Schwefel Experimentalvortrag Rainer Bangert 3.7.2003.

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Schwefel

ExperimentalvortragRainer Bangert

3.7.2003

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Gliederung

I. Schwefel: Vorkommen und Zustandsformen

II. HistorischesVersuche 1 und 2

III. AlltagschemieVersuch 3

IV. SO2: Eigenschaften und Umweltproblematik Versuche 4 und 5

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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 )

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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

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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

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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-

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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?

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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

.

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Abbildung Fundamenta

Fundamenta

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sulphur

ignis (Feuer)

acetum (Säure)

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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-

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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

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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

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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)

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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

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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-

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Säurewirkung von SO2

Säurewirkung des Gashydrats: Auf Lewis SB-Reaktion folgt SB-Reaktion nach Brönsted:

S

OO

LS

OHHLB

+ H+

S

O O-

OH

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Versuch 5: Kalksteinverfahren

Prinzip des Versuchs:

- Absorption von Rauchgas (SO2) in Kalksuspension

- durch Einblasen von Luft (O2) Gipsausfall

zur Rauchgasentschwefelung

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Steinzerfall: Das Phänomen

Portalfigur (Schloß Herten); um 1690

Zustand 1908

Zustand 1969

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Steinzerfall: SO2 – Emissionen von 1850 bis 1989 (Alte Bundesländer)

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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!

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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

.

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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. (...)