Zwavel revisited

Datum: April 2018

Inleiding:

In het verleden heb ik al eens een herkristallisatie uitgevoerd m.b.v. paraffineolie (lampenolie). Voor microscopisch onderzoek is dat echter iets minder geschikt. Recentelijk vond ik in de literatuur en op het web herkristallisaties uitgevoerd met tolueen en xyleen. Nu heb ik geen tolueen in mijn bezit maar thinner bevat xyleen. Het doel van dit experiment is om op een relatief snelle manier microkristallen geschikt voor microscopisch onderzoek te bereiden.

Principe:

Herkristallisatie van zwavel

Materiaal:

  • Thinner
  • Zwavelbloem
  • Warmhoudplaat
  • Reageerbuis met stop
  • Horlogeglas
  • Weegschaal of balans
  • Microscoop/polarisatiemicroscoop
  • Microscoopcamera
  • Filtreerpapier
  • Trechter
  • Objectglaasjes
  • Dekglaasjes
  • Flesje met schroefdop
  • Maatcilinder
  • 5 ul pipet met pipetpunten
  • Roerstaaf
  • Prepareernaald
  • Binoculaire microscoop
  • Dino-Lite AM4815ZT Edge USB microscoop aangesloten op een PC

 

Uitvoering:

  • Giet ca. 20 ml thinner m.b.v. de maatcylinder over in het flesje.
  • Voeg ca. 1 g zwavelbloem toe en meng goed.
  • Plaats het flesje met een losse dop op de warmhoudplaat en zet deze aan.
  • Als de oplossing ca. 100 °C is filtreer dan een deel van de oplossing af in een reageerbuis.
  • Observeer.
  • Plaats m.b.v. de roerstaaf of m.b.v. de pipet een druppel hete oplossing op een objectglaasje.
  • Laat het oplosmiddel verdampen.
  • Bekijk onder de microscoop.
  • Giet een beetje oplossing uit op een horlogeglas
  • Observeer.

Thinner heeft een nogal sterke geur. Voer dit experiment uit in een goed geventileerde ruimte.

 
 

Resultaten:

Kleine kristallen vormen zich bijna onmiddellijk op het horlogeglas. Ook in de reageerbuis kan men bij afkoelen kristalvorming waarnemen
.
Het horlogeglas onder de binoculaire microscoop. Foto genomen met telefoon op oculair.
 Opnames genomen met de DinoLite.

Opnames genomen met polarisatiemicroscoop en de LuckyZoom 5Mp camera. (gebruikte objectief onder foto)

Euromex Phase DM 20X / 0.40 DIN
Euromex Phase DM 20X / 0.40 DIN

Euromex Phase DM 20X / 0.40 DIN
Euromex S. Flat Field 10 0.25 – 160 0.17 DIN
 

Meiji S. Flat Field 4/0.10 – 160 0.17 DIN
Meiji S. Flat Field 4/0.10 – 160 0.17 DIN

Meiji S. Flat Field 4/0.10 – 160 0.17 DIN
Meiji S. Flat Field 4/0.10 – 160 0.17 DIN
   

Discussie:

In dit experiment voeren we een herkristallisatie met thinner uit waarbij het amorfe zwavelbloem omgezet wordt in monokliene en (ortho)rhombische zwavelkristallen.
Het zwavelmolecuul bestaat uit een achtring in zigzag vorm hetgeen in overeenstemming is met de sp3-hybridisatie van de zwavelatomen.

Het zwavelmolecuul bestaat uit een achtring in zigzag vorm hetgeen in overeenstemming is met de sp3-hybridisatie van de zwavelatomen. Zwavel komt in twee modificaties voor (beiden S8). Beneden 95.5 °C rhombisch en boven deze temperatuur monoklien. Bij 119.5 °C gaat de monokliene zwavel smelten waarbij een lichtgele beweeglijke vloeistof ontstaat, die nog steeds uit achtringen bestaat. De eigenschap dat er verschillende structurele vormen van hetzelfde element bestaan heet allotropie.

Typische vorm van rhombische zwavelkristallen
Typische vorm van monokliene zwavelkristallen

Deze informatie helpt bij het verklaren van de visuele observaties die men maakt tijdens de uitvoering van dit experiment. In de reageerbuis kan men de vorming van kleine naaldvormige kristallen waarnemen hetgeen suggereert dat monoklien zwavel gevormd wordt. Deze observatie lijkt bevestigd te worden door de microscopische afbeelding waarbij het meren deel van de foto’s; naaldvormige kristallen laat zien. Slecht in enkele foto’s kan men rhombisch-achtige kristallen waarnemen (Figuur 6, Figuur 9 en Figuur 10). Deze observaties lijken contra-intuïtief te zijn als men bovenstaande gegevens in beschouwing neemt. De thinner met zwavel is echter opgewarmd naar een temperatuur boven 95.5 °C waar monokliene kristallen zich kunnen vormen. De oplossing werd vervolgens afgefiltreerd en, alhoewel de oplossing snel afkoelt, kunnen zich boven 95.5 °C monokliene zwavelkristallen vormen. Daarnaast zal de conversie van monoklien naar rhombisch zwavel enige tijd kosten en men kan aannemen dat door de snelle afkoeling de kristallen voornamelijk “bevroren” worden in hun monokliene vorm. Deze aanname lijkt bevestigd te worden als men het recept bestudeerd voor het maken van rhombisch zwavel. Zwavelbloem wordt opgelost in koolstofdisulfide en de herkristallisatie wordt uitgevoerd bij kamertemperatuur m.a.w. deze oplossing wordt niet verwarmd. Een interessant vervolg experiment kan zijn om deze preparaten gedurende langere tijd op te slaan en controleren of de conversie van monoklien zwavel naar rhombisch zwavel zich voortzet op het preparaat zelf.
 

Literatuur:

  • Beat Meyer; ‘Elemental Sulfur’; Chemical Reviews; 1976 3 76; p. 367-388.
  • Ir. J.A. Potting; Algemene en anorganische chemie; Agon Elsevier; 1975; ISBN 9010105318; p. 100-111.
  • Dr. Ir. N.J.A. Taverne; Chemie voor iedereen; L.J.Veen; 2de druk; 1962; p. 164-170.
  • Ruud Herold; "Zwavelkristallen"; Microwereld; April 2014; Nr 76; p. 10-13.
  • RSC; “Classic Chemistry Demonstrations”; 1995; ISBN 1870343387; p.191-195.
  • Charles H. Stone; “Preparation of rhombic sulfur crystals”; Journal of Chemical Education; 1932 5 9; p. 941.

Relevante websites

Opmerkingen:

  • De binoculaire microscoop en de DinoLite zijn optioneel.

Achtergrondinformatie:

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. In het laboratorium zuivert men zwavel door een herkristallisatie uit te voeren met koolstofdisulfide, CS2. De kristallen die dan gevormd worden zijn echter vervuild met oplosmiddel, H2S en SO2.
Zwavel uit de El Desierto mijn in Potosi, Bolivia
   

06/05/2018