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Steckbrief: Schwefel

Informationen zum Element:

Bezeichnung

32,065

Symbol: S

Internationale Bezeichung (IUPAC): Sulfur

Ursprung: Schwefel (chemisch nach dem lat. Sulphur oder Sulfur genannt, im Deutschen eventuell vom Indogermanischen suel- schwelen abgeleitet) ist ein chemisches Element der Sauerstoffgruppe. Er verbrennt an der Luft mit blauer Flamme und erzeugt dabei stechend riechendes Schwefeldioxid. Schwefel ist für Lebewesen ein essentielles Element. Er kommt unter anderem in Aminosäuren und Koenzymen vor, und spielt eine wichtige Rolle bei der anaeroben Energiegewinnung vieler Mikroorganismen.
Schwefel tritt in verschiedenen Modifikationen auf:
Fester Schwefel
- Die bei Raumtemperatur thermodynamisch stabilste Modifikation des Schwefels ist α-Schwefel, orthorhombisch kristallisierend (orthorhombischer Schwefel). Er ist geruch- und geschmackslos und hat die typische schwefelgelbe Farbe.
- Bei 95,6 °C liegt der Umwandlungspunkt zu β-Schwefel. Diese Schwefelmodifikation ist fast farblos und kristallisiert monoklin (monokliner Schwefel).
- Seltener ist der ebenfalls monoklin kristallisierende γ-Schwefel (Rosickyit).
Flüssiger Schwefel
- λ-Schwefel: S8-Ringe (gelb) (Schwefelblüte)
- π-Schwefel: Sn (6 <= n <= 25, n != 8) niedermolekulare und größere Ringe
- μ-Schwefel: S_n (10³ <= n <= 10⁶) hochmolekulare Ketten
Fester Schwefel besteht normalerweise aus S₈-Molekülen, bei denen acht Schwefel-Atome in einem Ring zick-zack-förmig gebunden sind (sog. Kronenform). Beim Erhitzen schmilzt der β-Schwefel, wobei auch andere Ringe (v. a. S₆, S₇, S₁₂) in temperaturabhängigen Anteilen auftreten. Bei weiterer Erhöhung der Temperatur brechen die Ringe durch thermische Anregung auf und bilden zunächst lange Ketten (Polymerisation, sog. λ-Übergang bei ca. 159 °C), diese verkürzen sich durch Zerfall dann bei steigender Temperatur wieder. Neben diesen Schwefelketten liegen aber immer auch S-Ringe vor, im wesentlichen jedoch S₈. Am ?-Übergang ändern sich eine Reihe physikalischer Eigenschaften (z. B. Viskosität, optische Absorption und damit auch die Farbe). Gasförmiger Schwefel ist dunkelrot und besteht anfangs aus S₈-Ringen, die bei höheren Temperaturen dann weiter aufbrechen, so dass die Moleküle immer kleiner werden. Ab etwa 1800 °C hat man dann Schwefelatome.
Im Pharmazeutischen gibt es Schwefel in 3 verschiedenen Pulverformen:
1. Sulfur praecipitatum, der sogenannte gefällte arsenfreie Schwefel in fein verteilter Form. Es wird auch als Schwefelmilch bezeichnet. Angewendet wird es bei äußerlichen Hauterkrankungen.
2. Sulfur depuratum, das ist der gereinigte arsenfreie Schwefel, nennt man auch Schwefelblüten. Es wird aus sublimiertem Schwefel gewonnen (der subl. Schwefel ist eine feinkristalline Schwefelblüte). Angewendet wird es als mildes Abführmittel.
3. Sulfur colloidale ist der sogenannte Kolloidale Schwefel. Das ist der feinste Schwefel und wird in Salben eingesetzt.

Bedeutung: Sulphur, Sulfur; suel = schwelen

Daten Periodensystem

Periode: 3

Gruppe: 16 (VI A)

Gruppenname: Sauerstoffgruppe

Oxidationszahl: 6 (-2, 2, 4)

Atommasse [u]: 32,065

Elektronegativität

Elektronegativität (nach Allred): 2,4

Elektronegativität (nach Pauling): 2,58

Physikalische Daten

Aggregatzustand (20°C): fest

Dichte [g/cm²]: 2,067

Radioativ: n

Schmelztemperatur [°C]: 115,36

Siedetemperatur [°C]: 444,65

Kristallstruktur: orthorhombisch

Verwendung im Alltag

Biologische Bedeutung: Schwefel ist in den Aminosäuren Cystein/Cystin und Methionin - und in allen darauf aufbauenden Peptiden, Proteinen, Koenzymen und prosthetischen Gruppen - in Form von Thiolgruppen (Oxidationsstufe +2) oder Thioethergruppen enthalten. Weiterhin ist er in einigen Kofaktoren (Biotin, Thiaminpyrophosphat) in heterozyklischer Bindung enthalten. Schwefel ist damit ein essentielles Element lebender Zellen. Disulfidbrückenbindungen sind weit verbreitet und tragen zur Ausbildung und Stabilisierung von Proteinstrukturen bei. Auch in oxidierter Form spielt Schwefel in der Aminosulfonsäure Taurin (Oxidationsstufe -6) eine wichtige biologische Rolle.
Einige Untergruppen der Proteobakterien, die Grünen Schwefelbakterien und einige Cyanobakterien sind in der Lage, Photosynthese zu betreiben, indem sie Schwefelwasserstoff (H₂S) oder elementaren Schwefel an Stelle von Wasser (H₂O) als Elektronendonator für die Reduktion von CO₂ verwenden. Diese Art von Photosynthese findet unter Sauerstoffausschluss statt.
Pflanzen nehmen Schwefel über die Wurzeln in Form von Sulfat-Ionen auf, die dann zu Sulfid reduziert und anschließend zur Bildung von Cystein und anderen organischen Schwefelverbindungen genutzt werden.
Schwefel-Assimilation in Pflanzen: Der Schwefel wird als Sulfat über die Wurzeln aufgenommen. Die Assimilation findet zwar auch in den Wurzeln statt, die Hauptmenge des Sulfats wird jedoch über die Xylemelemente in die Blätter transportiert und dort im Chloroplasten reduziert.
Ökologische Aspekte: Bei der Energiegewinnung aus fossilen Brennstoffen wie Steinkohle, Braunkohle und Erdöl werden große Mengen Schwefeldioxid SO₂ freigesetzt. Dieses bleibt als Gas oder im Wasser der Wolken gelöst zunächst in der Atmosphäre. Dabei bildet es einen wichtigen Bestandteil des gesundheitsgefährdenden Smogs. Abgebaut werden kann es, indem von Sauerstoff zu Schwefeltrioxid SO₃ oxidiert wird und dann als Schwefelsäure H₂SO₄ mit dem Regen ausgespült wird. Daraus ergibt sich ein weiteres Problem, da diese als Bestandteils des Sauren Regens zur Versauerung der Böden beiträgt. Seit den 1970er Jahren sind darum Maßnahmen zur Rauchgasentschwefelung in Deutschland gesetzlich vorgeschrieben. Daneben wird seit einigen Jahren die Entschwefelung von Fahrzeugkraftstoffen (vor allem Diesel) forciert. Durch diese Vorschriften und ihre Umsetzungen konnten die Schwefelemissionen seit den 1960er Jahren drastisch reduziert werden. Dies spiegelt sich auch deutlich in der Tatsache wider, dass in der Landwirtschaft die Schwefeldüngung notwendig wird. Dies war zuvor nicht relevant.

Vorkommen und Häufigkeit

Vorkommen: Schwefel wird sowohl in der chemischen Industrie als auch in der pharmazeutischen Industrie genutzt, unter anderem zur Produktion von Schwefelsäure, Farbstoffen, Insektiziden und Kunstdüngern.
Der pharmazeutische Nutzen von Schwefel war bereits im Altertum bekannt. Innerlich wurde Schwefel als Laxans (Abführmittel) eingesetzt. Er reizt die Darmschleimhaut. Der dabei durch Bakterien erzeugte Schwefelwasserstoff regt die Peristaltik an. Äußerlich kamen Schwefelrezepturen bei Hauterkrankungen wie Akne, Ekzemen, Krätze, Mykosen u. a. zum Einsatz. Heute findet Schwefel in der Dermatologie nur noch selten Verwendung, ist aber noch nicht vollständig aus der pharmazeutischen Literatur verschwunden. Nach wie vor gibt es pharmazeutische Zubereitungen, die als Wirk- bzw. Hilfsstoff Schwefel enthalten. In der klassischen Homöopathie ist Sulfur eines der so genannten großen Mittel.
In der Schwerindustrie ist Schwefel als Legierungselement für Stahl bedeutend. Automatenstähle sind oft schwefellegiert, da Schwefel zu erhöhtem Spanbruch führt.
Schwefel findet auch bei der Herstellung von Schwarzpulver, als Salpeterschwefel in der Feuerwerkerei, oder bei anderen Explosivstoffen Verwendung.

Häufigkeit: 0,05 % (prozentualer Massenanteil der Erdhülle, d.h. der Erdkruste/Ozeane bis 16 km Tiefe)