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Schwefel,

 

lateinisch Sụlfur, chemisches Symbol S, ein chemisches Element aus der sechsten Hauptgruppe des Periodensystems der chemischen Elemente. Schwefel ist ein Nichtmetall, das in mehreren festen, flüssigen und gasförmigen Zustandsformen auftritt. Der bei normaler Temperatur allein beständige gelbe, rhombisch kristallisierende α-Schwefel (rhombischer Schwefel) verwandelt sich bei 95,6 ºC in monoklin kristallisierenden, ebenfalls gelben β-Schwefel (monokliner Schwefel). Die Kristallgitter beider Schwefelmodifikationen sind aus ringförmigen S₈-Molekülen aufgebaut. Bei 119,0 ºC schmilzt der β-Schwefel zu einer hellgelben, beweglichen Flüssigkeit (λ-Schwefel), in der noch S₈-Moleküle vorliegen. Diese Flüssigkeit wird mit steigender Temperatur (etwa ab 160 ºC) braun und viskos, wobei die zunehmende Viskosität (Maximum bei 187 ºC) v. a. auf der Bildung hochmolekularer, zum Teil zu Ringen geschlossener Schwefelketten (μ-Schwefel) beruht, die beim thermischen Aufbrechen der S₈-Ringe entstehen; gleichzeitig bilden sich auch weitere Schwefelringmoleküle (π-Schwefel, S_n, wobei n die Größen 6 bis 26 annehmen kann). Bei weiterem Erwärmen des Schwefels (etwa ab 200 ºC) zerbrechen die hochmolekularen Schwefelmoleküle zu kleineren Bruchstücken, sodass bei 400 ºC eine wieder dünnflüssige, dunkelrotbraune Schmelze vorliegt, die bei 444,6 ºC siedet. Der Schwefeldampf besteht zunächst aus S₈-Ringmolekülen, die mit steigender Temperatur in kleinere Bruchstücke und schließlich - bei etwa 700 ºC - in S₂-Moleküle zerfallen. Bei 2 000 ºC besteht der Schwefeldampf fast nur noch aus Schwefelatomen. Beim langsamen Abkühlen von geschmolzenem Schwefel finden die genannten Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge statt. Schreckt man jedoch den geschmolzenen Schwefel, z. B. durch Eingießen in kaltes Wasser, ab, so bildet sich plastischer Schwefel, eine braungelbe, zäh-elastische Masse, die aus einem Gemisch von λ- und μ-Schwefel besteht, aus dem man den λ-Schwefel durch Herauslösen mit Schwefelkohlenstoff vom unlöslichen μ-Schwefel abtrennen kann. Durch rasches Abkühlen von Schwefeldampf erhält man Schwefel als fein verteiltes, blassgelbes Pulver, das zu einem großen Teil aus amorphem Schwefel besteht (sublimierter Schwefel, Schwefelblüte, Schwefelblume). Bei einigen chemischen Vorgängen wird Schwefel in Flüssigkeiten in feinster Verteilung als milchig weiße Suspension (Schwefelmilch) abgeschieden. - Der bei gewöhnlicher Temperatur vorliegende α-Schwefel löst sich (wie auch β - und λ-Schwefel) sehr gut in Schwefelkohlenstoff; er ist jedoch nur wenig löslich in Alkohol und zahlreichen anderen organischen Lösungsmitteln, unlöslich in Wasser. Beim Erwärmen reagiert er mit zahlreichen Nichtmetallen und Metallen, z. B. verbindet er sich mit Kupfer unter Lichterscheinung zu Kupfersulfid, CuS. An der Luft entzündet sich Schwefel bei etwa 260 ºC und verbrennt mit blauer Flamme zu Schwefeldioxid, SO₂ (Schwefelverbindungen). Ist eine Verbindung vorhanden, die leicht Sauerstoff abgibt, so kann die Verbrennung explosionsartig verlaufen (z. B. beim Abbrennen von Schwarzpulver).

 

Vorkommen:

 

Schwefel gehört zu den häufigeren Elementen der festen Erdkruste und steht in der Häufigkeitsliste der chemischen Elemente an 15. Stelle. Er kommt in der Natur in freier Form (gediegen) und gebunden vor. Gediegener Schwefel entsteht in geringen Mengen als vulkanischer Schwefel (an tätigen Vulkanen, in Solfataren); wirtschaftlich bedeutend ist der sedimentäre Schwefel, der sich als unmittelbares Ausscheidungsprodukt sulfatabbauender Bakterien sowie durch Reduktion von Sulfaten (Gips, v. a. an Salzstöcken) unter Mitwirkung organische Stoffe bildet. Chemisch gebunden liegt Schwefel in Mineralen in Form von Sulfiden (v. a. Pyrit, Kupferkies, Bleiglanz, Zinkblende) und Sulfaten (v. a. Gips, Anhydrit, Bittersalz, Baryt, Glaubersalz) sowie in vulkanischen Gasen auch in Form von Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid vor. Die Sulfide entstanden v. a. unter sauerstoffarmen oder -freien Bedingungen (euxinisch), die Sulfate als Evaporite. Gebunden findet sich Schwefel (v. a. in Form von Eisensulfid) als Bestandteil von Kohlen und (in Form von organischen Schwefelverbindungen oder als Schwefelwasserstoff) als Bestandteil von Erdöl und Erdgas. Schwefel ist auch in zahlreichen biochemisch wichtigen Verbindungen enthalten, z. B. in den Aminosäuren Cystein und Methionin sowie im Vitamin B₁ (Thiamin).

 

Gewinnung:

 

Gediegener Schwefel wird im Tage- und Untertagebau abgebaut sowie v. a. durch das Frasch-Verfahren gewonnen. Der dabei gewonnene, noch verunreinigte Rohschwefel wird durch Umschmelzen und Destillieren gereinigt; er fällt je nach den Kondensationsbedingungen als feines gelbes Pulver (sublimierter Schwefel) oder als flüssiger Schwefel an, den man in Formen erstarren lässt (u. a. als Fassschwefel oder Stangenschwefel im Handel). Größere Mengen Schwefel wurden früher auch aus Sulfiderzen (z. B. durch Rösten zu Schwefeldioxid und anschließendes Reduzieren) gewonnen. Heute spielt besonders die Gewinnung von Schwefel aus Schwefelwasserstoff, der in Erd-, Kokerei- und Raffineriegasen enthalten ist, eine Rolle (Entschwefelung z. B. nach dem Claus-Verfahren).

 

Verwendung

 

findet Schwefel v. a. zur Herstellung von Schwefelsäure, ferner von Schwefelkohlenstoff, Schwefelfarbstoffen, Sulfiten, Thiosulfaten, Polysulfiden usw. Große Bedeutung hat Schwefel ferner (v. a. in Form von μ-Schwefel) für die Vulkanisation von Kautschuk. - Schwefel hat als solcher praktisch keine physiologische Wirkung, er reagiert aber mit Proteinen unter Bildung von Schwefelwasserstoff und entfaltet bei keratinhaltigen Substanzen eine keratolytische (hornerweichende) Wirkung; außerdem wirkt der entstehende giftige Schwefelwasserstoff Bakterien und Parasiten abtötend. Fein verteilter Netzschwefel (kolloider Schwefel, Ultraschwefel), der durch Feinmahlung in Kolloidmühlen oder durch Fällen aus Sulfid- oder Thiosulfatlösungen gewonnen wird, dient daher (in Form von Salben, Pudern oder Schüttelmixturen) zur Behandlung von Akne, Ekzemen, Schuppenflechte und Furunkulose sowie (in Form der Schwefelkalkbrühe) zur Bekämpfung pflanzenpathogener Pilze.

 

Geschichte:

 

Schwefel in elementarer Form war bereits im Altertum bekannt. Plinius der Ältere gab Schwefellagerstätten auf Sizilien an und erwähnte die Verwendung von Schwefel für medizinische Zwecke und von »Schwefeldämpfen« (Schwefeldioxid) zum Bleichen von Tuch. Große Bedeutung hatte Schwefel in der Alchimie. Seit dem Mittelalter wird Schwefel zur Herstellung von Schwarzpulver verwendet.

 

Wirtschaft:

 

Vorkommen an gediegenem Schwefel befinden sich v. a. entlang der Küste des Golfs von Mexiko, in Sizilien, Island, Neuseeland sowie an weiteren Plätzen vulkanischer Aktivität in Amerika, Asien und Ozeanien. Die Weltproduktion an Schwefel betrug 1995 rd. 54,3 Mio. t; Haupterzeugerländer waren (in Mio. t) die USA (11,8), Kanada (9), China (6,5) und Russland (4). Der größte Teil wird als gediegener Schwefel oder als Nebenprodukt bei der Entschwefelung von Erdgas und Erdöl (Rekuperationsschwefel) gewonnen. In Deutschland betrug die Schwefelproduktion 1996 rd. 1,3 Mio. t, wobei die Gewinnung aus der Erdgasreinigung und aus der Erdölentschwefelung stammt. Bei der Abgasreinigung in Steinkohlekraftwerken (Rauchgaswäsche) fallen zusätzlich jährlich 3 Mio. t nutzbarer Gips an.