorkommt, sind:

Schwefeloxide, wie Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid,
Schwefelwasserstoff
Schweflige Säure
Schwefelsäure
Sulfide, wie Zinnober (HgS)
Sulfite, wie Natriumsulfit,
Sulfate, wie Natriumsulfat, Ammoniumsulfat, Calciumsulfat (Gips)
Thioschwefelsäure
Thiosulfate
Natriumdithionit (Na₂S₂O₄), ein Bleichmittel
Schwefelnitride:S₄N₄, S₂N₂ und (SN)_x

Auch in verschiedenen organischen Stoffklassen kommt Schwefel gebunden vor (Organoschwefelverbindung), zum Beispiel:

Thiole oder Mercaptane
Thioether
Dithiane
Sulfoxide wie Dimethylsulfoxid als Lösungsmittel
Sulfone
Sulfonsäuren, deren Salze, die Sulfonate, zum Beispiel als Detergentien dienen

Nachweis

Es existieren verschiedene Nachweisreaktionen für Schwefel. Schwefel wird in Verbindungen nach Reduktion durch elementares Natrium in Natriumsulfid überführt. Sulfid-Anionen weist man mit Blei-II-salzlösungen nach - es entsteht ein schwarzer Niederschlag von Blei-II-sulfid:

\mathrm{S^{\operatorname{2-}} + Pb(NO_3)_2 \longrightarrow PbS + 2\ NO_3^{\operatorname{-}} }

Beim Ansäuern von festen, also ungelösten Sulfiden entsteht zudem ein charakteristischer Geruch, nach faulen Eiern (Verdrängungsreaktion, Vorsicht: Das Gas Schwefelwasserstoff ist giftig; Einatmen vermeiden, Abzug!). Auch dieses Gas schwärzt Bleiazetatpapier.

Durch Oxidation schwefelhaltiger Verbindungen entstehen Sulfit und Sulfat. Letzteres weist man mit Barium-II-salzlösungen nach: Es entsteht ein weißer Niederschlag von Bariumsulfat:

\mathrm{SO_4^{2\operatorname{-}} + BaCl_2 \longrightarrow BaSO_4\!\downarrow + 2\,Cl^{\operatorname{-}}}

Sulfit wird mit Kaliumhydrogensulfat nachgewiesen. Beim Verreiben der auf Sulfit zu prüfenden Substanz mit Kaliumhydrogensulfat entsteht das stechend riechende Schwefeldioxid. Für Natriumsulfit ergibt sich folgende Reaktiongleichung:

\mathrm{2\ KHSO_4 + Na_2SO_3 \longrightarrow K_2SO_4 + Na_2SO_4 + H_2O + SO_2\!\uparrow}

Trivia

Bei den mittelalterlichen Alchemisten symbolisierte der Löwe den Schwefel

Siehe auch

Liste von Mineralen

Literatur

R. Steudel (Hrsg.): Elemental Sulfur and Sulfur-Rich Compounds (part I & II). In: Topics in Current Chemistry. Vol. 230 & 231, Springer, Berlin 2003

Weblinks

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