Schwefel

• Symbol: S
• Ordungszahl: 16

I. Hauptgruppe (Chalkogene)

Namensbedeutung

sulfur (lat.): Schwefel (engl.: sulfur)

Entdeckung

Da Schwefel an verschiedenen Stellen der Erde auch gediegen vorkommt und sich durch eine charakteristische Gelbfärbung auszeichnet, war dieser Stoff bereits den Menschen des Altertums und wahrscheinlich sogar der Frühzeit bekannt, ohne daß sich diese der wahren Natur des Elements bewußt waren. Besonders die Brennbarkeit des Schwefels und die stechenden Dämpfe, die bei seiner Verbrennung frei wurden, weckte schon früh das Interesse der Menschen. In China und im alten Ägypten war es seit ungefähr 5000 v.Chr. in Gebrauch; man verwendete es zum Bleichen von Textilien und zum Räuchern. Auch im antiken Griechenland kannte man die gelbe Substanz, wo sie darüber hinaus auch als Arzneimittel eingesetzt wurde. Die Römer unterhielten Schwefelminen auf Sizilien. Dort befanden sich die größten gediegenen Vorkommen vulkanischen Ursprungs im Mittelmeerraum. Die sizilianischen Schwefelvorkommen sollten noch lange nach dem Zusammenbruch des Römischen Imperiums große Bedeutung haben.

Auch für die Alchimisten des Mittelalters war Schwefel von ganz besonderem Interesse, zumal man annahm, daß Schwefeldämpfe Ausdünstungen der Hölle wären. Mehr durch Zufall entdeckte ein deutscher Mönch Anfang des 14. Jahrhunderts die explosive Wirkung eines pulverförmigen Gemisches, das ganz wesentlich aus Schwefel bestand. Als Schießpulver sollte es wenig später die gesamte Waffentechnologie grundlegend verändern. Aber erst 1777 erkannte der Franzose Antoine de Lavoisier in der gelben Substanz ein eigenständiges Element. Mit dem Beginn der industriellen Revolution im ausgehenden 18. Jahrhundert sollte auch die technische Bedeutung von Schwefel und insbesondere Schwefelsäure spürbar zunehmen. Der größte Abnehmer von Schwefelsäure, deren Erzeugung schon seit dem Mittelalter bekannt war, blieb lange Zeit die Textilindustrie.

Seit Mitte des 19. Jahrhunderts kam als neuer Verwendungszweck die Düngemittelerzeugung hinzu. Die Bedeutung der Schwefelsäure sollte um 1900 noch weiter steigen, da sie ein bedeutender Grundstoff bei der synthetischen Herstellung des intensiv blauen Farbstoffs Indigo ist. Im Deutschen Reich stieg die Schwefelsäureproduktion zwischen 1875 und 1910 von knapp 100.000 Tonnen auf annähernd 1,5 Mio. Tonnen an. Ihre Bedeutung war bis zum Ersten Weltkrieg so groß geworden, daß sie zum Gradmesser des industriellen Entwicklungsstandes einer Nation wurde. Die weltweite Produktionsmenge sollte bis in die 80er Jahre weiter zunehmen, da Schwefelsäure Ausgangspunkt zahlreicher technischer Synthese von organischen und anorganischen Verbindungen ist. Inzwischen sind aber in einigen westlichen Industrieländern − wie auch in Deutschland − rückläufige Tendenzen zu erkennen.

Vorkommen

Schwefel gehört mit Sauerstoff, Selen, Tellur und Polonium zur Gruppe der Chalkogene. Sein Anteil am Aufbau der Erdkruste beträgt ca. 0,05 Gewichtsprozent. In der Natur kommt es unter anderem auch rein vor. Diese gediegenen Vorkommen sind vulkanischen Ursprungs und wurden in den vergangenen Jahrhunderten bevorzugt abgebaut. Von weit größerer wirtschaftlicher Bedeutung als die Gewinnung reinen Schwefels ist heute seine Gewinnung aus Erdöl und Pyrit. Die wichtigsten europäischen Schwefel-Lagerstätten befinden sich auf Sizilien und in Polen. Abbauwürdige Vorkommen befinden sich unter anderem in den Vereinigten Staaten, Chile, Peru und Mexiko sowie in der GUS, Kanada und Japan.

Schwefelhaltige Mineralien sind weltweit verbreitet. Die beiden bekanntesten sind Gips (CaSO2) und Pyrit (FeS2), der auch Eisen- bzw. Schwefelkies genannt wird. Zu den sulfidischen Mineralien gehören unter anderem Bleiglanz, Kupferkies und Kupferglanz, Grauspießglanz, Silberglanz, Zinkblende und Zinnober. Zu den sulfathaltigen Mineralien gehören neben Gips auch Anhydrit, Bittersalz, Cölestin, Glaubersalz, Kieserit und Schwerspat. Auch in allen fossilen Rohstoffen − wie Kohle, Erdöl und Erdgas − kommen Schwefelverbindungen in nennenswerten Mengen vor, da diese ja aus abgestorbenen pflanzlichen bzw. tierischen Materialien gebildet wurden. Neben den anderen ökologischen Stoffkreisläufen ist der Schwefelkreislauf von zentraler ökologischer Bedeutung.

Eigenschaften

Schwefel ist ein gelbes Nichtmetall mit einer Vielzahl von Modifikationen. Unter Normalbedingungen tritt der in seiner α-Modifikation in Erscheinung. Bei dieser Modifikation handelt es sich um gelbe, rhombische Kristall, die aus ringförmigen S8-Molekülen aufgebaut sind. Diese Kristalle sind geruch- und geschmacklos und in Wasser unlöslich. Bei einer Temperatur von 95,6°C geht Schwefel in seine β-Modifikation über, der auch monokliner Schwefel genannt wird. β-Schwefel tritt in Form farbloser, nadelförmier Kristalle in Erscheinung; auch hier handelt es sich S8-Ringmoleküle, die aber anders gepackt sind als bei der α-Form. Über 119°C wandelt es sich in seine l-Modifikation um, bei der es sich um eine dünnflüssige, hellgelbe Schmelze handelt. Diese Modifikation wird ebenfalls aus S8-Ringen gebildet. In flüssigem Schwefel können sich aber neben den S8 -Ringen auch Ringe anderer Molekülgröße befinden: z.B. S6, S7, S9 S10, S12, S18 etc. Bei weiterem Erhitzen brechen die Schwefelringe auf und eine weitere Modifikation tritt hinzu. Die µ-Form besteht aus zum Teil recht langen Schwefelketten, die helixartig gewunden sind. Diese Ketten können bis zu einer Million Schwefelatome enthalten. Anfangs stehen die l- und die µ-Modifikation im Gleichgewicht. Über 150°C nimmt der Anteil der µ-Form stark zu und erreicht bei ca. 190°C ein Maximum. Bei 444°C siedet Schwefel, wobei der Dampf aus Molekülen besteht, die nicht mehr als acht Moleküle enthalten. Schwefel zeichnet sich durch seine große Reaktivität aus. So geht es mit fast allen anderen Elementen Verbindungen ein; Ausnahmen sind die Edelgase, Stickstoff, Tellur und Iod sowie die Edelmetalle Gold, Platin und Iridium. Wird Schwefel an Luft erhitzt verbrennt es zu Schwefeldioxid. In wäßriger Salzsäure ist es stabil; es wird aber von oxidierenden Säuren angegriffen. Zur Erlangung der Edelgaskonfiguration fehlen ihm lediglich zwei Elektronen. Dies hat zur Folge, daß es vielfach die Oxidationsstufe -2 anstrebt. Daneben sind +6, +4 und +2 möglich. Schwefel ist ein schlechter elektrischer und thermischer Leiter. − An dieser Stelle seien nur die folgenden Schwefel-Verbindungen genannt: Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, schweflige Säure und Schwefelsäure.

Biologische Bedeutung

Schwefel ist für alle Organismen von essentieller Bedeutung, da es in den meisten Proteinen enthalten ist. So ist es beispielsweise Bestandteil von Aminosäuren wie Methionin und Cystein. Im Körper eines Erwachsenen mit einem Durchschnittsgewicht von 70 kg sind ca. 150 g Schwefel enthalten. Der Tagesbedarf wird auf knapp 900 mg geschätzt. Reiner Schwefel ist für den Menschen nicht giftig, da er unverändert den Darm passiert und wieder ausgeschieden wird. − Für einige Schwefelverbindungen wurden im deutschen Arbeitsschutz Grenzwerte definiert: So gilt für Schwefeldioxid ein MAK-Wert von 2 ml/m3 bzw. 5 mg/m3 und für Schwefelsäure 1 mg/m3.

Isotope

Schwefel hat vier stabile Isotope, von denen S-32 mit einem Anteil von über 95% am bedeutendsten ist. An zweiter Stelle steht S-34 mit 4,2%; danach folgen S-33 mit einem Anteil von 0,75% und S-36 mit 0,02%. Außerdem sind gegenwärtig sieben Radionuklide bekannt, von denen S-35 mit 87,5 Tagen Halbwertszeit am langsamsten zerfällt. Die kürzeste Halbwertszeit hat S-29 mit einer Halbwertszeit von nur 187 Millisekunden.

Verwendung

Schwefel ist ein Grundstoff der modernen Chemie; seine Einsatzbereiche sind außerordentlich vielfältig. Weltweit werden ungefähr 55 Mio. Tonnen jährlich produziert. In Deutschland sind es annähernd 1,5 Mio. Tonnen pro Jahr. Hierbei wird nur ein kleiner Teil (weniger als 10%) in Form von elementarem Schwefel verarbeitet. Schwefel dient zur Vulkanisation von Gummi oder zur Herstellung von Streichhölzern. Er wird in medizinischen Präparaten, in Pilzgiften, Farben und Schießpulver verarbeitet. Der weitaus größere Teil (über 80%) dient zur großtechnischen Produktion von Schwefelsäure. Heute werden weltweit mehr als 100 Mio. Tonnen Schwefelsäure hergestellt, davon 5 Mio. Tonnen allein in Deutschland. Gerade Schwefelsäure ist für die Großchemie seit knapp hundert Jahren − wie oben erwähnt − von entscheidender Bedeutung. In großen Mengen dient sie zur Herstellung von Düngemitteln und waschaktiven Substanzen. Außerdem wird sie zur Produktion von Sprengstoffen, Farben und Gläsern eingesetzt.

Elementdaten

• Schwefel (OZ: 16)
• VI. Hauptgruppe
• Chalkogene

Normalzustand

• Feststoff – Nichtmetall, gelb mit einer Vielzahl von Modifikationen

• CAS-Nummer: 7704-34-9
• Kernladungszahl: 16
• rel. Atommasse: 32,066
• Kernladung: 5,45

Radien

• Atomradius: 104,0 pm
• Ionenradius: 29 (+6) pm
• Kovalenzradius: 104 pm

• Konfiguration: [Ne] 3s² 3p4
• Oxidationszahlen: 6, 4, 2, -2
• Ionisierungseng.: 10,360
• Dichte: 2,06 g/cm³

Elektronegativität

• Pauling: 2,58
• Allred & Rochow: 2,4
• Pearson: 6,22 eV

Temperatur

• Schmelzpunkt: 386.0 K (113 °C)
• Siedepunkt: 717.824 K (444,7 °C)

Natürliche Isotope

• S-32: 95,02%, S-33: 0,75%, S-34: 4,21%, S-36: 0,02%

Entdeckung

• 5000 v.Chr., unbekannt