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Schwefel
Symbol: S
Latein: Sulfur
Element: nichtmetallisch chemisches Element der VI. Hauptgruppe
des Periodensystems der Elemente
Kernladungszahl: 16
Atommasse: 32,06 (Atomhülle- 2/8/6)
Dichte: 2,06 g/cm³ bei 20 Grad
Geschmack: geschmacksfrei
Geruch: geruchsfrei
Farbe: gelb (im kristallinen Zustand)
Wasserlöslich: in Wasser unlöslich
Brennpunkt: >260 Grad
Vorkommen: Italien (Sizilien), Japan, Nordamerika, Island
Verwendung: Zündwaren, Pflanzenschutzmittel, Kosmetika, Pharmazeutika,
Desinfektionsmittel, Düngemittel
Schwefel ist schon seit dem 2. Jahrhundert v.u.Z. bekannt und wurde
auch im "Alten Testament" der Bibel erwähnt.
Das Element Schwefel kann in verschiedenen Zustandsformen, so genannten
Modifikationen, vorkommen. Dieses Phänomen lässt sich
ebenfalls bei anderen Elementen und auch bei Verbindungen beobachten
(z. B. Helium, Phosphor, Zinn, Siliciumdioxid, Eis).Alle Schwefelmodifikationen
sind in Wasser unlöslich, wobei die kristallinen Formen sich
in Schwefelkohlenstoff (siehe Kohlenstoffdisulfid) lösen. Gewöhnlicher
Schwefel geht beim Schmelzen in eine strohfarbene Flüssigkeit
über, die sich bei weiterer Wärmezufuhr dunkler färbt
und schließlich siedet. Kühlt man geschmolzenen Schwefel
langsam ab, so ändern sich seine physikalischen Eigenschaften
in Abhängigkeit von Temperatur und Druck. Schwefel existiert
in einer Vielzahl von Formen, die man allotrope Modifikationen nennt.
Dazu gehören die Flüssigkeiten S? (gelb, leichtflüssig)
und Sµ (braun, zähflüssig) und verschiedene feste
Modifikationen, von denen der rhombische Schwefel (Sa) und der monokline
Schwefel (Sß) die bekanntesten sind (siehe Kristall).Die stabilste
Modifikation des Elements ist der rhombische Schwefel, ein gelber
kristalliner Feststoff mit einer Dichte von 2,06 Gramm pro Kubikzentimeter
bei 20 °C. Rhombischer Schwefel ist wenig löslich in Alkohol
und Ether, aber sehr leicht löslich in Schwefelkohlenstoff.
Bringt man rhombischen Schwefel auf Temperaturen zwischen 94,5 und
118 °C, so geht die rhombische Form in die monokline über.
Monokliner Schwefel bildet lange, durchsichtige, nadelartige Kristalle
aus und hat eine Dichte von 1,96 Gramm pro Kubikzentimeter bei 20
°C. Die Temperatur, bei der sich rhombischer und monokliner
Schwefel im Gleichgewicht befinden (94,5 °C), nennt man Umwandlungstemperatur.
Schmilzt man gewöhnlichen rhombischen Schwefel bei 118,95 °C,
so entsteht eine bewegliche blassgelbe Flüssigkeit (S?), die
bei 159 °C dunkelbraun und zähflüssig wird (Sµ).
Erhitzt man Schwefel fast bis zu seinem Siedepunkt von 444,6 °C
und schreckt ihn mit kaltem Wasser ab, so bildet sich eine durchsichtige,
klebrige, elastische Substanz, die man amorphen oder plastischen
Schwefel nennt. Sie besteht zum größten Teil aus unterkühltem
Sµ.Schwefel kann zwei-, vier- und sechswertig auftreten, z.
B. in Eisen(II)-sulfid (FeS), Schwefeldioxid (SO2) bzw. Bariumsulfat
(BaSO4). In Gegenwart von Hitze verbindet sich das Chalkogen mit
metallischen Elementen unter Bildung von Sulfiden. Mit Wasserstoff
entsteht Schwefelwasserstoff (H2S), ein farbloses, giftiges Gas,
das nach faulen Eiern riecht. Schwefel reagiert auch mit Chlor in
verschiedenen Verhältnissen, z. B. zu Dischwefeldichlorid (S2Cl2)
und Schwefeldichlorid (SCl2). Verbrennt man Schwefel an der Luft,
vereinigt er sich mit Sauerstoff zu Schwefeldioxid (SO2), einem
schweren, farblosen Gas mit charakteristisch stechendem Geruch.
An feuchter Luft wird Schwefeldioxid langsam in Schwefelsäure
überführt. Außerdem ist es ein Grundbaustein für
die anderen Säuren des Schwefels, wie beispielsweise Thioschwefelsäure
(H2S2O3) und schweflige Säure (H2SO3). Letztere bildet sich
ebenfalls an feuchter Luft aus dem Schwefeldioxid und besitzt zwei
ersetzbare Wasserstoffatome. Dadurch gibt es zwei Arten von Salzen
der schwefligen Säure: neutrale und saure Sulfite. In Lösung
reagieren die sauren oder Hydrogensulfite der Alkalimetalle sauer,
so z. B. Natriumhydrogensulfit (NaHSO3). Dagegen reagieren die Lösungen
der neutralen Sulfite, wie Natriumsulfit (Na2SO3) und Kaliumsulfit
(K2SO3), schwach alkalisch.Bei der Verbrennung fossiler Materialien,
wie Erdgas, Erdöl und Kohle, entweicht Schwefeldioxid in die
Atmosphäre und bildet dort einen der bedenklichsten Luftschadstoffe.
Besonders stark findet man den Schadstoff in Industrie- und Autoabgasen.
Die Konzentration von Schwefeldioxid in Luft kann von 0,01 bis zu
mehreren ppm (parts per million) reichen. Die Substanz verursacht
zusammen mit anderen Stoffen (z. B. Stickoxiden) den sauren Regen.Schwefel
steht in seiner Häufigkeit an 16. Stelle unter den in der Erdkruste
vorkommenden Elementen. Sowohl in elementarem als auch in gebundenem
Zustand ist Schwefel weit verbreitet. Gebunden tritt das Nichtmetall
in vielen metallischen Sulfiden auf, u. a. in Bleisulfid oder Galenit
(PbS), Zinkblende (ZnS), Kupferkies mit der Formel (Cu,Fe)S2, Cinnabarit
(HgS), Stibnit (Sb2S3) und Pyrit (FeS2). Schwefel verbindet sich
auch mit anderen Elementen zu Sulfaten, beispielsweise zu Baryt
(BaSO4), Coelestin (SrSO4) und Gips (CaSO4 · 2H2O). Des Weiteren
ist er in Molekülen vieler organischer Substanzen enthalten,
z. B. in Senf, Eiern, Haar, Proteinen und Knoblauchöl. In freiem
Zustand findet man Schwefel häufig vermischt mit Gips und Naturbimsstein
in vulkanischen Gebieten wie beispielsweise auf Island und Sizilien,
in Mexiko und Japan. Dabei bildet er oft ein Sublimat, das die Kraterränder
der Vulkane umgibt. Riesige unterirdische Lagerstätten wurden
in den Vereinigten Staaten an vielen Stellen gefunden - beispielsweise
in Louisiana und Texas. Freier Schwefel kann sich bei der Verwitterung
der Pyrite bilden. Er lagert sich auch in geothermisch aufgeheizten
Gewässern ab, in denen der enthaltene Schwefelwasserstoff durch
atmosphärischen Luftsauerstoff oxidiert worden ist. Die jährliche
Weltproduktion an elementarem Schwefel betrug zu Beginn der neunziger
Jahre etwa 52,7 Millionen Tonnen. Es gibt verschiedene Methoden,
um elementaren Schwefel zu gewinnen. Auf Sizilien wird schwefelhaltiges
Gestein in großen Meilern oder Ringöfen ausgeschmolzen.
Der so gewonnene Rohschwefel kann mittels Erwärmen weiter gereinigt
werden: Unterhalb der Schmelztemperatur gelangt der Dampf in eine
große Ziegelkammer, wo er an den Wänden als feines Pulver
kondensieren kann, das man Schwefelblüte oder -blume nennt.
Wenn man das Verfahren bei höheren Temperaturen durchführt,
sammelt sich am Boden der Kammer flüssiger Schwefel an, den
man in hölzernen Formen zu Stangenschwefel erstarren lässt.Ein
anderes Gewinnungsverfahren für Schwefel ist das so genannte
Frasch-Verfahren. Es wurde 1891 von dem amerikanischen Chemiker
Herman Frasch erfunden und wird bei Lagerstätten in Tiefen
von etwa 275 Metern oder tiefer unter der Erdoberfläche (z.
B. in Louisiana und Texas) angewandt. Bei dieser Methode werden
vier konzentrische Rohre, von denen das größte einen
Durchmesser von 20 Zentimetern hat, in die schwefelhaltigen Schichten
getrieben. Durch die äußeren Rohre presst man überhitzten
Wasserdampf (175 °C), und der Schwefel schmilzt. Wenn eine genügend
große Menge an geschmolzenem Schwefel zusammengekommen ist,
presst man heiße Luft durch das innerste Rohr nach unten.
Diese bildet mit dem geschmolzenen Schwefel einen Schaum, der dann
durch das verbleibende freie Rohr an die Oberfläche gedrückt
wird. Man lässt den Schwefel in hölzerne Behälter
laufen und erstarren. Das Produkt besteht zu etwa 99,5 Prozent aus
reinem Schwefel. Des Weiteren kann man Schwefel aus Pyriten gewinnen,
indem man diese in so genannten Retorten aus Eisen oder feuerfestem
Ton erhitzt. Der auf diese Weise gewonnene Schwefel enthält
aber gewöhnlich noch Spuren von Arsen. Am häufigsten wird
Schwefel zur Herstellung von Schwefelverbindungen (Schwefelsäure,
Sulfite, Sulfate und Schwefeldioxid) verwendet. In der Medizin kommt
er in Sulfonamidpräparaten und vielen Hautsalben zur Anwendung.
Schwefel braucht man auch zur Fabrikation von Zündhölzern,
Gummi, Farbstoffen und Schießpulver. In fein verteiltem Zustand,
häufig vermischt mit Kalk, wird Schwefel als Fungizid bei Pflanzen
eingesetzt. Das Salz Natriumthiosulfat (Na2S2O3 · 5H2O),
auch unter dem Namen Fixiersalz bekannt, verwendet man in der Photographie
zum Fixieren von Negativen und Kopien. In Verbindung mit verschiedenen
inerten mineralischen Füllstoffen bildet Schwefel einen Spezialzement,
der zum Verankern von Metallgegenständen (z. B. von Gittern
und Ketten) in Stein dient.Die Hauptmenge des Schwefels wird zur
Schwefelsäureherstellung verbraucht. Schwefelsäure ist
eine der wichtigsten Industriechemikalien, da sie nicht nur zur
Herstellung schwefelhaltiger Verbindungen (z. B. Detergentien, Pharmazeutika,
Düngemittel), sondern auch zur Produktion zahlreicher anderer
Stoffe dient, die selbst gar keinen Schwefel enthalten (z. B. Phosphorsäure,
Titandioxid sowie verschiedene Farb- und Kunststoffe).Microsoft®
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