Sulfid-Reaktionen

Sulfide sind in der Natur als sulfidische Erze weit verbreitet, so auch im Bleiglanz oder im Pyrit. Sie dienen als Rohstoff verschiedener Gebrauchsmetalle. Das Experiment "Kupfer und Schwefel" dient als Einstieg in das Thema der chemischen Reaktion. Dort werden die Besonderheiten erstmals beobachtet: Es entsteht unter Energieumwandlung ein neuer Stoff mit neuen Eigenschaften. Die Synthese der Sulfide ist der einfachste Typ einer chemischen Reaktion und kann von den Schülern gut nachvollzogen werden: Aus Stoff a und Stoff b wird Stoff c. Immer wenn ein Metall mit Schwefel reagiert, erhält man unter Energieumwandlung ein Sulfid.

Das Tragen von langen Schutzhandschuhen aus Leder, eines Arbeitskittels, eines Gesichtsschildes und einer Schutzbrille (auch beim Mischen) ist unbedingt notwendig, da eine sehr heiße und große Stichflamme entsteht! Es darf nur mit langem Arm gezündet werden, der Kopf ist fernzuhalten! Die Mitte der Wunderkerze kann mit einem durchgesteckten Rundfilterpapier als Funkenschutz versehen werden. Vom Zünden größerer Mengen wie angegeben wird abgeraten!

4 Gramm Zinkpulver werden zusammen mit 2 Gramm Schwefelpulver in ein großes Reagenzglas gegeben und bei aufgesetztem Stoffen durch vorsichtiges Schütteln am langen Arm mit Schutzhandschuhen durchmischt. Dabei darf keine Reibung auf das Stoffgemisch durch scharfkantige Ecken oder Kanten ausgeübt werden. Eine Vermischung der beiden Stoffe in einer Reibschale darf nicht durchgeführt werden! Das Stoffgemisch wird auf eine Keramikfließe oder eine feuerfeste Unterlage zu einem Kegel aufgehäuft und im Abzug oder im Freien mit einer Wunderkerze bestückt. Dann zündet man mit langem Arm die Wunderkerze. Mit einer Stricknadel lässt sich das Gemisch nur noch schwer zünden, da in der Schule heute aus Sicherheitsgründen nur noch phlegmatisiertes Zinkpulver verwendet wird.

Beobachtung: Der glühende Draht bringt das Gemisch zur Zündung, und es reagiert in einer sehr kräftigen, gelben Stichflamme, die von weißlich-gelbem Rauch durchsetzt ist. Die ganze Vorlage ist von einem lockeren, hellgelben Pulver bedeckt. Wischt man das Pulver mit einem Kehrwisch zusammen, kann man das entstandene Zinksulfid genauer betrachten. Zinksulfid kommt in der Natur im Mineral Zinkblende vor und dient in der Technik zur Herstellung von Pigmenten und Leuchtstoffen.

Theorie: Zink und Schwefel reagieren in einer stark exothermen Reaktion zu Zinksulfid:

Zn + S

ZnS ΔH_R = −201 kJ/mol

Die Aktivierung der Reaktion erfolgt durch die Wunderkerze oder den glühenden Draht. Während der Reaktion wird relativ viel Energie frei.

Entsorgung: Die Reste werden im Abfallbehälter für anorganische Feststoffe gesammelt. Es wird generell empfohlen, Abfälle für Feststoffe in einem brandsicheren Behälter mit Deckel und Sandeinlage zu sammeln.

Demonstration 2 Reaktion von Eisen und Schwefel

Dieser Versuch kann nur bei starker Raumlüftung durchgeführt werden, da geringe Mengen Schwefeldioxid frei werden. Viele Fachräume erfüllen diese Bedingung nicht. Bei schlecht angesetzten Mischungen verbrennt nur der Schwefel und es entsteht Schwefeldioxid in größeren Mengen. Daher wird empfohlen, die Demonstration generell im Abzug durchzuführen. Das Tragen einer Schutzbrille ist obligatorisch.

7 Gramm Eisenpulver und 4 Gramm Schwefelpulver werden wie oben beschrieben in einem großen Reagenzglas vermischt. Eventuell muss der Schwefel zuvor in einer Reibschale zu einem feinen Pulver zermahlen werden. Dann häuft man das Stoffgemisch auf eine Fließe und entzündet seitlich mit einem glühenden Draht oder einem brennenden Span.

Beobachtung: Das Gemisch beginnt zu glühen. Die Glühfront wandert von alleine durch das ganze Gemisch, wobei so viel Wärme frei wird, dass die Fließe eventuell springt. Das Produkt ist eine rötliche bis bläulich schimmernde, kompakte Masse.

Theorie: Eisen und Schwefel reagieren in einer exothermen Reaktion zu Eisen(II)-sulfid:

Fe + S

FeS ΔH_R = −100 kJ/mol

Bei der Reaktion wird nicht ganz so viel Energie frei, wie bei der Reaktion von Zink mit Schwefel. Trotzdem handelt es sich um eine exotherme Reaktion, was durch das Fortschreiten der Glühfront und durch das Springen der Keramikfließe belegt wird.

Entsorgung: Die Reste werden im Abfallbehälter für anorganische Feststoffe gesammelt. Es wird generell empfohlen, Abfälle für Feststoffe in einem brandsicheren Behälter mit Deckel und Sandeinlage zu sammeln.

Variationen: Ein Reagenzglas wird mit wenig Schwefel gefüllt und in der Mitte Eisenwolle zufügt. Nach dem Erhitzen des Schwefels erfolgt eine Reaktion, die von einem Singen begleitet ist.

Siehe auch Experiment: Kupfer + Schwefel

Eisen(II)-sulfid FeS kommt in der Natur im Mineral Pyrrhotin vor. Da dieser von einem Magneten angezogen wird, wurde er früher von den Bergleuten „Magnetkies“ genannt. In der Technik dient Eisen(II)-sulfid zur Herstellung von Schwefelwasserstoff oder zur Färbung von keramischen Erzeugnissen. Eisendisulfid FeS₂ besitzt eine andere chemische Zusammensetzung und kommt in der Natur in zwei verschiedenen Modifikationen vor: Der Pyrit wird aufgrund seiner goldenen Farbe oft „Katzengold" genannt; der Markasit bildet gerne speerspitzenartige Kristalle, man nennt ihn daher gelegentlich auch „Speerkies“.