prof. dr. bernhard neumüller referent: martin stolze · 1. zustandsformen 2. vorkommen 3....
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Philipps Universität Marburg
Fachbereich 15: Chemie
Experimentalvortrag
Dozenten: Dr. Philipp Reiß
Prof. Dr. Bernhard Neumüller Referent: Martin Stolze
Inhaltsverzeichnis
1. Zustandsformen
2. Vorkommen
3. Gewinnung und Darstellung
4. Chemische Reaktionen
5. Verwendung
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
2
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Fester Zustand:
- thermodynamisch stabilste Form unter Normalbedingungen
orthorhombischer Schwefel (α-Schwefel-S8)
Abb. 1: orthorhombischer Schwefel
(Quelle: Schmidt 2009,
http://www.cumschmidt.de/sm_schwefel_krist.htm ) Abb. 2: kronenförmige S8-Moleküle
(Quelle: Anonymus 2009, http://www.cup.uni-
muenchen.de/ac/kluefers/homepage/L_ac1.html)
- gelbes, geruchsloses Nichtmetall
3
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Demonstrationsversuch 1:
monokliner Schwefel
4
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Fester Zustand:
- Erwärmung des orthorhombischen Schwefels auf 95,6°C
monokliner Schwefel (β-Schwefel (β-S8))
- aus S8-Ringen aufgebaut
- unter 96,5°C wandelt er sich
langsam zum orthorhombischen
Schwefel um
Abb. 3: monokliner Schwefel
(Quelle: Seilnacht 2009,
http://www.seilnacht.com/versuche/expschw.html)
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Versuch 1:
plastischer Schwefel
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Flüssiger Zustand:
Sα Sβ Sλ Sπ Sμ
rhombisch monoklin dünn- / zäh- / dünnflüssig
hellgelb hellgelb gelb dunkelrotbraun
fester Schwefel flüssiger Schwefel
(abgeschreckt; plastischer Schwefel)
95,6°C
119,6°C
Abb. 4: Erhitzen von Schwefel im Reagenzglas
(Quelle: Seilnacht 2009, http://www.seilnacht.com/Lexikon/16Schwef.htm )
Smp.
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Gasförmiger Zustand:
Sλ Sπ Sμ S8 S7 … S2 S1
dünn- / zäh- / dünnflüssig (445°C – 2200°C)
gelb dunkelrotbraun dunkelrotbraun
flüssiger Schwefel gasförmiger Schwefel
444,6°C
Sdp.
Abb. 5: Erhitzen von Schwefel im Reagenzglas
(Quelle: Seilnacht 2009, http://www.seilnacht.com/Lexikon/16Schwef.htm ) 8
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Vorkommen
- in der Natur in freier sowie gebundener Form
- Lagerstätten in: Italien (Sizilien)
Nordamerika (Louisana, Texas)
Mittelamerika (Mexiko)
Südamerika (Peru, Chile)
Japan (Hokkaido)
Abb. 6: physische Weltkarte
(Quelle: Benkert 2007,
http://www.mygeo.info/karten/physische_weltkarte_cia_2007.jpg)
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Vorkommen
Abb. 7: Erdbeben und Vulkanismus/Plattentektonik (Quelle: Michael et al. 2008, S. 224f.) 10
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
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Vorkommen
- Gebirgsauffaltung und Bildung von Vulkanketten durch Konvergenz
zwischen der ozeanischen und der südamerikanischen Kontinentalplatte
- Schwefel an Vulkanschloten, -kratern u.a.
Abb. 8: Schnitt durch die Erdkruste (Quelle: Micheal et al. 2008, S. 222f.)
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Vorkommen
Sulfur Springs, Hot Springs; Bildung von
gashaltigen Schwefelblasen
Yellowstone Nationalpark
Fumarolen mit starker Schwefelabscheidung
Yellowstone Nationalpark
Ein mit flüssigem Schwefel gefülltes Becken; Yellowstone Nationalpark
Abb. 9 - 11: (Quelle: Nockemann 2010, http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Mineralienportrait/Schwefel) 12
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Demonstrationsversuch 2:
schwefelhaltige Mineralien
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Vorkommen
- Sulfate:
Calciumsulfat (Selenit, CaSO4∙2H2O) Schwerspat (Bariumsulfat, BaSO4) Strontiumsulfat (Cölestin, SrSO4)
Abb. 12 – 14: (Quelle: Nockemann 2010, http://www.mineralium.com )
Abb. 15: Natriumsulfat (Glaubersalz, Na2SO4∙10H2O)
(Quelle: Seilnacht 2009, http://www.seilnacht.com/Lexikon/11Natriu.htm) 14
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Vorkommen
- Sulfide:
Zinkblende (Sphalerit, ZnS) Realgar (Rauschrot, As4S4)
Abb. 16 – 20: (Quelle: Nockemann 2010, http://www.mineralium.com )
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Eisenkies (Pyrit, FeS2) Bleiglanz (Galenit, PbS) Kupferkies (Chalkopyrit, CuFeS2)
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Vorkommen
- Zinkblendestruktur:
nach ihrem Hauptvertreter der
Zinkblende (Zinksulfid, ZnS) benannte
Kristallstruktur (AB-Typ)
kubisch flächenzentrierte Elementarzelle
Zink- und Schwefel-Atome bilden ab-
wechselnd dichtest gepackte Ebenen der
Folge ABCABC
Abb. 17: Zinkblendestruktur
(Quelle: Chemgapedia 2010,
http://www.chemgapedia.de/vsengine/popup
/vsc/de/glossar/z/zi/zinkblende_00045strukt
ur.glos.html )
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Vorkommen
- organisch gebundener Schwefel
als Bestandteil der Eiweißstoffe in der Biosphäre
(z.B. Aminosäuren Cystein und Methionin)
Cystein Methionin
in Form von Schwefelwasserstoff (H2S) (Verwesung, Faulen von Eiern)
in fossilen Brennstoffen (Kohle, Erdöl, Erdgas)
SH
NH2
O
OH CH3
S
NH2
O
OH
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Versuch 2:
Schwefelverbindungen im
Knoblauch
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Vorkommen
Nachweis schwefelhaltiger Verbindungen im Knoblauch
H2S(g) + Pb2+(aq) PbS(s) + 2 H+
(aq)
Schwefelwasserstoff Bleisulfid (braunschwarz)
Abb. 18: Knoblauch
(Quelle: Arnold 2007, http://www.awl.ch/heilpflanzen/allium_sativum/index.htm )
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Vorkommen
- im Knoblauch: Alliin + Enzyme u.a.
- Durch Verletzung der Zellen kommen diese Enzyme in Kontakt mit Alliin.
- Abbau dieser Verbindung Allicin wird gebildet
CH2
S
O NH2
O
OH
CH2
S
S
CH2
O
Alliin Allicin
Allinase-
enyzme
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Gewinnung und Darstellung:
- Frasch-Verfahren
unterirdisches Aufschmelzen von
Schwefel
Wasser wird bei ca. 170°C unter Druck
in die Lagerstätte gepresst.
Mittels heißer Druckluft wird der
Schwefel zusammen mit dem Wasser
an die Oberfläche gefördert.
Abb. 19: Schwefelextraktion durch das Frasch-Verfahren
(Quelle: Seroka 2008, http://www.mineralienatlas.de/
lexikon/index.php/Bildanzeige?pict=1210394535) 21
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Versuch 3:
Darstellung von Schwefel
(Claus-Verfahren)
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Gewinnung und Darstellung
- Claus-Verfahren
Darstellung aus Schwefelwasserstoff
aus der Gewinnung oder Aufbereitung fossiler Brennstoffe (Kohle, Erdöl)
anfallenden Gasen oder in Erdgas
Entschwefelung von Erdöl
H2S(g) + 3 2 O2(g) SO2(g) + H2O(g)
SO2(g) + 2 H2S(g) 3
8 S8(s) + 2 H2O(g)
___________________________________________________
3 H2S(g) + 3 2 O2(g) 3
8 S8(s) + 3 H2O(g)
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-2 0 -2 +4
-2 +4 0
-2 0 -2 0
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Versuch 4:
Chemische Reaktion des
Schwefels mit Eisen
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
chemische Reaktionen
- Reaktion zwischen Metall und Schwefel (Nichtmetall)
+
Eisen + Schwefel Eisensulfid
Reaktionsgleichung:
Fe(s) + S(s) FeS(s)
Oxidation: Fe Fe2+ + 2 e-
Reduktion: S + 2 e- S2-
Oxidation (Elektronenabgabe): + 2 e-
Reduktion (Elektronenaufnahme): - 2 e-
Redoxreaktion
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0 0 +2 -2
0
0
+2
-2
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Verwendung:
- elementarer Schwefel: hauptsächlich zur Herstellung von Schwefelsäure
Herstellung von Düngemitteln
- Erzeugung anorganischer und organischer Verbindungen:
Schwefeldioxid (SO2): Desinfizieren von Wein- und Bierfässern
(„Ausschwefeln“)
fäulnis- und gärungshindernde Wirkung
Schwefelhexafluorid (SF6): Isoliergas (Hochspannungsanlagen)
Isolierglasscheiben (Füllgas)
Schutzgas (Mg-Schmelze)
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Verwendung:
- Herstellung von Schwefelsäure
Darstellung nach den Kontaktverfahren
S8(s) + O2(g) SO2(g)
______________________________________
V2O5(s) + SO2(g) V2O4(s) + SO3(g)
V2O4(s) + O2(g) V2O5(s)
______________________________________
SO2(g) + O2(g) SO3(g)
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0 0 +4 -2
+4 0 -2 +6
+4
0
+6 -2
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Verwendung:
- Herstellung von Schwefelsäure
Darstellung nach den Kontaktverfahren
SO3(g) + H2SO4(l) H2S2O7(l)
H2S2O7(l) + H2O(l) 2 H2SO4(l)
__________________________________________
SO3(g) + H2O(l) H2SO4(l)
- Kunstdünger: H2SO4(l) + 2 NH3(g) (NH4)2SO4(s)
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Verwendung:
- elementarer Schwefel: hauptsächlich zur Herstellung von Schwefelsäure
Herstellung von Düngemitteln
- Erzeugung anorganischer und organischer Verbindungen:
Schwefeldioxid (SO2): Desinfizieren von Wein- und Bierfässern
(„Ausschwefeln“)
fäulnis- und gärungshindernde Wirkung
Schwefelhexafluorid (SF6): Isoliergas (Hochspannungsanlagen)
Isolierglasscheiben (Füllgas)
Schutzgas (Mg-Schmelze)
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Versuch 5:
Herstellung und Reaktion von
Schwarzpulver
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Verwendung:
- Zündholzindustrie: Herstellung von Schwarzpulver
Mischung aus Kaliumnitrat (KNO3(s)), Kohle (C(s)) und Schwefel (S(s))
entzündet sich bei einer Temperatur von 270°C
explodiert unter großer Volumenzunahme
als Reaktionsprodukte entstehen:
Gas: N2(g), CO2(g), CO(g), CH4(g), H2S(g), H2(g)
Rauch: K2CO3(s), K2SO4(s), K2S2O3(s), K2S2(s), KSCN(s), (NH4)2CO3(s)
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Demonstrationsversuch 3:
Herstellung und Zündung von
Streichhölzern
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Verwendung:
- Zündholzindustrie: Herstellung von Streichhölzern
eigentliche Zündung erfolgt an der Reibfläche (Glaspulver + roter Phosphor)
2 KClO3(s) KClO4(s) + KCl(s) + O2(g)
KClO4(s) KCl(s) + 2 O2(g)
_____________________________________
2 KClO3(s) 2 KCl(s) + 3 O2(g)
3 S(s) + 3 O2(g) 3 SO2(g)
______________________________________
2 KClO3(s) + 3 S(s) 3 SO2(g) + 2 KCl(s) (Gesamtreaktion)
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∆
0 +4
-1 +5
+5 0 +4 -1
+5 -1
-1
+7
+7
∆
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Verwendung:
Vulkanisation von Kautschuk
Farbstoffe (Lapislazuli, Ultramarin)
- in der Medizin als Pharmazeutika (Salben, Cremes)
- Insektizide
Abb. 21: Lapislazuli
(Quelle: Seilnacht 2009,
http://www.seilnacht.com/Lexikon
/Lapis.htm )
Abb. 20: Vulkanisierungs-
werkstatt
(Quelle: Krüger,
http://de.academic.ru/pictures/d
ewiki/98/8f2310cc75db67de02dfe4
3052c09714.jpg)
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Erfassung dieses Themas im hessischen Lehrplan (G8)
Klassenstufe 7:
- chemische Reaktionen zwischen Metallen und Schwefel
(Bildung von Sulfiden an Bespielen) (Versuch 4)
Klassenstufe 9:
- Herstellung und Eigenschaften von Säuren
(Gefahren im Umgang mit Säuren (Bsp.: Schwefelsäure))
- Reaktionen von Säuren mit Wasser
(Emission von Schwefeloxiden (saure Niederschläge))
- Erdöl und Erdgas als Energieträger und Rohstoffe (Versuch 3)
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1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
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Erfassung dieses Themas im hessischen Lehrplan (G8)
Klassenstufe 11:
- Sprengstoffe (Versuch 5, Demonstration 3)
Klassenstufe 12:
- Wahlthema Elektrochemie
(Galvanische Elemente, elektrochemische Stromerzeugung
(Bsp.: Natrium-Schwefel-Zelle))
- Prinzip vom Zwang
(Anwendungen des Prinzips vom Zwang in Natur, Technik und Industrie
(z.B.: Kontaktverfahren)
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
Quellen:
Anonymus (2009): kronenförmige S8-Moleküle. Online im Internet: http://www.cup.uni-muenchen.de/ac/kluefers/homepage/L_ac1.html. [Stand:
13.01.2010].
Arnold, W. (2007): Knoblauch. Online im Internet: http://www.awl.ch/heilpflanzen/allium_sativum/index.htm. [Stand: 13.01.2010].
Benkert, D. (2007): physische Weltkarte. Online im Internet: http://www.mygeo.info/karten/physische_weltkarte_cia_2007.jpg. [Stand:
14.01.2010].
Chemgapedia (2010): Zinkblendestruktur. Online im Internet:
http://www.chemgapedia.de/vsengine/popup/vsc/de/glossar/z/zi/zinkblende_00045struktur.glos.html. [Stand: 11.01.2010].
Krüger, E. (1946): Vulkanisierungswerkstatt. Online im Internet:
http://de.academic.ru/pictures/dewiki/98/8f2310cc75db67de02dfe43052c09714.jpg. [Stand: 15.01.2010].
Michael et al. (2008): Erdbeben und Vulkanismus. – 1. Auflage. Westermann-Verlag. Braunschweig. S. 224f.
Michael et al. (2008): Schnitt durch die Erdkruste. – 1. Auflage. Westermann-Verlag. Braunschweig. S. 222f.
Nockemann, R. (2010): Bleiglanz(Galenit, PbS), Online im Internet: http://www.mineralium.com/index.php?cat=GALENIT-
GALENA&lang=DEU&product=BGD-025 . [Stand: 15.01.2010].
Nockemann, R. (2010): Calciumsulfat (Selenit, CaSO4∙2 H2O). Online im Internet: http://www.mineralium.com/index.php?cat=SELENIT-
AUSTRALIEN&lang=DEU&product=SEA-004. [Stand: 15.01.2010].
Nockemann, R. (2010): Eisenkies (Pyrit, FeS2). Online im Internet: http://www.mineralium.com/index.php?cat=WG14&lang=DEU&product=PYR-093.
[Stand: 15.01.2010].
Nockemann, R. (2010): Kupferkies (Chalkopyrit, CuFeS2). Online im Internet: http://www.mineralium.com/index.php?cat=CHALKOPYRIT-
MISSOURI&lang=DEU&product=CPS-009 . [Stand: 15.01.2010].
37
Quellen:
Nockemann, R. (2010): Realgar (Rauschrot, As4S4). Online im Internet: http://www.mineralium.com/index.php?cat=REA&lang=DEU&product=REA-
004. [Stand: 15.01.2010].
Nockemann, R. (2010): Schwefel. Online im Internet: http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Mineralienportrait/Schwefel. [Stand:
11.01.2010].
Nockemann, R. (2010): Schwerspat (Bariumsulfat, BaSO4). Online im Internet:
http://www.mineralium.com/index.php?cat=BAR&lang=DEU&product=BAC-00. [Stand: 15.01.2010].
Nockemann, R. (2010): Strontiumsulfat (Cölestin, SrSO4). Online im Internet:
http://www.mineralium.com/index.php?cat=COM&lang=DEU&product=COE-019. [Stand: 15.01.2010].
Nockemann, R. (2010): Zinkblende (Sphalerit, ZnS). Online im Internet: http://www.mineralium.com/index.php?cat=SPH&lang=DEU&product=SPH-
014 . [Stand: 15.01.2010].
Schmidt, M. (2009): orthorhombischer Schwefel. Online im Internet:
http://www.cumschmidt.de/sm_schwefel_krist.htm. [Stand: 14.01.2010].
Seilnacht, T. (2009): Erhitzen von Schwefel im Reagenzglas. Online im Internet: http://www.seilnacht.com/Lexikon/16Schwef.htm. [Stand:
12.01.2010].
Seilnacht, T. (2009): Lapislazuli. Online im Internet: http://www.seilnacht.com/Lexikon/Lapis.htm. [Stand 20.01.2010].
Seilnacht, T. (2009): monokliner Schwefel. Online im Internet: http://www.seilnacht.com/versuche/expschw.html. [Stand: 14.01.2010].
Seilnacht, T. (2009): Natriumsulfat (Glaubersalz, Na2SO4∙10 H2O). Online im Internet: http://www.seilnacht.com/Lexikon/11Natriu.htm. [Stand:
15.01.2010].
Seroka, P. (2008): : Schwefelextraktion durch das Frasch-Verfahren. Online im Internet:
http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Bildanzeige?pict=1210394535. [Stand: 12.01.2010].
1. Zustandsformen 2. Vorkommen 3. Gewinnung und Darstellung 4. Chemische Reaktionen 5. Verwendung
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