Schwefel
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Struktur von Schwefel
Schwefel ist ein faszinierendes Element, das an der Position 16 im Periodensystem zu finden ist. In der dritten Periode angekommen, zeigt uns Schwefel einige Besonderheiten in seiner Elektronenkonfiguration. Mit einer voll besetzten 2p-Schale und einer niedrigeren Elektronegativität als Sauerstoff, spielt Schwefel in vielen chemischen Prozessen eine besondere Rolle.
Allotrope des Schwefels
Eines der bemerkenswertesten Attribute von Schwefel ist die Fähigkeit, in verschiedenen Allotropen zu existieren. Das bedeutet, Schwefel kann in unterschiedlichen Formen mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften auftreten, aber immer mit der gleichen chemischen Zusammensetzung, die reinem Schwefel entspricht.
α-Schwefel (Rhombischer Schwefel)
Der α-Schwefel ist die stabilste Form unter Normalbedingungen und kristallisiert in einem rhombischen System. Diese Struktur weist acht Atome auf, die einen Ring bilden, bekannt als das S8-Molekül. In der Struktur des α-Schwefels werden diese S8-Ringe in einer spezifischen Weise angeordnet, welche die kristalline Form stabilisiert.
β-Schwefel (Monokliner Schwefel)
Bei höheren Temperaturen ändert sich die Kristallstruktur von Schwefel und er geht in den β-Schwefel über, der monokliner Natur ist. Diese Modifikation zeigt sich auch durch S8-Ringe, allerdings in einer etwas anderen Anordnung als beim α-Schwefel.
Das IMPP liebt es, nach diesen Allotropen und ihren Strukturen zu fragen, daher ist es wichtig, sowohl das Aussehen als auch die jeweiligen Umwandlungstemperaturen im Kopf zu haben.
Ihr müsst verstehen, dass α-Schwefel sich bei einer Temperatur von 95,6°C in den β-Schwefel umwandelt. Diese Umwandlung ist reversibel, wenn die Temperatur abfällt.
Gewinnung von Schwefel
Elementarer Schwefel kommt in der Natur vor, insbesondere in Vulkangebieten oder als Bestandteil von Mineralien. Doch auch durch die Komproportionierungsreaktion von Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid lässt sich Schwefel gewinnen:
\[ \mathrm{2H_2S + SO_2 \rightarrow 3S + 2H_2O} \]
Diese Reaktion ist nicht nur für die Industrie von Bedeutung, sondern auch ein beliebtes Thema im Examen.
Oxidationszahlen von Schwefel
Schwefel ist ein Meister der Verwandlung – nicht nur in seiner Allotropie, sondern auch in der Vielfalt seiner Oxidationszahlen. Schwefel kann in folgenden Oxidationsstufen vorkommen:
- +6: z.B. \(SO_4^{2-}\), \(SO_3\) oder \(SF_6\)
- +5: z.B. \(H_2S_2O_6\)
- +4: z.B. \(HSO_3^-\)
- +3: z.B. \(H_2S_2O_4\)
- +2: z.B. \(SCl_2\)
- 0: z.B. \(S_8\)
- -1: z.B. \(H_2S_2\)
- -2: z.B. \(H_2S\)
Die Oxididationszahlen kann man sich in den meisten Fällen über die allgemeinen Regeln zur Oxidationszahlbestimmung herleiten.
Schwefel hat einen beeindruckenden Bereich von Oxidationszahlen – von -2 in Sulfiden bis zu +6 in Schwefelhexafluorid (\(\mathrm{SF_6}\)), einem farblosen, geruchlosen und extrem stabilen Gas mit einer oktaedrischen Struktur.
Chemie von Schwefel
Schwefeldioxid (SO2) und Schwefeltrioxid (SO3)
Von Interesse sind auch die Reaktionen, in denen Schwefel oxidiert wird. Bei der Verbrennung von Schwefel bildet sich hauptsächlich Schwefeldioxid:
\[ \mathrm{S + O_2 \rightarrow SO_2} \]
Schwefeldioxid kann weiter zu Schwefeltrioxid reagieren, welches dann in Schwefelsäure umgewandelt werden kann. Schwefeltrioxid selbst ist besonders interessant, weil es eine trigonal-planare Molekülstruktur hat, wo der Schwefel sp2-hybridisiert ist.
Dischwefelsäure (H2S2O7)
Wenn man SO3 in konzentrierter Schwefelsäure löst, bildet sich Dischwefelsäure, eine Substanz, die man als Anhydrid der Schwefelsäure betrachten kann.
Physikalische Eigenschaften
Zu guter Letzt dürfen wir die physischen Eigenschaften von Schwefel nicht übersehen. Schwefel ist gelb, kristallin bei Raumtemperatur, nicht löslich in Wasser und ein Nichtleiter für elektrischen Strom.
Besonders wichtig für Tests und Prüfungen sind die gelbe Farbe, die Unlöslichkeit in Wasser und die Leitfähigkeit. Diese Eigenschaften definieren Schwefel in seinem elementaren Zustand.
Im Umgang mit diesen Themen sind visuelle Darstellungen wie Kristallstrukturen und Reaktionsgleichungen eure besten Freunde. Vergesst nicht, diese zugriffsbereit zu haben, wenn ihr euch auf das Examen vorbereitet.
Zusammenfassung
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Footnotes
Credits Gewinnung von Schwefel am Vulkan Ijen auf Java Grafik: Candra Firmansyah, Bergelut dengan asap nan beracun, CC BY-SA 4.0↩︎
Credits Mesomere Grenzformeln von Schwefeltrioxid Grafik: Chem Sim 2001, Resonance structures of sulfur trioxide, als gemeinfrei gekennzeichnet, Details auf Wikimedia Commons↩︎
