schwefel experimentalvortrag rainer bangert 3.7.2003
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Schwefel
ExperimentalvortragRainer Bangert
3.7.2003
Gliederung
I. Schwefel: Vorkommen und Zustandsformen
II. HistorischesVersuche 1 und 2
III. AlltagschemieVersuch 3
IV. SO2: Eigenschaften und Umweltproblematik Versuche 4 und 5
Vorkommen in der Natur
Anorganisch gebunden:
Sulfide (Pyrit FeS2), Sulfate (Gips)
Elementarer Schwefel:
z.B. Sizilien;Golf von Mexiko
S
SS
S
SS
SS
Cyclooctaschwefel ( S8 )
Polymorphie und Allotropie
fest
flüssig
gasförmig
Sa Sb
119,6°C Smp.
Sl Sp Sm
444,6°C Sdp.
S8 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S
95,6°C
Versuch 1: „acidum sulphuris“ (Basilius Valentinus, John Mayow)
Wird quantitativ SO3 gebildet?
1/8 S8(l) + O2(g) SO2(g) D H = - 297 kJ/mol
2 KNO3(l) D
2 KNO2(l) + O2(g)
2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g) D H = - 99 kJ/mol
+5 +3 0
+4 0 +6 -2
0 0 +4 -2
Versuch 1: Verpuffungsprodukt ist oxidabel
MnO4- + 5 e- + 8 H3O
+ Mn2++ 12 H2O
SO2 + 6 H2O SO4 + 4 H3O+ + 2 e-
2 MnO4- + 5 SO2 + 6 H2O 2 Mn2+ + 5 SO4 + 4 H3O
+
violett farblos
+7 +2
+4 +6
(aq) (aq) (aq) (aq) (aq)2-
2-
Auswertung des Versuchs 1
Prüfung auf Sulfat mittels BaCl2 - Lösung
Ba + SO BaSO4(s)(aq)
weiß4 (aq)
2+ 2-
Permanganatlösung wird entfärbt
merkliche Bildung von SO2 bei Verbrennung
Wird quantitativ SO3 gebildet?
Vitriolsäure
(J.C. Bernhardt 1755)
SO3 (s) + H2O(l) H2SO4 (l) ( Vitriolsäure )+6 +6
6 FeSO4 7H2O(s) + O2 (g) 2 FeO(s)+ 2 Fe2(SO4)3 (s)+ 42 H2O(g)
Fe2(SO4)3 (s) Fe2O3 (s) + 3 SO3 (g)
D
D
+2 0 +2 +3
+3 +6 +3 +6
.
Abbildung Fundamenta
Fundamenta
sulphur
ignis (Feuer)
acetum (Säure)
Versuch 2: Schwefelleber
Schritt 1: Bildung von Sulfit
Sulfit
Schritt 2: Disproportionierung des Alkalisulfits
Sulfid
2 -
S8 (l) + 8 O2 (g) 8 SO2(g)
2 K2CO3 (l) CO2 (g) + 2 K+ + O2 -
SO2(g) + O2- SO3
(solv)(solv)
(solv) (solv)
4 K2SO3(l) 8 K+ + 3 SO4 + S2-D+4 +6 -2
(solv)(solv) (solv)2-
Schritt 3: Angriff von Sulfit
SO
O-
O- S SS
S
S SS
S+
S SS
S-
S SS
S
SO
O
O-
Octasulfansulfonat
SN2
+S
S
S S-
S
S
SS
SO O
O-
S2- S2O3 + S82-
SN22-
Octasulfid
Schritt 4: Angriff von Sulfid
Ansäuern der Polysulfid-Lösung
Nachweis des H2S mit Bleiacetatpapier:
Pb2+ + S2- PbS(s) (aq)(aq)
braun-schwarz
2-(aq)(aq)
Schwefelmilch
Sn + 2 H3O+ H2S (g) + (n-1)/8 S8 (s) + 2 H2O
Versuch 3: Angelaufenes Silberbesteck
Prinzip: Reduktion der Silberionen mit Aluminium in wäßriger Sodalösung
3 Ag2S(s) + 2 Al(s) 6 Ag(s) + 3 S2- + 2 Al3+(aq) (aq)
+1 -2 0 0 -2 +3
Al(H2O)6 3+ + 4 OH- Al(OH)4
- + 6 H2O(aq)(aq) (aq)
Versuch 4: SO2 – Springbrunnen
Springbrunnenversuch:
- gute Wasserlöslichkeit von SO2 bei Raumtemperatur
- saure Reaktion der SO2 - Lösung
SO2 – Entwickler:
HSO3-(aq) + H2SO4 (aq/l) SO2 (g) + H2 O + HSO4
-(aq)
hygroskopisch
SO2 in wäßriger Lösung
„schweflige Säure“
SO2 (g) + H2O H2SO3 (aq) K << 10-10 mol-1l
Deutung des Farbumschlags:
SO2(g) + n H2O SO2 n H2O
Gashydrat
SO2 n H2O HSO3-(aq) + H3O
+ + (n-2)H2O KS1 10-2 mol l-1
HSO3-(aq)+ H2O SO3(aq) + H3O
+(aq) KS2 10-7 mol l-1
(aq)
.
.
2-
Säurewirkung von SO2
Säurewirkung des Gashydrats: Auf Lewis SB-Reaktion folgt SB-Reaktion nach Brönsted:
S
OO
LS
OHHLB
+ H+
S
O O-
OH
Versuch 5: Kalksteinverfahren
Prinzip des Versuchs:
- Absorption von Rauchgas (SO2) in Kalksuspension
- durch Einblasen von Luft (O2) Gipsausfall
zur Rauchgasentschwefelung
Steinzerfall: Das Phänomen
Portalfigur (Schloß Herten); um 1690
Zustand 1908
Zustand 1969
Steinzerfall: SO2 – Emissionen von 1850 bis 1989 (Alte Bundesländer)
Steinzerfall: Schema des Angriffs
SO2(g) SO2 aq H2SO4(aq) H2O 1/2 O2
Katalyse.
H2SO4(aq)+ CaCO3(s) Ca2+ + SO2- + H2O + CO2(g)(aq)(aq)
Rauchgas in Atmosphäre:
Angriff als saurer Regen:
Sprengwirkung durch Auskristallisieren!
Gips – Suspension (Sulfat)
Kontaktflächenzone
Luft (O2)
Rauchgas(SO2)
Kalkwaschturm
Schritt 1
CaCO3 + SO2 + H2O
CaSO3 1/2 H2O + CO2 + 1/2 H2O.
CaSO3 1/2 H2O + SO2 + H2O
Ca(HSO3)2 + 1/2H2O
Schritt 2.
Ca(HSO3)2 + 1/2 O2 + H2O
CaSO4 2H2O + 1/2 H2O
Oxidationszone
.
Ende der Odyssee
Homer: Odyssee 22, 479ff
(...) und das Werk war vollendet.Aber Odysseus sprach zu der Pflegerin Eurykleia: Alte, bringe mir Feuer und fluchabwendenden Schwefel, Daß ich den Saal durchräuchre. (...)
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