Schwefel (über von ; und gräzisiert Sulphur beziehungsweise Sulfur, wie swëbal vermutlich von einer indogermanischen Wurzel suel- mit der Bedeutung „langsam verbrennen“, woraus im Germanischen auch deutsch „schwelen“ entstand) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol S und der Ordnungszahl 16. Er zählt zu den Chalkogenen in der sechzehnten Gruppe des Periodensystems. In der Häufigkeit der in der Lithosphäre vorkommenden Elemente steht er an 16. Stelle. Elementarer Schwefel ist ein bei 25 °C gelber, nichtmetallischer Feststoff, der eine Vielzahl allotroper Modifikationen bildet. In der unbelebten Natur kommt er sowohl gediegen als auch in Form zahlreicher Mineralien vor, in diesen vor allem als Sulfid, Disulfid und Sulfat, seltener als Sulfit.
Schwefelverbindungen sind auch Bestandteile aller Pflanzen, Tiere und Menschen, zum Beispiel als essentielle Aminosäuren und Coenzyme. Auch Kohle und Erdöl enthalten daher Schwefelverbindungen. In Mikroorganismen spielt Schwefel auch eine Rolle bei der anaeroben Energiegewinnung.
Den größten Teil des elementar gewonnenen oder in Raffinerien erzeugten Schwefels verwendet die chemische Industrie zur Herstellung von Schwefelsäure, einer der technisch wichtigsten und meistproduzierten Grundchemikalien. Als Komponente des sauren Regens besitzen Schwefeloxide und verschiedene Schwefelsäuren erhebliche Umweltrelevanz.
Die zur Benennung schwefelhaltiger Verbindungen verwendete Silbe „-thio-“ stammt vom griechischen Wort für Schwefel (spätere Aussprache ).
Geschichte mini|links|Abschnitt des Papyrus Ebers, ca. 1500 v. Chr.
Schwefel ist ein seit langem vom Menschen genutztes Element. Chinesen und Ägypter nutzten um etwa 5000 v. Chr. Schwefel zum Bleichen von Textilien, als Arzneimittel und zur Desinfektion. Der Papyrus Ebers beschreibt die Verwendung von Schwefel zur Behandlung von bakteriellen Entzündungen des Auges (Trachom).
Eine natürlich vorkommende Modifikation des Schwefels, genannt Shiliuhuang, war in China seit dem sechsten Jahrhundert v. Chr. bekannt. Chinesen gewannen im dritten vorchristlichen Jahrhundert Schwefel aus Pyrit.N. Figurowski: Die Entdeckung der chemischen Elemente und der Ursprung ihrer Namen. Aulis-Verlag Deubner, Köln 1981, ISBN 3-7614-0561-8, S. 179–180.
Das vorklassische Griechenland verwendete Schwefel als Arzneimittel und das durch Verbrennung von Schwefel entstehende Schwefeldioxid sowohl als Desinfektionsmittel zur Verhütung von Infektionskrankheiten wie der Pest als auch zur Schwefelung von Wein. Bereits um 800 v. Chr. erwähnte Homer dies in der Odyssee.George Rapp: Archaeomineralogy. 2. Auflage. Springer, 2009, ISBN 978-3-540-78593-4, S. 242.Odyssey. book 22, lines 480–495. Die antike Kriegsführung verwendete Schwefel als Brandwaffe oder Brandbeschleuniger. Plinius der Ältere erwähnte um das Jahr 79 n. Chr. in seinem Werk Naturalis historia die Insel Milos als Lagerstätte des Elements sowie seine Verwendung als Desinfektionsmittel, Arzneimittel und Bleiche.John F. Healy: Pliny the Elder on science and technology. Oxford University Press, 1999, ISBN 0-19-814687-6, S. 247–249. Als weitere Anwendungen erwähnt er Schwefelhölzer.
Eine Abhandlung aus der Zeit der Song-Dynastie um 1044 beschreibt verschiedene Formen des chinesischen Schwarzpulvers, einer Mischung aus Kaliumnitrat, Holzkohle und Schwefel. Roger Bacon beschrieb im Jahr 1242 die Herstellung einer ähnlichen Mischung. Schwarzpulver blieb lange Zeit der einzige Spreng- und Explosivstoff.Fritz Seel: Geschichte und Chemie des Schwarzpulvers. Le charbon fait la poudre. In: Chemie in unserer Zeit. Band 22, 1988, S. 9–16, doi:10.1002/ciuz.19880220103. Die Rolle des deutschen Mönches Berthold Schwarz, dem die Wiederentdeckung des Schwarzpulvers meist zugeschrieben wird, ist historisch nicht eindeutig belegt.
Im Mittelalter und in der Frühen Neuzeit unterschied man gewöhnlichen (natürlich bzw. gediegen vorkommenden), noch nicht erhitzten (Alpha-)Schwefel (auch „lebendiger Schwefel“, mittellateinisch sulfur vivum, später auch Sulphur vivumOtto Zekert (Hrsg.): Dispensatorium pro pharmacopoeis Viennensibus in Austria 1570. Hrsg. vom österreichischen Apothekerverein und der Gesellschaft für Geschichte der Pharmazie. Deutscher Apotheker-Verlag Hans Hösel, Berlin 1938, S. 157 (Sulphur). oder auch sulphur fossileWilhelm Hassenstein, Hermann Virl: Das Feuerwerkbuch von 1420. 600 Jahre deutsche Pulverwaffen und Büchsenmeisterei. Neudruck des Erstdruckes aus dem Jahr 1529 mit Übertragung ins Hochdeutsche und Erläuterungen von Wilhelm Hassenstein. Verlag der Deutschen Technik, München 1941, S. 106.) vom „gekochten“ (ausgeschmolzenen)Otto Beßler: Prinzipien der Drogenkunde im Mittelalter. Aussage und Inhalt des Circa instans und Mainzer Gart. Mathematisch-naturwissenschaftliche Habilitationsschrift, Halle an der Saale 1959, S. 230. bzw. sublimierten Schwefel (sulfur sublimatum),Gundolf Keil: Die „Cirurgia“ Peters von Ulm. Untersuchungen zu einem Denkmal altdeutscher Fachprosa mit kritischer Ausgabe des Textes. (= Forschungen zur Geschichte der Stadt Ulm. Band 2). Stadtarchiv, Ulm 1961 (zugleich Philosophische Dissertation Heidelberg 1960), S. 471. der feinkristallinen, auch Schwefelblüte genannten Form des Schwefels.Roche Lexikon. Schwefel spielte (wie Quecksilber) auch in der Alchemie eine bedeutende Rolle. So bestand (im 17. Jahrhundert) die Vorstellung, dass das (philosophische) Sulphur (Schwefel) und der (philosophische) Mercurius (Quecksilber) im Stein der Weisen vereint sind. Der (rote) Stein der Weisen wurde zudem unter anderem als Roter Schwefel bezeichnet.Vgl. Allison Coudert: Der Stein der Weisen. Die geheime Kunst der Alchemisten. (Originalausgabe: Alchemy: the Philosopher’s Stone. 1980) Lizenzausgabe. Pawlak, Herrsching 1992, ISBN 3-88199-911-6, S. 21–22, 43 und 187.
Die Umweltauswirkungen von Schwefeloxiden aus der Verbrennung von Kohle auf die Luftqualität in London beschrieb im Jahr 1661 John Evelyn in einem Brief an Karl II. sowie in seinem Werk Fumifugium (The Inconveniencie of the Aer and Smoak of London Dissipated), dem ersten Buch über die Luftverschmutzung in London.
Als einen der ersten chemisch-technischen Prozesse entwickelte John Roebuck ab 1746 das Bleikammerverfahren zur Herstellung von Schwefelsäure. Im November 1777 vermutete Antoine Laurent de Lavoisier erstmals, dass Schwefel ein Element ist. Seine Versuche und Beobachtungen zum Verbrennungsverhalten von Schwefel führten letztendlich zum Fall der Phlogistontheorie. Dennoch gelangte Humphry Davy noch 1809 experimentell zu dem Ergebnis, dass Schwefel Sauerstoff und Wasserstoff enthält. Der letztendliche Nachweis des Elementcharakters gelang im Jahr 1810 Joseph Louis Gay-Lussac und Louis Jacques Thénard bei der Überprüfung der Davy’schen Versuche.J. Gay-Lussax, L. J. Thenard: Prüfung der zerlegenden Untersuchungen des Hrn. Davy über die Natur des Schwefels und des Phosphors. In: Annalen der Physik. Volume 35, Issue 7, 1810, S. 292–310, doi:10.1002/andp.18100350704.
Seit dem Jahr 1814 wird das Elementsymbol S nach einem Vorschlag von Jöns Jakob Berzelius, der es unter dem Namen Sulphur in seine Atomgewichtstabelle aufnahm, verwendet.Peter Kurzweil, Paul Scheipers: Chemie: Grundlagen, Aufbauwissen, Anwendungen und Experimente. Vieweg+Teubner, 2011, ISBN 3-8348-1555-1. Der dänische Chemiker William Christopher Zeise entdeckte um 1822 die Xanthogenate und stellte 1834 mit Ethanthiol das erste Mercaptan her.W. C. Zeise: Jahresber. Fortschr. Chem. 3, 1824, S. 80; 16, 1837, S. 302.
Die Entwicklung und Patentierung des Kontaktverfahrens erfolgten im Jahr 1831 durch den Essigproduzenten Peregrine Phillips. Im britischen Patent Nr. 6096 beschreibt er die spontane Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid in Luft in Gegenwart eines Platinkatalysators. Durch nachfolgende Absorption des Trioxids in Wasser gelangte er zu Schwefelsäure.Lawrie Lloyd: Handbook of Industrial Catalysts (Fundamental and Applied Catalysis). Springer US, 2011, ISBN 978-0-387-24682-6, S. 29. In der Folgezeit ersetzte Vanadiumpentoxid das Platin als Katalysator. Ein weiterer Meilenstein bei der Entwicklung chemisch-technischer Verfahren gelang Charles Goodyear 1839 durch die Entdeckung der Vulkanisierung von Kautschuk mit elementarem Schwefel; sie bildet die Grundlage der Kautschukindustrie. Das Verfahren legte den Grundstein für den Aufbau eines Reifenimperiums durch Frank und Charles Seiberling, die den Namen Goodyear im Firmennamen zu seinen Ehren wählten.
In den Jahren 1891 bis 1894 entwickelte der deutschstämmige Chemiker Hermann Frasch das nach ihm benannte Frasch-Verfahren, mit dem die 1865 in Louisiana entdeckten unterirdischen Schwefellager abgebaut werden konnten. Das Verfahren nutzt den niedrigen Schmelzpunkt und die geringe Dichte von Schwefel und presst mit überhitztem Wasser und Druckluft den geschmolzenen Schwefel durch ein geeignet geformtes Rohr an die Oberfläche.Theodore L. Brown, H. Eugene LeMay, Chemie. Ein Lehrbuch für alle Naturwissenschaftler| VCH VerlagsgesellschaftD6940 Weinheim, 1988, ISBN 3-527-26241-5, S. 919fMax Schmidt: Schwefel – was ist das eigentlich? In: Chemie in unserer Zeit. Band 7, Nr. 1, Februar 1973, S. 11–18, doi:10.1002/ciuz.19730070103.
Im Jahr 1912 wies Ernst Beckmann kryoskopisch nach, dass rhombischer Schwefel (α-Schwefel) aus S8-Ringen besteht.Ernst Beckmann: Kryoskopische Bestimmungen in Jod. In: Zeitschrift für anorganische Chemie. Volume 77, Issue 1, S. 200–208, 3. Oktober 1912, doi:10.1002/zaac.19120770115. Röntgenstrukturanalytisch gelang dieser Nachweis 1935 B. E. Warren und J. T. Burwell.B. E. Warren, J. T. Burwell: In: J. Chem. Phys. 3, 6, 1935, doi:10.1063/1.1749557. In den Jahren 1968–1998 stellten die Arbeitsgruppen von Max Schmidt und Ralf Steudel zahlreiche neue allotrope Modifikationen des Schwefels her.
Vorkommen Terrestrische Vorkommen Schwefel kommt in vielen Erdsphären vor. Den Austausch zwischen diesen Sphären beschreibt der Schwefelkreislauf, das System der Umwandlungen von Schwefel und Schwefelverbindungen in Lithosphäre, Hydrosphäre, Erdatmosphäre und Biosphäre sowie den Austausch zwischen diesen Erdsphären. Schwefel kommt dabei in der Oxidationsstufe −2, etwa bei Metallsulfiden und Schwefelwasserstoff, sowie −1 vor, zum Beispiel in dem Mineral Pyrit. Die Oxidationsstufe 0 (elementarer Schwefel) tritt in Sedimenten auf, die aus der bakteriellen Reduktion von Sulfaten stammen, wie in Louisiana, oder bei Schwefelvorkommen vulkanischen Ursprungs. In der Oxidationsstufe +4 kommt es als Schwefeldioxid in der Atmosphäre vor und in der Oxidationsstufe +6 als Sulfat in der Hydro- und Lithosphäre.
Schwefel steht bezüglich der Elementhäufigkeit mit einem Massenanteil von 0,46 % an der gesamten Erde an 8. Stelle, 0,048 % in der Erdhülle an 15. Stelle, 0,035 % in der kontinentalen Erdkruste an 16. Stelle.
Lithosphäre Elementarer Schwefel kommt in der Natur in mächtigen Lagerstätten, zum Beispiel in Sizilien, Polen, Irak, Iran, Louisiana, Texas und Mexiko vor. Weltweit konnte gediegener Schwefel bis 2011 an rund 1500 Fundorten nachgewiesen werden. Neben den bereits genannten Lagerstätten wurde Schwefel unter anderem in mehreren Regionen von Australien, Nord- und Südamerika, Asien und Europa gefunden. Schwefel fand sich in Mineralproben vom Meeresboden des Golfes von Mexiko, des Mittelatlantischen Rückens und des Ostpazifischen Rückens.
Schwefel tritt gediegen, das heißt in elementarer Form, in der Natur auf. Reiner Schwefel ist zwar insgesamt relativ selten, Vulkanausbrüche setzen ihn jedoch in großen Mengen frei. Er findet sich in Vulkanschloten oder an anderen postvulkanischen Erscheinungen als Resublimationsprodukt in pulvriger Form als sogenannte Schwefelblüte. Synthetisch durch Raffinierung hergestellter Schwefel wird allerdings ebenfalls als Schwefelblume oder Schwefelblüte bezeichnet.Mineralienatlas: Mineralienportrait Schwefel