Kalkschwefel

Die genaue chemische Reaktion, die zur Synthese von Kalkschwefel führt, ist wenig bekannt und wird im Allgemeinen wie folgt geschrieben:

Ca (OH)
2 + x S → CaSx + Nebenprodukte (S
2O2−
3, SO2−
3, SO2−
4) wobei x = 2-8 ist und der x-Wert häufig um 5, Calcium und pentasulfid, ein Polysulfid

, wie in einem Dokument des US-Landwirtschaftsministeriums (USDA) berichtet.

Diese vage Reaktion ist rätselhaft, weil sie die Reduktion von elementarem Schwefel beinhaltet und kein Reduktionsmittel in der oben genannten Gleichung erscheint, während Schwefeloxidationsprodukte ebenfalls erwähnt werden. Der anfängliche pH-Wert der Lösung, der durch schwer löslichen Kalkhydrat verursacht wird, ist alkalisch (pH = 12,5), während der endgültige pH-Wert im Bereich von 11-12 liegt, typisch für Sulfide, die ebenfalls starke Basen sind.

Elementarer Schwefel kann jedoch eine Disproportionierungsreaktion eingehen, die auch als Dismutation bezeichnet wird. Die hier obige Reaktion ähnelt einer Disproportionierungsreaktion. Die inverse Komproportionierungsreaktion ist die Reaktion, die im Claus-Prozess zur Entschwefelung von Öl- und Gasrohprodukten in der Raffinerieindustrie auftritt.

Claus-Prozess:

2 H2S + 3 O2 → 2 SO2 + 2 H2O 4 H2S + 2 SO2 → 3 S2 + 4 H2O

Durch Umschreiben der letzten Reaktion in umgekehrter Richtung erhält man eine Reaktion, die mit dem übereinstimmt, was in der globalen Kalkschwefelreaktion beobachtet wird:

3 S2 + 4 H2O → 4 H2S + 2 SO2

Unter alkalischen Bedingungen ergibt:

3 S2 + 4 H2O + 12 OH- → 4 S2– + 2 SO32– + 10 H2O

und nach Vereinfachung, oder genauer Recycling, von Wassermolekülen in der obigen Reaktion:

3 S2 + 12 OH– → 4 S2– + 2 SO32- + 6 H2O

Zugabe von 6 Ca2 + Kationen aus Kalkhydrat aus Gründen der Elektroneutralität erhält man die globale Reaktion.

Kalkschwefelreaktion:

3 S2 + 6 Ca (OH) 2 → 4 CaS + 2 CaSO3 + 6 H2O

Diese letzte Reaktion stimmt mit der im USDA-Dokument erwähnten globalen Kalkschwefelreaktion überein. Sie berücksichtigt jedoch nicht alle Details, u.a., die Produktion von Thiosulfat und Sulfat unter den Endprodukten der Reaktion. Inzwischen ist es eine gute Annäherung erster Ordnung und hebt das gesamte Kalk-Schwefel-Reaktionsschema sinnvoll hervor, da die Chemie reduzierter oder teilweise oxidierter Formen von Schwefel besonders komplex ist und alle Zwischenschritte oder beteiligten Mechanismen schwer zu entwirren sind. Darüber hinaus wird das Kalkschwefelsystem, sobald es Luftsauerstoff und mikrobieller Aktivität ausgesetzt ist, einer schnellen Oxidation unterzogen, und seine verschiedenen Produkte werden sich weiterentwickeln und schließlich in den natürlichen Schwefelkreislauf eintreten.

Die Anwesenheit von Thiosulfat in der Kalkschwefelreaktion kann durch die Reaktion zwischen Sulfit und elementarem Schwefel (oder mit Sulfid und Polysulfiden) und die von Sulfat durch die vollständige Oxidation von Sulfit oder Thiosulfat nach einem komplexeren Reaktionsschema erklärt werden. Weitere Informationen zur Herstellung von Calciumthiosulfat wurden in einem von Hajjatie et al. (2006).

Hajjatie et al. (2006) schrieb die Kalk-Schwefel-Reaktion je nach Polymerisationsgrad von Calciumpolysulfiden auf verschiedene Arten, aber die folgende Reaktion ist wahrscheinlich die einfachste ihrer Reihe:

3 Ca(OH)
2 + 6 S → 2 CaS
2 + CaS
2O