Schwefel
Eigenschaften des Elements
| Einordnung in das Periodensystem der Elemente und Eigenschaften | Atombau |
| Ordnungszahl: 16 | 16 Protonen 16 Elektronen |
| 3. Periode | 3 besetzte Elektronenschalen |
| VI. Hauptgruppe | 6 Außenelektronen |
| Elektronenkonfiguration im Grundzustand | Ne 3s23p4 |
| Elektronegativität | 2,5 |
| Ionisierungsenergie in eV | 10,360 |
| häufigste Oxidationszahlen | 6, 4, 2, -2 |
| Atommasse des Elements in u | 32,06 |
| Atomradius in 10- 1 0m | 1,04 |
| Ionenradius in 10- 1 0m | 1,84 (-2) |
| Aggregatzustand im Normalzustand | fest |
Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur
Dichte in  bei 25 °C | α: 2,07; β: 1,96 |
| Härte nach Mohs | α: 2 |
Schallgeschwindigkeit in  | |
| Schmelztemperatur in °C | α: 113; β: 119 |
spezifische Schmelzwärme in  | 38,32 |
| Siedetemperatur in °C | β: 445 |
| spezifische Verdampfungswärme in | 299,68 |
Standardentropie S0 in  | α: 22; β: 33 |
Wärmeleitfähigkeit in  bei 27 °C | 0,269 |
spezifische Wärmekapazität in  | 0,736 |
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3  | |
spez. elektrischer Widerstand in  | 2 |
| Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe) | 0,048 |
Schwefelkristalle
Schalenmodell
Periode: 3 (M)
Hauptgruppe: VI
Außenelektronen: 6
Isotope des Elements
Neben den drei natürlichen Isotopen A = 32, 33, 34 und 36 existieren 18 weitere künstliche, radioaktive Isotope. Die leichteren (A<34) zerfallen in entsprechende Phosphor-Isotope, die schwereren (A>34) in die entsprechenden Chlor-Isotope. In der Tabelle sind nur einige dieser Radioisotope beispielhaft aufgeführt.
| Ordnungszahl Z | Massenzahl A | Atommasse in u | Häufigkeit in % | Art der Strahlung und Energie in MeV | Halbwertszeit |
| 16 | 32 | 31,972 974 | 95,0% | ||
| 33 | 32,971 462 | 0,8% | |||
| 34 | 33,967 965 | 4,2% | |||
| 35 | 34,967 865 | künstlich | β | 87 d | |
| 36 | 35,967 090 | 0,015% | |||
| 37 | 36,971 | künstlich | β  : 1,8 | 5,1 min | |
| 38 | 37,971 | künstlich | β : 1,0 | 2,87 h |
Energieniveauschema
Weitere Eigenschaften
Schwefel ist bei Normalbedingungen ein fester, geruchloser Stoff. Es gibt mehrere nichtmetallische Modifikationen des Schwefels. Alpha-Schwefel ist die stabilste Form. Man bezeichnet ihn nach der Anordnung der Atome auch als rhombischen Schwefel. Diese Modifikation bildet zitronengelbe, recht spröde Kristalle. Unter dem Mikroskop sieht man die rhombische Struktur, von der der Name abstammt. Beta-Schwefel entsteht beim Erhitzen auf 95 °C aus Alpha-Schwefel. Wegen der Kristallform nennt man diese Modifikation auch «monokliner» Schwefel. Der monokline Schwefel sieht hellgelb aus. Unter dem Mikroskop sieht man feine Nadeln. Schwefel wird bei 113 °C (rhombisch) bzw. bei 119 °C (monoklin) flüssig. Zuerst hat die Flüssigkeit eine gelbe Farbe, bei weiterem Erhitzen verfärbt sich der Schwefel dann dunkelbraun und wird zähflüssig. Erhitzt man den Schwefel auf über 400 °C, wird die zähe Schmelze wieder dünnflüssig. Der flüssige Schwefel siedet bei 445 °C. Sublimierten Schwefel, auch Schwefelblüte, erhält man durch Abkühlen von Schwefeldampf. Es ist ein hellgelbes Pulver. Kühlt man jedoch die Schmelze rasch ab (Abschrecken), so entsteht plastischer Schwefel, eine zähe, elastische Masse. Daraus bildet sich bei weiterem Abkühlen wieder die stabile Alpha-Form. Schwefel reagiert nicht mit Wasser. Er ist brennbar, er verbrennt ab etwa 250 °C mit bläulicher Flamme. Dabei entstehen stechend riechende Gase (Schwefeldioxid). Mit vielen anderen Elementen reagiert Schwefel ebenfalls, z. B. mit Wasserstoff zu Schwefelwasserstoff oder mit Metallen zu Sulfiden (Beispiel Eisensulfid).
Entdeckung
Schwefel gehört zu jenen Elementen, die bereits in der Antike bekannt waren. Belegt ist dies durch Schriften von PLINIUS DEM ÄLTEREN, aus dem 1. Jahrhundert nach Christus, in denen er Schwefellagerstätten auf Sizilien sowie seine Verwendung für medizinische Behandlungen erwähnt. Die Alchemisten bezeichneten Schwefel als «Prinzip der Brennbarkeit». Zudem galt er bei ihnen als «Vater der Metalle». Was LAVOISIER im Jahr 1777 nur vermutete, konnten 1809 JOSEPH LOUIS GAY-LUSSAC und LOUIS JACQUES THENARD beweisen. Schwefel ist ein Element. Der Begriff «sweblan» stand vermutlich für den deutschen Namen Schwefel Pate und bedeutet so viel wie schlafen oder erschlagen. Der Grund hierfür liegt vermutlich in der Tatsache, dass Schwefeldioxid giftig ist. Den auch heute noch verwendeten Elementnamen «sulfur» leitete man aus dem «sulvere» in Sanskrit ab. Verbindungen des Schwefels tragen oft die Vorsilbe «Thio». Das stammt vom griechischen Wort «thion», welches Gottheit heißt.
Vorkommen/Herstellung
Schwefel gehört zu den häufigeren Elementen auf unserer Erde. Dabei tritt er sowohl elementar als auch in Verbindungen auf. Zu den Staaten mit großen Schwefellagerstätten gehören u. a. die USA, Kanada, die GUS-Staaten, China, Mexiko, Saudi-Arabien und Polen. Oft werden zur Gewinnung des Schwefels jedoch auch schwefelhaltige Mineralien und Erze genutzt. Wichtige mineralische Schwefelverbindungen in der Erdkruste sind z. B. Schwefelblende (Verbindungen aus Sulfid-Ionen und Zink- oder Eisen(II)-Ionen, Blenden (z. B. Zinkblende, ZnS), Kiese (z. B. Kupferkies, CuFeS
) und Glanze (z. B. Bleiglanz, PbS). Sulfate werden ebenfalls häufig gefunden, z. B. Schwerspat (Bariumsulfat) und Gips (Calciumsulfat mit Kristallwasser). Auch in den Meeren und Ozeanen bzw. in bestimmten Quellen ist Schwefel in Form von verschiedenen Ionen aus löslichen Verbindungen vorhanden. Eine der bekanntesten Schwefelquellen befindet sich in Karlovy Vary in der Tschechischen Republik. In fossilen Brennstoffen wie Kohle und Erdöl befinden sich größere Mengen Schwefel. Daher werden die Erdölfraktionen, die der Energiegewinnung dienen, vor der weiteren Veredelung entschwefelt. Schwefelverbindungen haben in Organismen große Bedeutung, z. B. existieren Eiweiße, die chemisch gebundenen Schwefel enthalten. Da die Schwefellagerstätten den Bedarf an diesem Rohstoff nicht decken, wird Schwefel aus Verbindungen und Erzen gewonnen. Aus Schwefeldioxid, welches als giftiges Abfallprodukt von vielen Verbrennungsvorgängen entsteht, kann Schwefel durch Reduktion erhalten werden. Schwefelwasserstoff fällt bei der Erdgas- oder Kokereigasverarbeitung an. Es ist ein hochgiftiges Gas und kann mit Sauerstoff und einem Katalysator zu Wasser und Schwefel umgewandelt werden. Aus sulfidischen Erzen gewinnt man Schwefel unter Luftabschluss und anschließendem Rösten (Rösten sulfidischer Erze). Das entstehende Schwefeldioxid wird mit Kohlenstoff (aus Koks) reduziert.
Verwendung
Schwefel gehört zu den Basisrohstoffen, die vielfältig in der chemischen Industrie verwendet werden. Dabei werden nur etwa 10 % der gesamten Schwefelproduktion in elementarer, also reiner Form verarbeitet. Der wichtigste Verwendungszweck für elementaren Schwefel ist die Herstellung von vulkanisiertem Kautschuk oder Gummi. Auch Farbstoffe werden mit Schwefel hergestellt. Reiner Schwefel wird außerdem zur Herstellung von Streichhölzern, Feuerwerkskörpern und Schwarzpulver benötigt. Ebenso ist er Bestandteil von Pflanzenschutzmitteln, dient der Ausschwefelung von Fässern (Desinfizieren mit Schwefeldioxid durch Verbrennen reinen Schwefels) sowie als Bleichmittel für Naturfasern wie Seide und Wolle. In der Medizin ist Schwefel in Salben, Badezusätzen und anderen schwefelhaltigen Präparaten enthalten, die bei verschiedenen Hautkrankheiten, wie Akne, aber auch bei Rheuma, Gicht und anderen Erkrankungen angewandt werden. In der Landwirtschaft tötet Schwefel Schädlinge wie Spinnmilben und Mehltaupilze ab. Zumeist dient Schwefel jedoch als Ausgangsstoff für die Produktion wichtiger Verbindungen. Beispielsweise wird aus Schwefel Schwefelsäure hergestellt
Wichtige Verbindungen:
- Schwefelsäure (H2SO4 - technische Säure, Ausgangsstoff in der Düngemittelindustrie)
- Sulfite, Hydrogensulfite, Thiosulfate oder Carbondisulfid (Ausgangsstoffe für zahlreiche Verbindungen) - wasserhaltiges Calciumsulfat (Gips - ein wichtiger Baustoff)
- Sulfate (Bestandteile von Waschmitteln)
organische Verbindungen:
- einige Aminosäuren, z. B. Cystein oder Methionin
- Vitamine und Coenzyme, z. B. Thiamin und Vitamin H
- Bestandteil der tierischen Hornsubstanz (Haare, Hufe, Nägel, Klauen)
- Bestandteil von Muskeleiweiß
Bau:
Wichtige Modifikationen sind der rhombische α-Schwefel und der monokline β-Schwefel, die aus S
-Ringen aufgebaut sind.
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