Kohlenstoffdisulfid

Kohlenstoffdisulfid ist eine farblose, stark lichtbrechende Flüssigkeit. In reinem Zustand riecht Schwefelkohlenstoff angenehm wie Ether; durch Verunreinigungen ist dieser etherische Geruch meist nicht mehr wahrnehmbar. Meist sind geringe Mengen von anderen Schwefelverbindungen die Ursache für einen teilweise widerlichen Geruch.[17]

Die Verbindung siedet unter Normaldruck bei 46,2 °C.[18][19] Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log₁₀(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 4,06683, B = 1168,62 und C = −31,616 im Temperaturbereich von 277 bis 353 K.[20] Die Verdampfungsenthalpie am Siedepunkt beträgt 26,7 kJ·mol⁻¹.[21][20] Die Temperaturabhängigkeit der Verdampfungsenthalpie lässt sich entsprechend der Gleichung Δ_VH⁰=Aexp(−βT_r)(1−T_r)^β (Δ_VH⁰ in kJ/mol, T_r =(T/T_c) reduzierte Temperatur) mit A = 37,07 kJ/mol, β = 0,2264 und T_c = 552 K im Temperaturbereich zwischen 282 K und 319 K beschreiben.[21]

Kohlenstoffdisulfid ist mit Wasser nur sehr begrenzt mischbar. Mit zunehmender Temperatur ändern sich die Löslichkeiten von Kohlenstoffdisulfid in Wasser und von Wasser in Kohlenstoffdisulfid nur geringfügig.[19]

Löslichkeiten zwischen Kohlenstoffdisulfid und Wasser[19]
Temperatur	°C	0	10	20	30	40
Kohlenstoffdisulfid in Wasser	in g/100 g	0,242	0,230	0,210	0,185	0,111
Wasser in Kohlenstoffdisulfid	in g/100 g		0,0086	0,012	0,017	0,022

Die Verbindung ist ein gutes Lösungsmittel unter anderem für Iod, Schwefel, Selen, weißen Phosphor, Fette, Kautschuk und Harze sowie Cellulose. Außerdem ist es ein ausgezeichnetes Dielektrikum (Dielektrizitätskonstante ε_r = 2,632[22]).[13]

Das Kohlenstoffdisulfid-Molekül ist wie Kohlenstoffdioxid ein lineares Molekül mit einem sp-hybridisierten C-Atom und zwei (p-p)π-Bindungen.[23] Es ist isovalenzelektronisch zu Kohlenstoffdioxid und Carbonylsulfid.

CS₂ verbrennt mit einer sehr niedrigen Temperatur (Flammentemperatur unter 200 °C) zu Kohlendioxid und Schwefeldioxid.

${\displaystyle \mathrm {CS_{2}+3\ O_{2}\longrightarrow CO_{2}+2\ SO_{2}} }$

Die Verbindung reagiert mit Alkalilaugen, Sulfiden, Alkoholen, Ammoniak und Aminen sowie Chlor. Mit wässriger Alkalilauge werden die entsprechenden Trithiocarbonate und Carbonate gebildet.

${\displaystyle \mathrm {3\ CS_{2}+6\ NaOH\longrightarrow 2\ Na_{2}CS_{3}+Na_{2}CO_{3}+3\ H_{2}O} }$

Die Trithiocarbonate können auch durch die Umsetzung mit Alkalisulfiden erhalten werden.

${\displaystyle \mathrm {CS_{2}+K_{2}S\longrightarrow K_{2}CS_{3}} }$

Die Umsetzung mit Alkoholaten führt zu Xanthaten bzw. Dithiocarbonaten.

${\displaystyle \mathrm {ROH+NaOH\longrightarrow RONa+H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {CS_{2}+RONa\longrightarrow ROCS_{2}Na} }$

Die Reaktion mit Ammoniak ergibt in Abhängigkeit von der Konzentration und der Temperatur unterschiedliche Produkte, wie Ammoniumdithiocarbamat, Ammoniumtrithiocarbonat und Ammoniumthiocyanat.

${\displaystyle \mathrm {CS_{2}+2\ NH_{3}\longrightarrow NH_{2}CS_{2}NH_{4}} }$

${\displaystyle \mathrm {CS_{2}+6\ NH_{3}+3\ H_{2}O\longrightarrow 2\ (NH_{4})_{2}CS_{3}+(NH_{4})_{2}CO_{3}} }$

${\displaystyle \mathrm {CS_{2}+4\ NH_{3}\longrightarrow (NH_{4})_{2}CS_{3}+NH_{4}SCN} }$

Mit primären und sekundären Aminen werden die entsprechenden Dithiocarbamatsalze gebildet, wobei in Gegenwart von Alkalilauge die Alkalisalze erhalten werden.

${\displaystyle \mathrm {CS_{2}+2\ RNH_{2}\longrightarrow RNHCSS^{-}RNH_{3}^{+}} }$

${\displaystyle \mathrm {CS_{2}+2\ R_{2}NH\longrightarrow R_{2}NCSS^{-}R_{2}NH_{2}^{+}} }$

${\displaystyle \mathrm {CS_{2}+R_{2}NH+NaOH\longrightarrow RNHCSS^{-}Na^{+}+H_{2}O} }$

Die Chlorierung kann verschiedene Chlorierungsprodukte, wie Tetrachlorkohlenstoff, Dischwefeldichlorid und Thiophosgen ergeben. Im Temperaturbereich zwischen 5 °C und 30 °C bildet sich mit guter Ausbeute in Abwesenheit einer Eisenkatalyse Trichlormethansulfenylchlorid.

${\displaystyle \mathrm {2\ CS_{2}+5\ Cl_{2}\longrightarrow 2\ Cl_{3}CSCl+S_{2}Cl_{2}} }$

Bei Temperaturen zwischen 70 °C und 100 °C und katalytisch wirkenden Eisensalzen wird Tetrachlorkohlenstoff zum Hauptprodukt. Primär gebildetes Dischwefeldichlorid reagiert mit Kohlenstoffdisulfid weiter zu Tetrachlorkohlenstoff und Schwefel.[19]

${\displaystyle \mathrm {CS_{2}+3\ Cl_{2}\longrightarrow CCl_{4}+S_{2}Cl_{2}} }$

${\displaystyle \mathrm {CS_{2}+2\ S_{2}Cl_{2}\rightleftharpoons CCl_{4}+4\ S} }$

Die Hydrolyse führt bei höheren Temperaturen oberhalb von 150 °C zu Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid, wobei Kohlenstoffoxysulfid als Zwischenprodukt auftritt.

${\displaystyle \mathrm {CS_{2}+H_{2}O\longrightarrow COS+H_{2}S} }$

${\displaystyle \mathrm {COS+H_{2}O\longrightarrow CO_{2}+H_{2}S} }$

Kohlenstoffdisulfid bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung hat einen Flammpunkt unterhalb von −20 °C. Der Explosionsbereich liegt zwischen 0,6 Vol.‑% (19 g/m³) als untere Explosionsgrenze (UEG) und 60,0 Vol.‑% (1900 g/m³) als obere Explosionsgrenze (OEG).[2][24] Der maximale Explosionsdruck beträgt 8,7 bar und die Sauerstoffgrenzkonzentration 4,6 Vol.‑%.[24] Die Grenzspaltweite wurde mit 0,37 mm bestimmt.[24] Es resultiert damit eine Zuordnung in die Explosionsgruppe IIC.[2][24] Mit einer Mindestzündenergie von 0,009 mJ sind Dampf-Luft-Gemische extrem zündfähig.[2] Die Zündtemperatur beträgt 95 °C.[24] Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T6 und ist der einzige, bisher bekannte Vertreter in dieser Temperaturklasse.

Da Schwefelkohlenstoff gut fettlöslich ist, wird es über Lunge und Haut leicht aufgenommen. Eine längere Exposition führt zu Vergiftungserscheinungen: Die akute Schwefelkohlenstoffvergiftung äußert sich in Gesichtsrötung, euphorischen Erregungszuständen, dann Bewusstlosigkeit, Koma und Atemlähmung; die chronische Schwefelkohlenstoffvergiftung durch wiederholtes längeres Einatmen äußert sich in Kopfschmerzen, Schlaflosigkeit, Gedächtnis-, Seh- und Hörstörungen, Nervenentzündungen sowie Gefäßschäden im Herzen und Gehirn.[25][26]

Kohlenstoffdisulfid gibt mit Diethylamin in Gegenwart von Kupfersalzen (Cu²⁺) einen gelben Dithiocarbamat-Komplex:[34][38]

${\displaystyle \mathrm {[Cu^{II}{(SC(S)N(C_{2}H_{5})_{2})}_{2}]} }$

Dieser Komplex wird auch zum Nachweis von Dämpfen mittels Prüfröhrchen genutzt.[1]

Andere Nachweisverfahren, wie die Bildung von roten Kristallen durch Reaktion mit Triethylphosphin, sind ebenfalls bekannt.[39]

Kohlenstoffdisulfid-Emissionen können mit einem iodometrischen Titrationsverfahren ermittelt werden, bei dem ein Teilstrom des zu beprobenden Abgases zunächst durch eine Cadmiumacetat-Lösung geleitet wird, um etwaigen Schwefelwasserstoff zu absorbieren. Die Bindung des Kohlenstoffdisulfids erfolgt in ethanolischer Kalilauge. Das so gewonnene Kaliumethylxanthogenat wird im Anschluss mit einer eingestellten Iodlösung titriert.[40] Dieses Verfahren wird erfolgreich in der Viskose verarbeitenden Industrie angewendet.

Gängige Verfahren zur Bestimmung von Kohlenstoffdisulfid in der Arbeitsplatzluft basieren auf der Adsorption an Aktivkohle mit anschließender Desorption und gaschromatographischer Analyse des desorbierten Stoffs.[41]