Schwefel – Sulfur (S) – Element 16

Material:

Arbeitsblatt Schwefel

Element Nummer 16 wird „Sulfur“ – abgeleitet von „langsam brennen“ – genannt und ist dem Menschen schon seit dem Altertum bekannt. Schwefel wird schon 5000 v. Chr. erwähnt, da es als Arzneimittel (Augen), zum Bleichen von Textilien und zur Desinfektion genutzt wurde. Man findet Schwefel noch heute an der Erdoberfläche an den Austrittsöffnungen von Vulkanen und in ehemaligen vulkanischen Gebieten. Über besonders große Vorkommen verfügen Russland, Polen, Sizilien, USA, Kanada, u.a.
Zur Gewinnung aus dem Erdinneren wurde bis in das Jahr 2000 das Frasch-Verfahren genutzt, bei dem mit einem doppelwandigen Rohr 155°C heißes Wasser in die Erde gepumpt wurde und der dadurch gelöste Schwefel (Schmelztemperatur 119,6°C) im Inneren des Rohres nach oben gesaugt werden konnte. Heute wird Schwefel als Nebenprodukt aus Erdgas/Erdöl im Claus-Prozess gewonnen und fällt dort so reichlich an, dass eine unterirdische Produktion unrentabel ist.

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Kratersee in Indonesien, Hier bilden die
Schwefelabscheidungen einen Säuresee.
Baden nicht zu empfehlen!

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Die hohen Temperaturen im Erdinneren
lassen den Schwefel oberhalb 120°C
verdampfen.
Bei Austritt aus dem Vulkan kondensiert
und erstarrt der Schwefel an der Luft wieder.

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Und das findet weltweit so statt.
Hier auf Island...

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So wie wir Schneeflocken als feste Kristalle vom Wasser kennen,
bilden auch die Schwefelkristalle ihr eigenen Formen...

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Schwefelträger in Indonesien transportieren 70kg schwere Körbe mit Schwefel kilometerweit aus den Kratern in die benachbarten Dörfer.

Die 70kg bringen dort ungefähr 1€ Verdienst.

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Was macht den Schwefel zum typischen Nichtmetall?

Schwefel ist spröde und leitet keinen Strom. Außerdem fehlt dem Element der typisch metallische Glanz.

Was weiß der Chemiker über Schwefel und wozu wird Schwefel eigentlich benötigt?

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Streichhölzer enthalten den leicht entzündlichen, gelben Schwefel in ihren Kuppen. Die Farbe der Kuppe ist nur noch eine Modeerscheinung, die durch Farbstoffe erreicht wird.
Durch die Reibung am einer Fläche mit Glassplittern und Phosphor, der Reibefläche, entsteht genug Wärme für die Entzündung der Kuppe und des Holzes.

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Große Teile des Schwefels werden im sogenannten Kontaktverfahren zu Schwefelsäure verarbeitet

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Schwefelsäure wird zum Beispiel in Autobatterien verwendet. Sie wird das "Blut der Chemie" genannt und ist eine der wichtigsten Chemikalien in einem Industriestaat. Düngemittel, Farben, Lacke, Arznei- und Wachmittel, Sprengstoffe, Kunststoffe und viel mehr entstehen aus diesem Stoff oder werden mit seiner Hilfe hergestellt.

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Die Farbindustrie hat sich erst vor 100 Jahren entwickelt und konnte dank der Produkte der Kohle, des Erdöls und auch Säuren wie Schwefelsäure oder Salpetersäure eine so große Farbpalette liefern.

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Schon früh hat man die "heilende" Wirkung von Schwefeldämpfen beobachtet. Dass durch die Giftigkeit dabei sämtliche Bakterien starben und somit weniger Krankheitserreger übrig blieben, war lange Zeit unbekannt. Heut wissen wir die keimtötende Wirkung zu schätzen und sorgen von Zeit zu Zeit zum Beispiel in Öfen für "Säuberung".

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Auch Wein enthält Keime, die sich mit Schwefel bekämpfen lassen. Hier nutzt man die keimtötende Wirkung des Schwefels in Form eines Minerals namens Kaliumdisulfit oder man gibt Sulfitlösung, schweflige Säure oder Schwefeldioxidgas hinzu. Allerdings in so geringen Dosen, dass der Geschmack nicht beeinträchtigt wird.

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Hier sehen wir Kunstdünger in Form von Granulat.

Dank Justus von Liebig wissen wir um die Bedeutung von Düngung für eine erfolgreiche Landwirtschaft. Auch Schwefelverbindungen müssen den Pflanzen zugeführt werden.

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Düngemittel sind heute in allen Teilen der Welt Garanten für ertragreiche Landwirtschaft. Si versorgen die Pflanzen mit so wichtigen Elementen wie Stickstoff, Phosphor und Schwefel.

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So wie der Schwefel wichtig für das Wachstum der Pflanzen ist, können seine Verbindungen auch gegen das Wachstum eingesetzt werden. Pflanzenschutz ist mit den Produkten der Schwefelsäure ebenso möglich und kann Schädlinge wie Unkräuter und Insekten eindämmen helfen.

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Und an unzugänglichen Stellen auch aus der Luft...

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Verbrennt man den Schwefel , so entsteht ein Gas und der typische stechende Geruch dieses Schwefeldioxids. Dieses Gas löst sich gut in Wasser. Dabei kommt es zu einer chemischen Reaktion.

Bau des Schwefels

to be continued…

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Wasserstoff – Hydrogenium (H) – Element 1

Arbeitsblatt zum Wasserstoff
Arbeitsblatt Wasserstoff Herstellung

Wie funktioniert ein Wasserstoffauto?

Entdeckt wurde Wasserstoff vom englischen Chemiker und Physiker Henry Cavendish im Jahre 1766, als er mit Quecksilber und Säuren experimentierte. Als er die beiden Substanzen zusammenbrachte, entstanden im Gemisch kleine Gasbläschen.

Das Element (die Atomart) Wasserstoff (Symbol: H) bildet als Elementsubstanz ein geruchloses, farbloses und brennbares Gas, welches aus Molekülen mit der Formel H2 aufgebaut ist.

Wasserstoff hat eine Dichte von 0,084 g/l und ist damit das „leichteste“ Element. Bei -253°C wird es flüssig und erstarrt bei -259°C  zum Feststoff. In Gemischen mit Luft oder Sauerstoff reagiert Wasserstoff explosionsartig. Dieses Gemisch nennt der Chemiker Knallgas. Bei höheren Temperaturen reagiert es mit vielen Metallen und Nichtmetallen heftig, wobei die entsprechenden Hydride gebildet werden. In Magnesiumhydrid \( (MgH_2) \) lösen sich 800 Liter Wasserstoff pro kg Hydrid. Damit wird es für die Nutzung als Energiespeicher interessant, da diese Energiedichte größer als die der gegenwärtigen Batterien ist. In Wasser ist Wasserstoff nur sehr wenig löslich. Eine besondere Eigenschaft von Wasserstoff ist, in Metalle einzudringen (diffundieren)  und mit ihnen „nicht stöchiometrische Metallhydride“ zu bilden.

Cavendishs Apparatur zur Darstellung von Gasen findet in weiterentwickelter Form noch heute statt.
Das pneumatische Auffangen von wenig wasserlöslichen Gasen ist ein Standardverfahren im Labor.

Die industrielle Produktion von Wasserstoff erfolgt zum großen Teil aus Erdöl, Erdgas und Biomasse. Dort wird im Dampfreforming-Verfahren Wasserstoff gewonnen. Die Weltproduktion von Wasserstoff liegt bei ca. 350 Milliarden Tonnen pro Jahr. Wasserstoff wird für technische Hydrierungen und die verschiedensten chemischen Synthesen eingesetzt. Sein Einsatz zur Herstellung von Ammoniak hat die Hochdruckchemieindustrie begründet. Das Haber-Bosch-Verfahren zur Ammoniaksynthese wird seit 1913 betrieben. Zur Gewinnung von Metallen wie Wolfram und Chrom, werden ihre Erze mit Wasserstoff zu den Metallen reduziert.

36km weit flog der erste bemannte mit Wasserstoff gefüllte Ballon der Welt. Charles und Nicolas Robert flogen damit am 1. Dezember 1783, also 17 Jahre nach der Entdeckung des Elements.
Bis 1937 wurde der Wasserstoff in immer größeren Projekten wie Ballons und später auch in Luftschiffen als Füllgas eingesetzt. Dabei kam es aber immer wieder zu Katastrophen, die Menschenleben kosteten. Diese gipfelten im Absturz des mit 200.000m³ Wasserstoff gefüllten Zeppelins „Hindenburg“.

Eine Liste von Unglücken mit Luftschiffen gibt es hier!

Wasserstoff ist heute wieder im Gespräch nachdem dieser Stoff lange als zu gefährlich und unkontrollierbar galt. Nun tankt man Wasserstoff wieder in Busse, PKW und einige andere Fahrzeuge. Für Füllungen von Wetterbalonen und unbemannten Luftschiffen ist er immer noch eine preisgünstige Variante.

Wasserstoff ist natürlich im Chemieunterricht hergestellt eine spektakuläre Substanz, die mit der Knallgasprobe nachgewiesen werden kann. Die Bildung von explosiven Gemischen aus Sauerstoff der Luft und Wassserstoff wird hier genutzt.

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Reaktion von unedlen Metallen mit Wasser

Wirft man einen Goldring in das Wasser, so muss man sich keine Sorgen machen, dass das gute Stück verloren ist, denn Gold ist reaktionsträge ..ähh „edel“ . Bei einem Stück Natrium oder Kalium ist das anders.

Unedle Metalle reagieren unter Wärmentwicklung(exotherm) mit Wasser, wobei basische Lösungen und gasförmiger Wasserstoff entstehen. Die Reaktionswärme reicht meist aus, den entstehenden Wasserstoff sofort zu entzünden.

Damit besteht bei diesen Experimenten immer Explosionsgefahr!

Metall + Wasser —> Lauge + Wasserstoff

oder genauer:

Metall (unedel) + Wasser —-> Metallhydroxid(Base) + Wasserstoff

Dass man das auch übertreiben kann, erleben wir immer wieder mit den Herren von „Brainiac„, einer britischen Fernsehreihe.

Rubidium , Cäsium und maybe more …

Allgemein gilt also:

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