Sulfide

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Stibnit-Kristallstufe, ein natürlich vorkommendes Antimon­sulfid

Sulfide sind Salze beziehungsweise Alkyl- oder Arylderivate des Schwefelwasserstoffs (H2S). Die Salze gehören zur Stoffgruppe der Metall-Schwefel-Verbindungen und enthalten das Sulfid-Anion S2− als Bestandteil. Das Anion selbst wird ebenfalls kurz als Sulfid bezeichnet. Metallsulfide stellen in der Mineralogie eine wichtige Gruppe von Erzen dar. In der Analytik gehören die Metallsulfide in die sogenannte Schwefelwasserstoffgruppe und die Ammoniumsulfidgruppe.

Die Alkyl- bzw. Arylsulfide gehören zu den Organischen Verbindungen (organischer Rest: R−) und weisen die Struktur R−S−R' auf. Sie werden auch als Thioether bezeichnet.

Sulfidische Minerale[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Pyritwürfel im Muttergestein, Pyrit ist ein Eisensulfid
Das Mineral Zinnober (Cinnabarit), chemisch: Quecksilbersulfid, ein Pigment

Zusammen mit Metall- oder Halbmetall-Kationen entstehen die etwa 600 Sulfid-Minerale, die sich meist durch charakteristische Farben und Strichfarben auszeichnen. Zu ihnen gehören eine Reihe wichtiger Erzminerale, so dass anorganische Sulfide wegen ihres mitunter hohen Metallgehalts als Rohstoffe bei der Gewinnung u. a. von Eisen, Kupfer, Blei, Zink, Quecksilber, Arsen und Antimon dienen. Hier einige sulfidische Minerale:

Das chemische Element Schwefel bildet, analog dem in der gleichen Hauptgruppe des Periodensystems stehenden Sauerstoff, das zweifach negativ geladene Sulfid-Anion S2−.

Die Sulfide der Alkali- und Erdalkalimetalle können durch Anlagerung von Schwefel an freie Sulfidelektronenpaare auch Polysulfide bilden. Schwermetallsalze bilden mit Sulfid-Lösungen unlösliche Niederschläge – eine Eigenschaft, die man für die Analytische Chemie im Kationentrenngang nutzt.

Polymetallische Sulfide, die an Hydrothermalquellen der Tiefsee entstehen, könnten in Zukunft eine Rohstoffquelle für verschiedene wertvolle und seltene Metalle darstellen. Deutschland hat 2013 eine Lizenz zum Abbau maritimer Rohstoffe im Indischen Ozean bei Madagaskar beantragt.[1]

Chemische Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Metallsulfide wie z. B. Eisensulfid sind als Salze der Schwefelwasserstoffsäure aufzufassen. Sulfide reagieren mit entsprechend stärkeren Säuren wie beispielsweise Salzsäure entsprechend zu den jeweiligen Metallsalzen (bei Salzsäure eben zu Chloriden) und Schwefelwasserstoff (H2S), welcher sich durch seinen sehr unangenehmen Geruch nach faulen Eiern bemerkbar macht.

In wässriger Lösung liegen Sulfid-Ionen zumeist als Hydrogensulfid-Anionen (HS) vor. Gemäß 2018 veröffentlichten Untersuchungen mit Raman-Spektroskopie ist das in wässriger Lösung lange postulierte Anion S2− nicht existent.[2]

Die Schwefelwasserstoffsäure ist in wässriger Lösung eine schwache Säure. Diese Eigenschaft wird unter anderem im Kationentrenngang in der Schwefelwasserstoff- und Ammoniumsulfidgruppe eingesetzt, da die pH-Wert-abhängige Sulfidionenkonzentration eine sukzessive Fällung der unterschiedlich löslichen Sulfide ermöglicht.

Zur Schwefelwasserstoffgruppe gehören nämlich nur diejenigen Elemente, die mit dem Trennmittel schon in saurem Milieu schwerlösliche Sulfide bilden (Fällungsreaktion; Sulfid-Beispiele im Bild rechts, von links nach rechts: Niederschläge mit Mangan(II)-, Cadmium(II)-, Kupfer(II)-, Zink(II)-, Antimon(III)-, Bismut(III)-, Blei(II)- und Zinn(IV)-Kationen). Zur Ammoniumsulfidgruppe gehören die nur im basischen Milieu ausfällbaren Metallsulfide. Sie sind bei Zugabe von Säuren löslich (s. o.). Neben den Sulfiden gibt es noch die ihnen verwandten Thio- und Sulfosalze. Hier sind Sauerstoffatome gegen Schwefelatome ausgetauscht worden (Beispiel: Natriumthiostannat und -thioantimonat, Natriumthiosulfat/Fixiersalz).

Nachweis[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Sulfid-Ionen (S2−) lassen sich mit Bleiacetatpapier nachweisen, wobei eine schwarze Färbung des Papiers eintritt, hervorgerufen von Bleisulfid:

Sulfid-Ionen reagieren mit Blei(II)-acetat zu schwarzem Blei(II)-sulfid und Acetat-Ionen.

Eine weitere Möglichkeit ist das Ansäuern einer festen Probe mit einer starken Säure. Es entsteht ein charakteristischer Geruch nach faulen Eiern, hervorgerufen durch das Gas Schwefelwasserstoff, welches mit der Säure aus dem Sulfid verdrängt werden kann. Der Geruch erinnert auch allgemein an Fäulnis, da Schwefelwasserstoff auch bei Stoffwechselvorgängen schwefel"atmender" Mikroben entstehen kann.

Sulfid-Ionen reagieren mit Wasserstoff-Ionen zu dem Gas Schwefelwasserstoff (ähnlicher Geruch wie faule Eier).

Mit Nitroprussid-Natrium bildet sich in schwach alkalischer Lösung eine violette Lösung von [Fe(CN)5NOS]4−.[3]

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Sulfidische Metallfällung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Mit Ammoniumsulfid gefällte Niederschläge von Antimon, Mangan, Chrom, Arsen und Cadmium.

Die chemische Fällung von Metallsulfiden spielt nicht nur bei den technischen Herstellungsprozessen eine Rolle, beispielsweise bei der Herstellung von Pigmenten, sondern auch bei Abwasserreinigungsprozessen. Dabei wird die geringe Löslichkeit der Metallsulfide genutzt, um möglichst geringe Metall-Restkonzentrationen zu erzielen. Meist sind Sulfide wesentlich geringer löslich als Hydroxide, beispielsweise: Bleisulfid, Cadmiumsulfid, Eisensulfid, Kupfersulfid, Nickelsulfid, Silbersulfid oder Zinksulfid. Als sulfidisches Fällungsmittel wird in der Regel Natriumsulfid oder Natriumhydrogensulfid verwendet.

Mechanische und sonstige Anwendungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Fein gemahlene Metallsulfide wie Molybdän(IV)-sulfid und Zinn(IV)-sulfid[4] werden, teils gemischt mit Graphit, als Festschmierstoff in Schmiermitteln für die Verbesserung der Notlaufeigenschaften von beweglichen Teilen in Maschinen eingesetzt. Auf Blei(II)- und Antimon(III)-sulfid wird hierbei aufgrund von zumindest vermuteten umwelt- und gesundheitsgefährdenden Eigenschaften zunehmend verzichtet. Des Weiteren finden sich Metallsulfide in Brems- und Kupplungsbelägen[4] sowie als Bestandteil von Schleifmitteln. Ferner kommen sie als funktionelle Additive unter anderem in Kunststoffen, Sintermetallen und Batterien zum Einsatz.

Organische Sulfide[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Viele Geruchsstoffe natürlicher Aromen sind organische Sulfide wie beispielsweise in Kaffee. Die natürliche Aminosäure Methionin ist ein Sulfid. Racemisches DL-Methionin wird als Futtermittelzusatzstoff im technischen Maßstab hergestellt.

Zu organischen Sulfiden siehe Thioether.

Die Aminosäure L-Methionin – ein organisches Sulfid.
Inhaltsstoff des Urins des Rotfuchses (Vulpes vulpes) – ein organisches Sulfid.

Aus dem Urin des Rotfuchses (Vulpes vulpes) ist mit Methyl-(3-methylbut-3-enyl)-sulfid ein organisch-chemisches Sulfid isoliert worden.[5]

Bedeutung für die Umwelt[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Sulfide spielen bei der Entstehung von sauren Bergbauwässern eine wichtige Rolle. Saure Bergbauwässer entstehen, wenn die in den Gesteinen anwesenden sulfidischen Mineralien oxidierenden Bedingungen ausgesetzt werden. Die Eisensulfide, die in den Bergbaugebieten am häufigsten vorkommen, sind Pyrit (FeS2) und Markasit (FeS2). Zudem haben Eisensulfidmineralien nach der Theorie von Günter Wächtershäuser bei der Entstehung des Lebens eine Rolle gespielt (chemische Evolution).

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • D. Weismann, M. Lohse (Hrsg.): Sulfid-Praxishandbuch der Abwassertechnik; Geruch, Gefahr, Korrosion verhindern und Kosten beherrschen! 1. Auflage, VULKAN-Verlag, 2007, ISBN 978-3-8027-2845-7.
  • Tatjana Hildebrandt, Manfred K. Grieshaber: Tödlich und doch lebensnotwendig: Die vielen Seiten des Sulfids. In: Biologie in unserer Zeit. 39, Nr. 5, 2009, S. 328–334, doi:10.1002/biuz.200910403.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Deutschland will Metalle im Indischen Ozean suchen, ORF.at vom 29. Dezember 2013.
  2. P. M. May, D. Batka, G. Hefter, E. Königsberger and D. Rowland: Goodbye to S2− in aqueous solution. Chem. Commun., 2018, 54, 1980-1983.
  3. Jander-Blasius: Lehrbuch der analytischen und präparativen anorganischen Chemie, 5. Auflage, S. Hirzel, Stuttgart-Leipzig 1965, S. 130.
  4. a b Festschmierstoffe auf Basis von Zinnsulfid und Kohlenstoff. In: Google Patents, DE19815992A1. 9. April 1998, abgerufen am 23. März 2018.
  5. Albert Gossauer: Struktur und Reaktivität der Biomoleküle, Verlag Helvetica Chimica Acta, Zürich, 2006, S. 228, ISBN 978-3-906390-29-1.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Wiktionary: Sulfid – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Wikibooks: Praktikum Anorganische Chemie/ Sulfid – Lern- und Lehrmaterialien