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Schwefel

Aufgabensammlung zu Schwefel

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Schwefel ist die einzige anorganische Substanz, die beim Erhitzen polymerisiert und beim langsamen Abkühlen wieder depolymerisiert (vgl. Steudel, R. (1996): Chem. uns. Zeit. 30 , 226). Dabei gilt für die Reaktion in der Schmelze

sowohl ΔH > 0 als auch ΔS > 0. Worauf ist die Zunahme der Entropie zurückzuführen, obwohl die Teilchenzahl stark abnimmt?

Ursache für den Entropieeffekt ist, dass es in einem kettenförmigen Schwefelmolekül eine sehr große Anzahl von Konformationsisomeren ungefähr gleicher Stabilität gibt, da jeder S-S-S-S-Torsionswinkel +90° oder -90° betragen kann. Diese konformative Beweglichkeit ist in S8 -Ringen nicht vorhanden. Das oben genannte Gleichgewicht liegt auf der linken Seite, wenn ΔG > 0, und auf der rechten Seite, wenn ΔG < 0 ist. Aus ΔG = ΔH - TΔS folgt, dass bei niedrigeren Temperaturen der Enthalpie- und bei höheren Temperaturen der Entropieeinfluss überwiegt.

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Zeichnen Sie die Gleichgewichtszustände zwischen α- und β-Schwefel sowie der Schmelze in ein vereinfachtes Phasendiagramm.

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Was ist der Unterschied zwischen einer enantiotropen und einer monotropen Phasenumwandlung?

Zwei allotrope Modifikationen können in einem enantiotropen (wechselseitig umwandelbar; verdeutlicht durch Gleichgewichtspfeil) oder monotropen (einseitig umwandelbar; Reaktionspfeil →) Verhältnis zueinander stehen.

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β-S8 schmilzt bei 119,6 °C (früher idealer Schmelzpunkt genannt). Kühlt man die Schmelze sofort ab, erstarrt sie wieder bei 119,6 °C. Belässt man sie jedoch einige Stunden oberhalb der Schmelztemperatur und kühlt sie dann ab, erstarrt sie bei 114,5 °C (früher als natürlicher Schmelzpunkt bezeichnet). Erklären Sie dieses Phänomen.

In der Schmelze wandeln sich die S8-Moleküle (Sλ) in ein Gemisch aus Sπ- und Sμ-Schmelze um. Die Gleichgewichtseinstellung zwischen π- und μ-Schwefel erfolgt langsam. Somit ist der ideale Schmelzpunkt der von λ-Schwefel. Die Schmelzpunkterniedrigung um ca. 5 K, die zum natürlichen Schmelzpunkt führt, ist auf eine Beimengung von π-Schwefel und μ-Schwefel zurückzuführen.

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Wie kann eine kolloidale Schwefellösung hergestellt werden?

Kolloidaler Schwefel entsteht beim Ansäuern einer Thiosulfatlösung. S 2 O 3 2 + 2 H + SO 2 + H 2 O + S oder beim Einleiten von Schwefelwasserstoffgas in eine wässrige Schwefeldioxidlösung. SO 2 + 2 H 2 S 2 H 2 O + 3 S

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