Experimenten met zwavel

Datum: april 2003

Principe:

Proefjes met zwavel.

Materiaal:

  • pH-papiertjes
  • zwavel
  • aluminium schaaltje
  • reageerbuisje

Uitvoering:

  • Doe enkele spatelpunten zwavel in een reageerbuisje.
  • Verwarm het zwavel totdat het een donkere kleur krijgt en smelt.
  • Tijdens het verhitten worden dampen gevormd, hou hier een vochtig pH papiertje in.
  • Ga door met verhitten totdat de vloeistof zeer heet is en giet het daarna in het aluminium schaaltje.
  • Tijdens het gieten kan men de dampen die ontstaan vlam laten vatten.
  • Het donkere zwavel valt dan brandend in het schaaltje.
  • Dit zwavel kan geblust worden door er water op te doen. Steek in het blus water een pH papiertje en observeer.
  • Bekijk het gemaakt zwavel en het oorspronkelijke zwavel onder de microscoop.

Resultaat:

verwarmen uitgieten
 blussen gestold
QX3-microscoop pH papiertjes

Discussie en conclusie:

Waarnemingen:

  • We nemen tijdens het verhitten kleurveranderingen waar van lichtgeel naar rood naar bijna zwart.

  • De zwavel wordt tijdens verhitten steeds visceuzer en ook zeer moeilijk uitgietbaar. Men moet het gehele pad verwarmen bij uitgieten.

  • Bij het verhitten ontstaat plastisch zwavel dat gemakkelijk kneedbaar is. (Dit is een onstabiele vorm van zwavel die langzamerhand terugkeert naar zijn oude vorm) 

  • We zien aan de pH papiertjes dat de damp van het zwavel afkomt zuur is.

  • Zwavel brandt met een zuiver blauwe kleur.

  • Onder de microscoop kunnen we een duidelijk verschil in vorm zien tussen de oorspronkelijke en de gevormde zwavel.

Zwavel komt in twee modificaties voor (beiden S8). Beneden 95.5 °C rhombisch en boven deze temperatuur monoklien. Bij verhitting krijgen we de volgende verschijnselen:

  • Bij 95.5 °C vindt overgang plaats naar de monokliene vorm. 
    De temperatuur blijft dan constant tot alles is omgezet. 
  • Bij 119.5 °C gaat de monokliene zwavel smelten waarbij een lichtgele beweeglijke vloeistof ontstaat, die nog steeds uit achtringen bestaat. 
  • Zetten we de verhitting voort, dan wordt boven 160 °C de vloeistof visceuzer en dieprood gekleurd: de achtringen openen zich en de zigzagketens koppelen aaneen tot macromoleculen. 
  • Bij ca. 200 °C is deze polymerisatie op zijn hoogtepunt. Ook de viscositeit is dan maximaal. 
  • Bij verdere verhitting neemt de viscositeit weer af en in de buurt van het kookpunt (444.6 °C) is de vloeistof weer dun en vloeibaar. De gevormde zwaveldamp bestaat uit S8 moleculen.

Naast rhombische en monokliene zwavel is er nog een derde metastabiele vorm. Deze ontstaat wanneer men de visceuze zwavel te snel afkoelt (bv door onderdompeling in water). De macromoleculen blijven dan bestaan en er ontstaat plastische zwavel die bij lang staan weer overgaat in rhombische zwavel.

De zwavelmoleculen kunnen met de zuurstof in de lucht reageren tot zwaveldioxide volgens:

S + O2 --> SO2

In water vormt het zwaveldioxide waterstofsulfiet volgens:

SO2 + 2H2O <=> HSO3- + H3O+

Er wordt dan zuur gevormd hetgeen dus de verklaring is waarom de pH papiertjes zuurvorming aangeven.

Opmerkingen:

  • De gebruikte reageerbuisjes zijn daarna voorgoed onbruikbaar. Men kan ook een oude lepel gebruiken.

  • De dampen die ontstaan zijn giftig, werk daarom in een goed geventileerde ruimte.

Literatuur:

  • Ir. J.A. Potting; Algemene en anorganische chemie; Agon Elsevier; 1975; ISBN 9010105318; p. 100-111.
  • Scheikunde Handboek; thomas salter toys + sports; p. 19.
  • Beginselen der Chemie I-II; Dr. H. van Erp; 1902; P. 56.
  • Dr. Ir. N.J.A. Taverne; Chemie voor iedereen; L.J.Veen; 2de druk 19??; p. 164-170.
  • J.C. Alders; Jongens en Scheikunde; Thieme; 3de druk 1936; p 13,14

Relevante websites:

Achtergrondinformatie:

De "kroon" vorm van het S8 molecuul

Het zwavelmolekuul bestaat uit een achtring in zigzag vorm hetgeen in overeenstemming is met de sp3-hybridisatie van de zwavelatomen.

Fasetransitie (rhombisch naar monoklien) = 95.6°C

Smeltpunt (monokliene zwavel) = 119°C

Transitiewarmte (DHtr) = 0.361 kJ/mol

Smeltwarmte (DHf) = 1.26 kJ/mol

 
Typische vorm rhombische zwavel kristallen

Typische vorm monokliene zwavel kristallen

Thermodynamische data voor beide fases bij 298K is:

    Hfq Gfq Sq  n
    kJ/mol kJ/mol J/Kmol m3/mol
S(s, rhombic)   0 0 31.80 15.5 x 10-6
S(s, monoclinic)   0.33 0.1 32.6 16.4 x 10-6

Zwavel komt zowel in zuivere vorm als in de vorm van mineralen voor. In mineralen treft men zwavel aan als sulfide of sulfaat, gebonden aan mineralen. 

Zwavel is een bestanddeel van insecticiden. Bij het vulkaniseren van rubber mengt men natuurrubber met zwavel en andere stoffen. Door verhitten vormt de zwavel verbindingen tussen de macromoleculen waaruit natuurrubber bestaat. De rubber behoudt zijn elastische eigenschappen, maar keert tevens tot zijn oorspronkelijke vorm terug. Vulkaniseert men met veel zwavel (30%), dan is het verkregen product hard en niet elastisch. Men noemt dit product eboniet.

17-01-2017