Was sind schwere Sulfide
Schwere oder schwarze Sulfide nennt man vier unlösliche Schwermetallsulfide: CuS (Kupfer(II)-sulfid), Ag₂S (Silbersulfid), HgS (Quecksilbersulfid) und PbS (Bleisulfid). Sie alle sind schwarz gefärbt, was sich im Namen der Gruppe widerspiegelt.
Das Hauptmerkmal dieser Verbindungen ist ihre Beständigkeit gegenüber Nicht-oxidierenden Säuren. Mit verdünnter Salzsäure, Bromwasserstoffsäure und verdünnter Schwefelsäure findet keine Austauschreaktion statt: Das Sulfid-Ion wird zu fest im Kristallgitter gehalten, und es wird kein Schwefelwasserstoff freigesetzt.
Gleichzeitig gehen schwarze Sulfide aktiv Redoxreaktionen mit starken Oxidationsmitteln ein. Im Chemie-Abitur handelt es sich dabei praktisch immer um die Reaktion mit konzentrierter Salpetersäure. Konzentrierte Schwefelsäure und verdünnte Salpetersäure sind in der Regel nicht Teil von Aufgaben zu diesem Thema.
Zwei Modelle der Redoxreaktion
Für jedes schwarze Sulfid sind formal zwei Oxidationsschemata möglich:
- Erstes Modell: Der Schwefel verbleibt bei seinem Metall: Das Sulfid wird zum Sulfat desselben Metalls oxidiert. Der Schwefel wechselt von der Oxidationsstufe −2 zu +6, der Stickstoff wird von +5 zu +4 reduziert (es wird NO₂ freigesetzt).
- Zweites Modell: Der Schwefel wird als freie Schwefelsäure freigesetzt, und das Metall bindet sich an das Nitrat-Ion unter Bildung eines Nitrats. Die Oxidationszahlen von Schwefel und Stickstoff verändern sich in gleicher Weise.
Beide Schemata sind chemisch korrekt, jedoch ist es bei der Bearbeitung von Abituraufgaben wichtig, dasjenige zu wählen, welches die reale Richtung des Prozesses widerspiegelt.
Thermodynamisches Kriterium für die Produktauswahl
Jede Reaktion ist bestrebt, irreversibel abzulaufen, d. h. in Richtung der Bildung des am wenigsten löslichen Produkts — eines Niederschlags oder eines Gases. Dies ist eine Folge der Thermodynamik: Die Verringerung der Produktkonzentration in Lösung verschiebt das Gleichgewicht nach rechts. Daher wird bei der Wahl zwischen den beiden Modelle dasjenige aufgeschrieben, bei dem sich unter den Produkten eine unlösliche Verbindung befindet.
- PbS + HNO₃(konz.). Es entsteht PbSO₄ — ein unlöslicher Niederschlag, während Pb(NO₃)₂ löslich ist. Man schreibt das erste Modell auf: Blei(II)-sulfat, NO₂, Wasser.
- HgS + HNO₃(konz.). HgSO₄ ist schwerlöslich, Hg(NO₃)₂ ist löslich. Das erste Modell unter Bildung von Quecksilbersulfat wird bevorzugt.
- CuS + HNO₃(konz.). Sowohl CuSO₄ als auch Cu(NO₃)₂ sind löslich, daher sind beide Schreibweisen zulässig. Es ist bequemer, das erste Modell zu verwenden.
Spezialfall: Silbersulfid
Ag₂SO₄ ist formal ein Niederschlag, daher erscheint das erste Modell logisch. Im Überschuss von konzentrierter HNO₃ bildet sich jedoch kein neutrales Silbersulfat: Es geht in ein lösliches saures Salz — Silberhydrogensulfat — über. Im Abitur werden saure Salze in solchen Gleichungen nicht erwartet, und die Antwort mit Ag₂SO₄ wurde von Experten abgelehnt und führte zu Berufungen.
Die einzig sichere Schreibweise erfolgt nach dem zweiten Modell: Die Reaktionsprodukte sind AgNO₃, H₂SO₄, NO₂ und H₂O. Der Schwefel geht vollständig in Schwefelsäure über, das Silber bildet einlösliches Nitrat.
Empfehlungen für die Bearbeitung im Abitur
Für eine sichere Bearbeitung der Aufgaben 29 und 31 wird empfohlen, sich an ein einheitliches Schema zu halten:
- Für CuS, HgS und PbS mit konzentrierter HNO₃ ist das erste Modell aufzuschreiben: Produkt ist das Sulfat des entsprechenden Metalls, NO₂ und H₂O.
- Für Ag₂S mit konzentrierter HNO₃ ist das zweite Modell aufzuschreiben: Produkte sind AgNO₃, H₂SO₄, NO₂ und H₂O.
- Mit verdünnten, nicht-oxidierenden Säuren (HCl, HBr, verdünnte H₂SO₄) reagieren schwarze Sulfide nicht — dies ist eine typische Ablenkungsoption in Aufgaben.
- Konzentrierte H₂SO₄ und verdünnte HNO₃ in Standard-Abiturgleichungen nicht als Reagenzien mit schweren Sulfiden verwenden.
Beim Ausgleichen der Koeffizienten sollte die Elektronenbilanzmethode verwendet werden: Schwefel gibt 8 Elektronen ab (−2 → +6), Stickstoff nimmt 1 Elektron auf (+5 → +4 in NO₂).
Schlüsselpunkte
- Schwarze Sulfide sind CuS, Ag₂S, HgS, PbS; alle sind in Wasser und nicht-oxidierenden Säuren unlöslich.
- Mit konzentrierter HNO₃ läuft eine Redoxreaktion ab: Schwefel −2 → +6, Stickstoff +5 → +4.
- Die Richtung der Reaktion wird durch die Bildung des am wenigsten löslichen Produkts bestimmt.
- Für PbS ist die Bildung des Niederschlags PbSO₄ charakteristisch.
- Für CuS sind beide Modelle aufgrund der Löslichkeit beider Kupfersalze gleichwertig.
- Für Ag₂S wird im Abitur nur die Variante mit AgNO₃ und H₂SO₄ aufgeschrieben — Ag₂SO₄ wird nicht gewertet.
- HgS liefert schwerlösliches HgSO₄ als bevorzugtes Produkt.
- Das Thema kommt regelmäßig in den Aufgaben 29 und 31 vor und erfordert ein Verständnis des Mechanismus statt Auswendiglernens.