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Sauerstoff Calkogene (6. Hauptgruppe) Selen

Schwefel

Vorkommen

Schwefel kommt sowohl elementar, als auch im sauren Erdgas als $H_{2}S$ vor. Des weiteren findet man ihn auch in verschiedenen Sulfiden und Sulfaten in der Natur:

Sulfide	$FeS_{2}$ (Eisenkies, Pyrit)
	$CuFeS_{2}$ (Kupferkies)
	(Bleiglanz)
Sulfite	$CaSO_{3}\cdot X\cdot H_{2}O$ (Calciumsulfit)
Sulfate	$CaSO_{4}\cdot 2H_{2}O$ (Gips)
Sulfate	$MgSO_{4}\cdot 7H_{2}O$ (Bittersalz)

Schwefelwasserstoff $H_{2}S$ aus dem sauren Erdgas oder von einer anderen Quelle her gewonnen wird mit Sauerstoff verbrannt. Das entstehende Schwefeldioxid reagiert noch einmal mit Schwefelwasserstoff zu Schwefel und Wasser. Bei der Schwefelherstellung auf diese Weise ist darauf zu achten, daß in der Brennkammer nicht zuviel Sauerstoff ist. Sonst reagiert Schwefelwasserstoff mit diesem vollständig und es ist kein Schwefelwasserstoff mehr vorhanden, um die zweite Reaktion durchzuführen:

$2H_{2}S + 3O_{2}\rightarrow 2SO_{2}+2H_{2}O$
Bei $200-300^{\circ}C$ :
$2H_{2}S+SO_{2}\rightarrow 3S+2H_{2}O$

Darstellung: Frasch-Verfahren

Beim Fraschverfahren wird elementarer Schwefel mit Hilfe von heißem Wasserdampf aus schwefelhaltigen Schichten geschmolzen und unter Druck zu Tage gefördert. Dies funktioniert, weil Schwefel einen relativ niedrigen Schmelzpunkt hat. Der geförderte Schwefel ist bereits sehr rein.

Modifikationen des Schwefels

Schwefel besteht in vielen Modifikationen aus $S_{8}$ -Ringen. Diese sind besonders stabil. Diese Ringe haben eine Form wie eine Krone, welche durch die Hybridisierung der

-Atome zustande kommt.

Modifikation	Temperatur	Beschreibung
$\alpha$ -S	bis $95,6^{\circ}C$	rhombischer Schwefel (kristallin,gelb): Besteht aus 16 $S_{8}$ -Molekülen in der Elementarzelle
$\beta$ -S	bis $119,6^{\circ}C$	monokliner Schwefel (kristallin,gelb): Besteht aus einzelnen $S_{8}$ -Molekülen
$\lambda$ -S		leichtflüssiger Schwefel (gelb): Besteht aus $S_{8}$ -Molekülen
$\pi$ -S		immer noch flüssig: Schwefel nimmt energiereichere Ringstrukturen mit $n=6\ldots 26$ Atomen an
$\mu$ -S	$159-444^{\circ}C$ max bei $187^{\circ}C$	plastischer Schwefel in abgeschreckter Form. Plötzlich rotbraun und sehr zäh, so wie Kaugummi. Besteht aus $S_{x}$ -Ketten
$S_{n}$	ab $444,6^{\circ}C$	In der Gasphase befinden sich hauptsächlich einzelne S-Atome

Alle Modifikationen sind reversibel. So zerfällt plastischer Schwefel mit der Zeit wieder zu monoklinen Schwefel, welcher dann auch wieder rhombisch wird.

Herstellung von $S_{6}$ -Ringen

$S_{6}$ -Ringe entstehen bei der Zersetzung von Thiosulfaten mit Säuren:

$\begin{displaymath}Na_{2}S_{2}O_{3}+2HCl\rightarrow \frac{1}{6}S_{6}+SO_{2}+2NaCl+H_{2}O\end{displaymath}$

$\begin{displaymath}H_{2}S_{4}+S_{2}Cl\rightarrow S_{6}+HCl\end{displaymath}$

Oxide des Schwefels

$SO_{2}$ :
Schwefeldioxid wird durch Verbrennen von Schwefel erzeugt:

$\begin{displaymath}S+O_{2}\rightarrow SO_{2}\end{displaymath}$

Es ist ein Molekül mit zwei Doppelbindungen am Schwefel und hat v-förmige Struktur. Es verfügt über ein $sp^{2}$ -Hybridorbital, sowie zwei $\pi$ -Bindungen.

$SO_{3}$ :
Schwefeltrioxid wird mit Hilfe des Kontaktverfahres aus Schwefeldioxid und Sauerstoff hergestellt:

$\begin{displaymath}2SO_{2}+O_{2}\rightarrow 2SO_{3}\end{displaymath}$

Bei Raumtemperatur liegt das Gleichgewicht auf der rechten Seite, jedoch läuft die Reaktion praktisch nicht ab. Bei hohen Temperaturen liegt das Gleichgewicht auf der linken Seite, da die Reaktion exotherm ist. Man benutzt deshalb $V_{2}O_{5}$ als Katalysator bei Temperaturen von $420-440^{\circ}C$ :

$\begin{displaymath}V_{2}O_{5}+SO_{2}\rightarrow V_{2}O_{4}+SO_{3}\,\,\,\,\,\,\,\,V_{2}O_{4}+\frac{1}{2}O_{2}\rightarrow V_{2}O_{5}\end{displaymath}$

Es gibt verschiede Modifikationen des $SO_{3}$ -Moleküls. In der Gasphase liegt folgendes Gleichgewicht vor. Man nennt diese Modifikation $\gamma$ - $SO_{3}$ :

$\includegraphics*{s3o9.eps}$

Unterhalb der Raumtemperatur formt sich $SO_{3}$ in asbestartige Nadeln, die $\alpha$ bzw. $\beta$ -Modifikation um. Diese Nadeln bestehen aus vielen hintereinandergereihten $SO_{3}$ Molekülen, bei denen eine Doppelbindung aufgespalten wird und jeweil ein O-Atom für eine Verbindung zum nächsten ,,Molekül'' sorgt.

Sauerstoffsäuren des Schwefels

$H_{2}SO_{3}$ :
Schweflige Säure wird durch Einleiten von $SO_{2}$ in Wasser hergestellt. $SO_{2}$ ist in Wasser gut löslich:

$\begin{displaymath}SO_{2}+H_{2}O\rightarrow H_{2}SO_{3}\end{displaymath}$

Schweflige Säure ist ein schwache Säure.

$H_{2}SO_{4}$ :
Schwefelsäure hat folgende Strukturformel:

Schwefelsäure kann durch Einleiten von $SO_{3}$ in Wasser hergestellt werden. Jedoch ist es in Wasser nicht so gut löslich. Deshalb wird $SO_{3}$ eingeleitet, wo es zu Dischwefelsäure reagiert, welche wiederum mit Wasser zu Schwefelsäure reagiert:

$\begin{displaymath}H_{2}SO_{4}+SO_{3}\rightarrow H_{2}S_{2}O_{7}\,\,\,\,\,\,\,H_{2}S_{2}O_{7}+H_{2}O\rightarrow 2H_{2}SO_{4}\end{displaymath}$

Reine Schwefelsäure ist eine farblose, ölige Flüssigkeit, die Oleum genannt wird. Sie raucht, da sie verdunstet und an der Luft Wasser entzieht, welches zu Wassertröpfchen wird. Reine Schwefelsäure ist stark Wasserentziehend, weshalb es als Trocknungsmittel verwendet wird. Auf viele organische Stoffe wirkt Schwefelsäure verkohlend. Schwefelsäure ist ein starkes Oxidationsmittel.