Czysta żółta siarka
Minerał z klasy pierwiastków rodzimych. Siarka jest przykładem dobrze zdefiniowanego polimorfizmu enancjomorficznego. W naturze tworzy 2 polimorficzne modyfikacje: rombową a-siarkę i jednoskośną b-siarkę. Przy ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze 95,6°C a-siarka przekształca się w b-siarkę. Siarka jest niezbędna do wzrostu roślin i zwierząt, wchodzi w skład organizmów żywych i produktów ich rozkładu, występuje obficie np. w jajach, kapuście, chrzanie, czosnku, gorczycy, cebuli, sierści, wełnie itp. Występuje również w węglu i oleju.
Zobacz też:
STRUKTURA
Siarka rodzima jest zwykle reprezentowana przez siarkę α, która krystalizuje w rombowej syngonii, rombowo-dipiramidalnej symetrii. Siarka krystaliczna ma dwie modyfikacje; jeden z nich, rombowy, otrzymuje się z roztworu siarki w dwusiarczku węgla (CS 2) przez odparowanie rozpuszczalnika w temperaturze pokojowej. W tym przypadku powstają półprzezroczyste kryształy w kształcie rombu o jasnożółtym kolorze, łatwo rozpuszczalne w CS 2 . Ta modyfikacja jest stabilna do 96°C, w wyższych temperaturach postać jednoskośna jest stabilna. Podczas naturalnego stygnięcia stopionej siarki w cylindrycznych tyglach wyrastają duże kryształy rombowej modyfikacji o zniekształconym kształcie (ośmiościany, w których rogi lub ściany są częściowo „odcięte”). Taki materiał nazywany jest w przemyśle siarką w kawałkach. Jednoskośna modyfikacja siarki to długie, przezroczyste, ciemnożółte kryształy w kształcie igieł, również rozpuszczalne w CS 2 . Gdy siarka jednoskośna jest schładzana poniżej 96 ° C, powstaje bardziej stabilna żółta rombowa siarka.
NIERUCHOMOŚCI
Siarka rodzima jest żółta, w obecności zanieczyszczeń - żółtobrązowa, pomarańczowa, brązowa do czarnej; zawiera wtrącenia bitumu, węglany, siarczany, glinę. Kryształy czystej siarki są przezroczyste lub półprzezroczyste, stałe masy są przezroczyste na brzegach. Połysk jest żywiczny do tłustego. Twardość 1-2, brak łupliwości, pęknięcie muszli. Gęstość 2,05 -2,08 g / cm 3, krucha. Łatwo rozpuszczalny w balsamie kanadyjskim, terpentynie i nafcie. W HCl i H 2 SO 4 jest nierozpuszczalny. HNO 3 i woda królewska utleniają siarkę, zamieniając ją w H 2 SO 4. Siarka znacznie różni się od tlenu zdolnością do tworzenia stabilnych łańcuchów i cykli atomów.
Najbardziej trwałe są cząsteczki cykliczne S 8 mające kształt korony, tworzące siarkę rombową i jednoskośną. To jest krystaliczna siarka - krucha żółta substancja. Ponadto możliwe są cząsteczki z łańcuchami zamkniętymi (S4, S6) i łańcuchami otwartymi. Taka kompozycja zawiera siarkę plastyczną, brązową substancję, którą otrzymuje się przez gwałtowne schładzanie roztopionej siarki (siarka plastyczna po kilku godzinach staje się krucha, nabiera żółtego koloru i stopniowo przechodzi w romb). Formuła siarki jest najczęściej zapisywana po prostu jako S, ponieważ chociaż ma strukturę molekularną, jest mieszaniną prostych substancji o różnych cząsteczkach.
Topnieniu siarki towarzyszy zauważalny wzrost objętości (około 15%). Stopiona siarka jest żółtą, bardzo ruchliwą cieczą, która powyżej 160°C zamienia się w bardzo lepką ciemnobrązową masę. Stopiona siarka osiąga najwyższą lepkość w temperaturze 190°C; dalszemu wzrostowi temperatury towarzyszy spadek lepkości, a powyżej 300°C stopiona siarka ponownie staje się ruchoma. Wynika to z faktu, że po podgrzaniu siarka stopniowo polimeryzuje, zwiększając długość łańcucha wraz ze wzrostem temperatury. Gdy siarka zostanie podgrzana do temperatury powyżej 190°C, jednostki polimerowe zaczynają się rozpadać.
Siarka jest najprostszym przykładem elektretu. Po potarciu siarka nabiera silnego ładunku ujemnego.
MORFOLOGIA
Tworzy kryształy ścięto-dipiramidalne, rzadziej dwupiramidalne, pinakoidalne lub grubo-pryzmatyczne, a także gęste agregaty kryptokrystaliczne, konfluentne, ziarniste, rzadziej drobnowłókniste. Główne formy na kryształach: dypiramidy (111) i (113), pryzmaty (011) i (101), pinakoid (001). Także zrosty i druzy kryształów, kryształów szkieletowych, pseudostalaktytów, mas sypkich i ziemistych, nalotów i mazi. Kryształy charakteryzują się wieloma równoległymi przerostami.
POCHODZENIE
Siarka powstaje podczas erupcji wulkanów, wietrzenia siarczków, rozkładu warstw osadowych zawierających gips, a także w związku z działalnością bakterii. Główne typy rodzimych złóż siarki to wulkanogeniczne i egzogeniczne (chemogeniczne-osadowe). Dominują złoża egzogeniczne; są one związane z anhydrytami gipsowymi, które pod wpływem emisji węglowodorów i siarkowodoru ulegają redukcji i są zastępowane przez rudy siarkowo-kalcytowe. Wszystkie największe złoża mają genezę naciekowo-metasomatyczną. Siarka rodzima często powstaje (poza dużymi nagromadzeniami) w wyniku utleniania H 2 S. Geochemiczne procesy jej powstawania są w znacznym stopniu aktywowane przez mikroorganizmy (bakterie redukujące siarczany i bakterie tionowe). Powiązane minerały to kalcyt , aragonit , gips , anhydryt , celestyt , a czasem bitum . Wśród wulkanicznych złóż rodzimej siarki pierwszorzędne znaczenie mają hydrotermalne metasomatyczne (na przykład w Japonii), utworzone przez kwarcyty i opality zawierające siarkę oraz wulkanogeniczno-osadowe muły z jezior kraterowych. Powstaje również podczas aktywności fumarolu. Tworząca się w warunkach powierzchni ziemi siarka rodzima jest nadal mało stabilna i stopniowo utleniając się daje siarczany, Ch. jak gips.
Stosowany do produkcji kwasu siarkowego (ok. 50% wyekstrahowanej ilości). W 1890 r. Hermann Frasch zaproponował wytapianie siarki pod ziemią i wydobywanie jej na powierzchnię studniami, a obecnie zagospodarowanie złóż siarki odbywa się głównie poprzez wytapianie siarki rodzimej z warstw podziemnych bezpośrednio w miejscach jej występowania. Siarka występuje również w dużych ilościach w gazie ziemnym (w postaci siarkowodoru i dwutlenku siarki), podczas produkcji gazu osadza się na ściankach rur, unieruchamiając je, więc jest wychwytywana z gazu, gdy tylko możliwe po wyprodukowaniu.
APLIKACJA
Około połowa produkowanej siarki jest wykorzystywana do produkcji kwasu siarkowego. Siarka jest wykorzystywana do wulkanizacji kauczuku, jako środek grzybobójczy w rolnictwie, a jako siarka koloidalna - lek. Również siarka w składzie kompozycji siarkowo-bitumicznych jest wykorzystywana do otrzymywania asfaltu siarkowego, a jako substytut cementu portlandzkiego - do otrzymywania betonu siarkowego. Siarka jest wykorzystywana do produkcji kompozycji pirotechnicznych, była wcześniej używana do produkcji prochu strzelniczego, jest wykorzystywana do produkcji zapałek.
Siarka - S
KLASYFIKACJA
| Strunz (8. wydanie) | 1/B.03-10 |
| Nickel-Strunz (wydanie 10.) | 1.CC.05 |
| Dana (7. wydanie) | 1.3.4.1 |
| Dana (wydanie 8.) | 1.3.5.1 |
| Hej, CIM Nr ref. | 1.51 |
W grupie VIA siarka należy również do powszechnie znanych i rozpowszechnionych pierwiastków chemicznych w przyrodzie. W skorupie ziemskiej siarka występuje w postaci szeregu minerałów tworzących bogate złoża. Często występuje rodzima siarka, p.p. substancja prosta S (S 8). Związki siarki z metalami są bardzo powszechne. Wiele z nich jest najbardziej cennych jako rudy do otrzymywania metali: połysk ołowiu PbS, blenda cynku ZnS, połysk miedzi CuS itp. Mineralny piryt FeS 2 (piryt żelaza), który tworzy sześcienne kryształy koloru mosiądzu, służy głównie jako surowiec do produkcji kwasu siarkowego.
Niektóre siarczany są również bardzo powszechne. Minerały gips i anhydryt (krystaliczny wodzian CaS0 4 2H 2 0 i bezwodny siarczan wapnia) tworzą miejscami całe góry. Siarczany magnezu i sodu znajdują się w wodzie morskiej. Siarczan strontu SrS0 4 - celestyn tworzy przezroczyste kryształy. Baryt, czyli ciężki dźwigar BaSO 4 , jest szeroko stosowany do produkcji bieli oraz jako wypełniacz w przemyśle papierniczym i gumowym. Na przykład warstwę barytu nakłada się na papier fotograficzny. W węglu znajduje się znaczna ilość siarki, która podczas spalania przedostaje się do atmosfery. Tlenek Cepbi(IV) S0 2 jest stale obecny w powietrzu. Gdyby tę siarkę wydobywać z produktów spalania węgla, to możliwe byłoby drastyczne ograniczenie wydobycia tradycyjnych rud siarki. Jednocześnie zmniejszy się szkodliwy wpływ SO 2 na roślinność i słodką wodę. Siarka jest zawsze obecna w białkach, ponieważ aminokwasy cysteina i metionina zawierają siarkę. Całkowita masa siarki w organizmie człowieka wynosi 120 g.
Światowa produkcja siarki przekracza 60 mln t. Ponad połowa tej ilości trafia do produkcji kwasu siarkowego, a reszta do produkcji siarczynów, kauczuku, środków zwalczania szkodników w rolnictwie.
Naturalna siarka składa się z czterech stabilnych izotopów, z których 95% to izotop
Pod względem właściwości chemicznych siarka nie wykazuje znaczącego podobieństwa do tlenu. Główną rzeczą, która łączy te dwa pierwiastki, jest stan dwuwartościowy w związkach z większością pierwiastków chemicznych. Należy zauważyć, że w związkach między tlenem a siarką tlen pozostaje dwuwartościowy, a siarka może być cztero- i sześciowartościowa. Wyższe stany walencyjne siarki są możliwe dzięki obecności
darmowe 3
Jedną z ważnych i charakterystycznych właściwości atomów siarki jest zdolność do tworzenia łańcuchów:
Jeśli atomy tlenu są połączone w łańcuchy ns więcej niż trzy atomy (w cząsteczce ozonu), to siarka w pewnych warunkach daje łańcuchy setek tysięcy atomów. Dwa połączone ze sobą atomy siarki -8-8- często służą jako mostek wewnątrz cząsteczki białka.
Siarka. Proste substancje
Siarka jako prosta substancja tworzy kilka odmian. Zwykła siarka to żółta krystaliczna, krucha substancja tzw rombowy szary. W miejscach, z których wydobywają się gazy wulkaniczne (Kamczatka, Wyspy Kurylskie) znajdują się piękne kryształy naturalnej siarki. Siarka rombowa, stabilna w normalnych warunkach, topi się w temperaturze 112,8°C. Natomiast ciekła siarka w temperaturze 119°C zaczyna krystalizować w postaci ciemnożółtych igiełkowatych kryształów o układzie jednoskośnym. Tak więc siarka tworzy dwie różne fazy stałe, ale poniżej 112,8°C siarka rombowa jest stabilna. Temperatura wrzenia siarki wynosi 444,6°C. Siarka jest nierozpuszczalna w wodzie, ale rozpuszczalna w dwusiarczku węgla i benzenie.
Siarka stała i jej roztwory składają się z cząsteczek 8 8 . Są to cząsteczki pierścieniowe w kształcie korony (ryc. 19.3).
Ryż. 19.3.
Podczas pisania reakcji chemicznych struktura molekularna siarki zwykle nie jest brana pod uwagę i jest zapisywana w postaci atomów. Powyżej temperatury topnienia siarka stopniowo ciemnieje iw temperaturze ~250°C zamienia się w lepką masę o czerwono-brązowej barwie, składającą się z bardzo długich łańcuchów o masie 8 N.
Powyżej 300°C siarka ponownie staje się ruchliwą cieczą. Wrząca siarka tworzy pomarańczowo-żółte opary. Opary siarki zawierają cząsteczki B 8 , 5 b, 8 4 i $ 2. Cząsteczki 5 2 mają budowę zbliżoną do cząsteczek tlenu 0 2 .
Jeśli stopiona siarka, podgrzana do wrzenia, zostanie wlana do zimnej wody (ryc. 19.4), wówczas zamienia się w brązową miękką gumopodobną masę, rozciągającą się w nici. Ten rodzaj siarki nazywa się siarka plastyczna. Składa się z zygzakowatych bardzo długich cząsteczek B, gdzie P osiągnie 100 000 lub więcej. Po krótkim czasie siarka plastyczna staje się krucha, żółknie i stopniowo przechodzi w siarkę rombową 5 8 .
Ryż. 19.4.
Siarka wydobywana jest bezpośrednio z naturalnych złóż. Wyekstrahowana siarka jest destylowana w celu oczyszczenia w specjalnych piecach rafineryjnych. Najpierw opary siarki wchodzą do dużej ceglanej komory. Siarka wytrąca się na zimnych ścianach w postaci jasnożółtego proszku, tzw szary kolor. Na gorących ścianach w temperaturze około 120°C siarka zamienia się w ciecz, która jest uwalniana do drewnianych form, gdzie zastyga w postaci pałeczek. Otrzymana w ten sposób siarka to tzw ciąć.
Istnieje również wiele reakcji, w których siarka jest uwalniana z substancji złożonych. Siarka powstaje w wyniku zmieszania gazowego siarkowodoru i gazu seonistycznego:
Spalanie siarkowodoru w warunkach braku tlenu prowadzi również do powstawania siarki (patrz poniżej).
Tlenki siarki (IV) i węgla (H) reagują z wydzielaniem siarki w obecności katalizatora:
Reakcja ta służy do oczyszczania produktów spalania paliwa z zanieczyszczeń siarkowych.
Siarkę można otrzymać przez reakcję w roztworze wodnym. Po dodaniu kwasu chlorowodorowego do roztworu tiosiarczanu sodu Na 2 5 2 0 3 ciecz staje się mętna, a jasnożółta drobno rozproszona siarka stopniowo wytrąca się:
Przemiany chemiczne siarki zachodzą głównie po podgrzaniu. Bez udziału innych odczynników siarka tworzy szereg różnych cząsteczek:
Siarka łączy się z prawie wszystkimi niemetalami i metalami. Reakcja; wodór odwracalny:
Siarka reaguje z halogenami, tworząc związki w stanie dwu- i czterowartościowym. Dopiero przy nadmiarze fluoru powstaje stabilny gazowy związek BR 6 .
W powietrzu iw tlenie siarka pali się niebieskim płomieniem:
Podczas spalania siarki temperatura przekracza 800°C, w wyniku czego równowaga drugiej reakcji jest silnie przesunięta w lewo i tylko ~5% siarki zamienia się w 0 3 .
Siarka reaguje z metalami z dużym wydzielaniem ciepła. Kiedy zapala się mieszanina proszków siarki i cynku, pojawia się jasny błysk. Powstaje biały siarczek cynku:
Siarka łatwiej reaguje z niektórymi pierwiastkami 5 i 6 okresu niż tlen. Srebro jest odporne na tlen, ale po zmieszaniu z siarką bez ogrzewania tworzy brązowy siarczek:
Siarka reaguje z tlenkami, kwasami i solami, które wykazują silne właściwości utleniające:
Po podgrzaniu roztworem alkalicznym siarka reaguje tak samo jak halogeny, tj. dysiroporcje:
Atomy siarki z prostej substancji mogą dodawać do siarki w niektórych złożonych substancjach:
W wyniku wielosiarczek sodu znajdują się łańcuchy atomów siarki z ładunkami ujemnymi na końcach:
Roztwór siarczynu sodu reaguje z siarką po ugotowaniu:
W otrzymanym bezbarwnym roztworze obecna jest sól. tiosiarkowy kwasy - tiosiarczan sodu.
Siarka jest pierwiastkiem niezbędnym we współczesnym przemyśle.
Czym jest siarka i jak wygląda?
Siarka jest pierwiastkiem chemicznym, który ma numer 16 w tabeli D. I. Mendelejewa i jest oznaczony literą S (zgodnie z pierwszą literą łacińskiej nazwy Siarka).
Masa molowa siarki wynosi 32,065 g/mol, masa atomowa 32,066 amu. e. m. Ta substancja może być jasnożółta lub brązowa.
Istnieje siarka sproszkowana (mielona) i płynna.
Charakterystyka siarki
Siarka jest substancją o różnym stopniu utlenienia. Na zewnętrznym orbicie elektronowej siarki znajduje się sześć elektronów walencyjnych, dwa kolejne nie wystarczą do wypełnienia, dlatego w związkach z metalami i wodorem wykazuje wartościowość -2.
Podczas interakcji z tlenem i halogenami, to znaczy z pierwiastkami o większej elektroujemności, siarka może wykazywać dodatnią wartościowość, na przykład +4 i +6.
Właściwości fizyczne
Jako prosta substancja siarka tworzy kilka modyfikacji alotropowych:
- Rombowy - to, co zwykliśmy nazywać zwykłą siarką. Jest stabilny w normalnych warunkach, najczęściej w pobliżu aktywnych lub wygasłych wulkanów.
- Plastik - to zamknięty lub otwarty łańcuch połączonych ze sobą siarki, zwykle uzyskiwany przez jego spalanie. Ma największą masę cząsteczkową spośród wszystkich rodzajów siarki.
- Jednoskośny (S8) - związek siarki, który w postaci cząsteczkowej jest ośmiokątem z atomami siarki na wierzchołkach. Wygląda jak wiele cylindrów przypominających igły. W temperaturze pokojowej szybko staje się romboidalny.
Przybliżona masa molowa jednej cząsteczki siarki jednoskośnej wynosi 256 g/mol. W Rosji siarka występuje na ogół tylko w dwóch rodzajach handlowych: granulowanej i grudkowatej.
Siarka jest substancją topliwą, temperatura topnienia wynosi około 120 stopni. Jest nierozpuszczalny w wodzie i nie zamoczy się w kontakcie z nią.
Nie ma właściwości elektrolitycznych i przewodności cieplnej. Gęstość siarki wynosi 2,070 g/cm³.
Właściwości chemiczne
W związkach z wodorem tworzy kwasy siarkowe (wzór chemiczny H2SO4) o stopniu utlenienia siarki +6 i kwasy siarkowe (H2SO3) o stopniu utlenienia +4, które dają odpowiednio siarczany i siarczyny.
W normalnych warunkach reagują z aktywnymi metalami i rtęcią, tworząc siarczki:
Tworzy również siarczki po podgrzaniu z większością nieaktywnych metali z wyjątkiem platyny i złota:
Fe + S(t) = Fe2S3
Wykazuje właściwości redukujące w reakcji z tlenem po podgrzaniu tworząc kwasowy tlenek:
W reakcjach z wodorem tworzy dwutlenek siarki, lotną bezbarwną substancję o nieprzyjemnym zapachu zgniłych jaj:
Obszary użytkowania
W niskich stężeniach sprzyja tworzeniu się nowych komórek naskórka, dlatego często stosuje się go w leczeniu stanów zapalnych. Ponadto siarka ma działanie przeczyszczające, a przyjmowana doustnie ma działanie wykrztuśne.
Ze względu na łatwopalność i właściwości palne siarka dobrze się pali. Na przykład najłatwiejszym sposobem na zdobycie siarki jest otwarcie pełnego pudełka zapałek - siarka jest częścią główki zapałki.
Podczas pocierania główka dotyka szorstkiej powierzchni (takiej jak papier ścierny) i zapałka łatwo się zapala.
Kwas siarkowy (H2SO4) jest najważniejszym produktem przemysłu chemicznego, stosowanym jako elektrolit w akumulatorach ołowiowych, służącym do produkcji kwasów solnego, azotowego, borowego i innych.
Kwas siarkowy jest niezbędnym środkiem siarkującym w produkcji wielu substancji leczniczych i farb.
Siarkowodór (H2S) służy do izolowania czystej siarki, siarczynów i kwasu siarkowego z roztworów.
Tlenki siarki (SO2 i SO3) wykorzystywane są do produkcji kwasów siarkowego i azotowego, a także stosowane są w chemii gospodarczej: wchodzą w skład wybielaczy i środków dezynfekujących.
Znalezienie siarki w przyrodzie
Najczęściej siarka natywna (S) występuje w przyrodzie, ale spotyka się również jej związki z innymi pierwiastkami: FeS2 (siarczan żelaza (II), piryt), ZnS (siarczan cynku, blenda cynku), CaSO4 * 2H2O (gips), PbS (siarczan ołowiu, połysk ołowiu) i inne.
Biologiczna rola siarki
Siarka występuje w organizmach żywych, zwłaszcza w białkach paznokci, sierści i kopyt. Całkowita masa siarki w ludzkim ciele wynosi około 130 gramów. Substancja ta znajduje się również w składzie niektórych witamin i hormonów.
Siarka posiada unikalne właściwości chemiczne i fizyczne, co czyni ją niezbędnym składnikiem przemysłu i nieodzowną przy tworzeniu leków.
Siarka w stanie natywnym, jak również w postaci związków siarki, znana jest od czasów starożytnych. Wspomina o tym Biblia, wiersze Homera i innych. Siarka była częścią „świętego” kadzidła podczas obrzędów religijnych; wierzono, że zapach palonej siarki odstrasza złe duchy. Siarka od dawna jest niezbędnym składnikiem mieszanek zapalających do celów wojskowych, takich jak „ogień grecki” (X w. n.e.). Około VIII wieku w Chinach zaczęto wykorzystywać siarkę do celów pirotechnicznych. Siarka i jej związki są od dawna stosowane w leczeniu chorób skóry. W okresie alchemii arabskiej powstała hipoteza, zgodnie z którą siarkę (początek palności) i rtęć (początek metaliczności) uważano za składniki wszystkich metali. Elementarny charakter siarki został ustalony przez A. L. Lavoisiera i wpisany na listę niemetalicznych ciał prostych (1789). W 1822 r. E. Mitscherlich odkrył alotropię siarki.
Rozmieszczenie siarki w przyrodzie. Siarka jest bardzo powszechnym pierwiastkiem chemicznym (clarke 4,7 10 -2); występuje w stanie wolnym (siarka natywna) oraz w postaci związków - siarczków, polisiarczków, siarczanów. Wody mórz i oceanów zawierają siarczany sodu, magnezu, wapnia. Wiadomo, że podczas procesów endogenicznych powstaje ponad 200 minerałów siarki. W biosferze powstaje ponad 150 minerałów siarkowych (głównie siarczanów); szeroko rozpowszechnione są procesy utleniania siarczków do siarczanów, które z kolei są redukowane do drugorzędowego H 2 S i siarczków. Reakcje te zachodzą z udziałem mikroorganizmów. Wiele procesów zachodzących w biosferze prowadzi do koncentracji Siarki – gromadzi się ona w próchnicy gleb, węglach, ropie naftowej, morzach i oceanach (8,9·10 -2%), wodach gruntowych, jeziorach i słonych bagnach. W glinach i łupkach jest 6 razy więcej siarki niż w całej skorupie ziemskiej, w gipsie - 200 razy, w podziemnych wodach siarczanowych - dziesiątki razy. Cykle siarki w biosferze: wraz z opadami atmosferycznymi docierają na kontynenty i wracają do oceanu wraz ze spływem. Źródłem Siarki w geologicznej przeszłości Ziemi były głównie produkty erupcji wulkanów zawierające SO 2 i H 2 S. Działalność gospodarcza człowieka przyspieszyła migrację Siarki; nasiliło się utlenianie siarczków.
Właściwości fizyczne siarki. Siarka jest stałą substancją krystaliczną, stabilną w postaci dwóch odmian alotropowych. Rombowy α-S cytrynowożółty, gęstość 2,07 g/cm3, t pl 112,8°C, stabilny poniżej 95,6°C; jednoskośny β-S, miodowożółty, gęstość 1,96 g/cm3, temperatura topnienia 119,3°C, stabilny między 95,6°C a temperaturą topnienia. Obie te formy są utworzone przez ośmioczłonowe cząsteczki cykliczne S 8 o energii wiązania S-S 225,7 kJ/mol.
Po stopieniu siarka zamienia się w ruchomą żółtą ciecz, która brązowieje powyżej 160 ° C i staje się lepką ciemnobrązową masą w temperaturze około 190 ° C. Powyżej 190°C lepkość spada, a przy 300°C siarka ponownie staje się płynna. Wynika to ze zmiany struktury cząsteczek: w temperaturze 160 ° C pierścienie S 8 zaczynają pękać, zamieniając się w otwarte łańcuchy; Dalsze ogrzewanie powyżej 190°C zmniejsza średnią długość takich łańcuchów.
Jeśli roztopioną siarkę podgrzaną do temperatury 250-300°C wleje się cienkim strumieniem do zimnej wody, otrzyma się brązowo-żółtą elastyczną masę (plastyczną siarkę). Tylko częściowo rozpuszcza się w dwusiarczku węgla, pozostawiając luźny proszek w osadzie. Rozpuszczalny w modyfikacji CS 2 nazywa się λ-S, a nierozpuszczalny - μ-S. W temperaturze pokojowej obie te modyfikacje są przekształcane w stabilne, kruche α-S. bela t Siarka 444,6 ° C (jeden ze standardowych punktów międzynarodowej skali temperatur). W parach w temperaturze wrzenia oprócz cząsteczek S 8 występują również S 6 , S 4 i S 2 . Przy dalszym ogrzewaniu duże cząsteczki rozpadają się iw temperaturze 900°C pozostaje tylko S2, który w temperaturze około 1500°C zauważalnie dysocjuje na atomy. Kiedy ciekły azot zamarza silnie podgrzane opary siarki, otrzymuje się fioletową odmianę, stabilną poniżej -80 °C, utworzoną przez cząsteczki S 2 .
Siarka jest słabym przewodnikiem ciepła i elektryczności. Jest praktycznie nierozpuszczalny w wodzie, dobrze rozpuszczalny w bezwodnym amoniaku, dwusiarczku węgla i wielu rozpuszczalnikach organicznych (fenol, benzen, dichloroetan i inne).
Właściwości chemiczne siarki. Konfiguracja zewnętrznych elektronów atomu S 3s 2 Зр 4 . W związkach siarka wykazuje stopnie utlenienia -2, +4, +6. Siarka jest chemicznie aktywna i po podgrzaniu łączy się szczególnie łatwo z prawie wszystkimi pierwiastkami, z wyjątkiem N 2 , I 2 , Au, Pt i gazów obojętnych. C O 2 w powietrzu powyżej 300 ° C tworzy tlenki: SO 2 - bezwodnik siarkowy i SO 3 - bezwodnik siarkowy, z których otrzymuje się odpowiednio kwas siarkawy i kwas siarkowy, a także ich sole siarczyny i siarczany. Już na zimno S energicznie łączy się z F 2, po podgrzaniu reaguje z Cl 2; z bromem Siarka tworzy tylko S 2 Br 2 , jodki siarki są nietrwałe. Po podgrzaniu (150-200 ° C) zachodzi odwracalna reakcja z H2, w wyniku której powstaje siarkowodór. Siarka tworzy również polisiarczkowe wodory o ogólnym wzorze H 2 S X, tak zwane sulfany. Znanych jest wiele związków siarkoorganicznych.
Po podgrzaniu siarka oddziałuje z metalami, tworząc odpowiednie związki siarki (siarczki) i polisiarczki metali (polisiarczki). W temperaturze 800-900 °C pary siarki reagują z węglem, tworząc dwusiarczek węgla CS 2 . Związki siarki z azotem (N 4 S 4 i N 2 S 5) można otrzymać tylko pośrednio.
Pozyskiwanie siarki. Siarka elementarna jest otrzymywana z siarki rodzimej, a także przez utlenianie siarkowodoru i redukcję dwutlenku siarki. Źródłem siarkowodoru do produkcji Siarki jest koks, gazy naturalne, gazy z krakingu ropy. Opracowano wiele metod przetwarzania H2S; najważniejsze są: 1) H 2 S ekstrahuje się z gazów roztworem monohydrotioarsenianu sodu:
Na 2 HAS 2 O 2 + H 2 S \u003d Na 2 HAS 3 O + H 2 O.
Następnie, wdmuchując powietrze przez roztwór, siarka wytrąca się w postaci wolnej:
NaHAsS 3 O + ½O 2 \u003d Na 2 HASS 2 O 2 + S.
2) H2S jest izolowany z gazów w postaci stężonej. Następnie jego główna masa jest utleniana przez tlen atmosferyczny do Siarki i częściowo do SO 2 . Po schłodzeniu H 2 S i powstające gazy (SO 2, N 2, CO 2) wchodzą do dwóch kolejnych konwertorów, gdzie w obecności katalizatora (aktywowanego boksytu lub specjalnie wyprodukowanego żelu aluminiowego) zachodzi następująca reakcja:
2H2S + SO2 \u003d 3S + 2H2O.
Produkcja siarki z SO 2 opiera się na reakcji jej redukcji z węglem lub naturalnymi gazami węglowodorowymi. Czasami produkcja ta jest łączona z przetwarzaniem rud pirytu.
Odmiany siarki. Wytapiana bezpośrednio z rud siarki Siarka nazywana jest naturalną bryłą; otrzymany z H 2S i SO 2 - bryła gazu. Naturalna siarka w kawałkach, oczyszczona przez destylację, nazywana jest rafinowaną.
Skondensowany z oparów w temperaturze powyżej temperatury topnienia w stanie ciekłym, a następnie wlany do form – cięcie siarki. Kiedy siarka skrapla się poniżej temperatury topnienia, na ściankach komór kondensacyjnych tworzy się drobny proszek siarki - kolor siarki. Szczególnie silnie rozproszona siarka nazywana jest koloidalną.
Stosowanie siarki. Siarka jest wykorzystywana głównie do produkcji kwasu siarkowego; w przemyśle papierniczym (do produkcji celulozy siarczynowej); w rolnictwie (do zwalczania chorób roślin, głównie winogron i bawełny); w przemyśle gumowym (środek wulkanizujący); w produkcji barwników i kompozycji świecących; zdobyć czarny (myśliwski) proch strzelniczy; przy produkcji zapałek.
Siarka w organizmie. Siarka jest stale obecna we wszystkich organizmach żywych w postaci związków organicznych i nieorganicznych i jest ważnym pierwiastkiem biogennym. Jego średnia zawartość w suchej masie wynosi: w roślinach morskich około 1,2%, lądowych - 0,3%, w zwierzętach morskich 0,5-2%, lądowych - 0,5%. O biologicznej roli Siarki decyduje fakt, że wchodzi ona w skład związków szeroko rozpowszechnionych w przyrodzie: aminokwasów (metionina, cysteina), a co za tym idzie białek i peptydów; koenzymy (koenzym A, kwas liponowy), witaminy (biotyna, tiamina), glutation i inne. Grupy sulfhydrylowe (-SH) reszt cysteiny odgrywają ważną rolę w budowie i aktywności katalitycznej wielu enzymów. Tworząc wiązania dwusiarczkowe (-S-S-) w obrębie poszczególnych łańcuchów polipeptydowych i pomiędzy nimi, grupy te biorą udział w utrzymaniu przestrzennej struktury cząsteczek białek. Siarka występuje również u zwierząt w postaci organicznych siarczanów i kwasów sulfonowych – kwasu chondroitynosiarkowego (w chrząstkach i kościach), kwasu taurocholowego (w żółci), heparyny i tauryny. W niektórych białkach zawierających żelazo (na przykład ferrodoksynach) siarka występuje w postaci nietrwałych w kwasie siarczków. Siarka jest zdolna do tworzenia wysokoenergetycznych wiązań w związkach makroergicznych.
Nieorganiczne związki siarki w organizmach zwierząt wyższych występują w niewielkich ilościach, głównie w postaci siarczanów (we krwi, moczu) oraz tiocyjanianów (w ślinie, soku żołądkowym, mleku, moczu). Organizmy morskie są bogatsze w nieorganiczne związki siarki niż organizmy słodkowodne i lądowe. Dla roślin i wielu mikroorganizmów siarczan (SO 4 2-), obok fosforanów i azotanów, jest najważniejszym źródłem składników mineralnych. Siarka przed włączeniem do związków organicznych zmienia wartościowość, a następnie jest przekształcana w formę organiczną w najmniej utlenionym stanie; dlatego siarka jest szeroko zaangażowana w reakcje redoks w komórkach.
W komórkach siarczany, oddziałując z trójfosforanem adenozyny (ATP), przekształcają się w aktywną formę - siarczan adenylu.
Enzym katalizujący tę reakcję, sulfurylaza (ATP: siarczan-adenylilotransferaza), jest szeroko rozpowszechniony w przyrodzie. W tak aktywowanej postaci grupa sulfonylowa ulega dalszym przemianom – zostaje przeniesiona na inny akceptor lub zredukowana.
Zwierzęta przyswajają siarkę jako część związków organicznych. Organizmy autotroficzne pozyskują całą Siarkę zawartą w komórkach ze związków nieorganicznych, głównie w postaci siarczanów. Rośliny wyższe, wiele glonów, grzybów i bakterii jest zdolnych do autotroficznego przyswajania siarki. (Z hodowli bakterii wyizolowano specjalne białko, które przenosi siarczan przez błonę komórkową ze środowiska do komórki.) Ważną rolę w obiegu siarki w przyrodzie odgrywają mikroorganizmy - bakterie odsiarczające i bakterie siarkowe. Wiele zagospodarowanych złóż siarki ma pochodzenie biogenne. Siarka wchodzi w skład antybiotyków (penicyliny, cefalosporyny); jego związki są stosowane jako środki radioochronne, środki ochrony roślin.
Treść artykułu
SIARKA, S (siarka), niemetaliczny pierwiastek chemiczny, członek rodziny chalkogenów (O, S, Se, Te i Po) - VI grupa układu okresowego pierwiastków. Siarka, podobnie jak wiele jej zastosowań, znana jest od czasów starożytnych. A. Lavoisier argumentował, że siarka jest pierwiastkiem. Siarka jest niezbędna do wzrostu roślin i zwierząt, wchodzi w skład organizmów żywych i produktów ich rozkładu, występuje obficie np. w jajach, kapuście, chrzanie, czosnku, gorczycy, cebuli, sierści, wełnie itp. Występuje również w węglu i oleju.
Aplikacja.
Około połowa rocznego zużycia siarki trafia do produkcji chemikaliów przemysłowych, takich jak kwas siarkowy, dwutlenek siarki i dwusiarczek węgla (dwusiarczek węgla). Ponadto siarka jest szeroko stosowana w produkcji insektycydów, zapałek, nawozów, materiałów wybuchowych, papieru, polimerów, farb i barwników oraz w wulkanizacji gumy. Wiodące miejsce w produkcji siarki zajmują USA, kraje WNP i Kanada.
dystrybucja w przyrodzie.
Siarka występuje w stanie wolnym (siarka rodzima). Ponadto istnieją ogromne rezerwy siarki w postaci rud siarczkowych, głównie rud ołowiu (połysk ołowiu), cynku (blenda cynku), miedzi (połysk miedzi) i żelaza (piryt). Kiedy metale są wydobywane z tych rud, siarka jest zwykle usuwana przez prażenie w obecności tlenu, w wyniku czego powstaje dwutlenek siarki (IV), który często jest uwalniany do atmosfery bez użycia. Oprócz rud siarczkowych dużo siarki występuje w postaci siarczanów, na przykład siarczan wapnia (gips), siarczan baru (baryt). Woda morska i wiele wód mineralnych zawiera rozpuszczalne w wodzie siarczany magnezu i sodu. Siarkowodór (siarkowodór) występuje w niektórych wodach mineralnych. W przemyśle siarkę można otrzymać jako produkt uboczny procesów w hutach, koksowniach, rafinacji ropy naftowej, ze spalin lub gazów ziemnych. Siarka jest wydobywana z naturalnych złóż podziemnych poprzez topienie jej przegrzaną wodą i dostarczanie jej na powierzchnię za pomocą sprężonego powietrza i pomp. W procesie frash ekstrakcji siarki ze złóż siarkonośnych w instalacji koncentrycznej, opatentowanej przez G. Frascha w 1891 r., otrzymuje się siarkę o czystości do 99,5%.
Nieruchomości.
Siarka ma postać żółtego proszku lub kruchej krystalicznej masy, bezwonnej i bezsmakowej oraz nierozpuszczalnej w wodzie. Siarka ma kilka modyfikacji alotropowych. Do najbardziej znanych należą: siarka krystaliczna – rombowa (siarka rodzima, A-S) i jednoskośny (pryzmatyczny siarka, B-S); amorficzny - koloidalny (mleko siarkowe) i plastyczny; pośredni amorficzno-krystaliczny - sublimowany (kolor siarki).
Siarka krystaliczna.
Siarka krystaliczna ma dwie modyfikacje; jeden z nich, rombowy, otrzymuje się z roztworu siarki w dwusiarczku węgla (CS 2) przez odparowanie rozpuszczalnika w temperaturze pokojowej. W tym przypadku powstają półprzezroczyste kryształy w kształcie rombu o jasnożółtym kolorze, łatwo rozpuszczalne w CS 2 . Ta modyfikacja jest stabilna do 96°C, w wyższych temperaturach postać jednoskośna jest stabilna. Podczas naturalnego stygnięcia stopionej siarki w cylindrycznych tyglach wyrastają duże kryształy rombowej modyfikacji o zniekształconym kształcie (ośmiościany, w których rogi lub ściany są częściowo „odcięte”). Taki materiał nazywany jest w przemyśle siarką w kawałkach. Jednoskośna modyfikacja siarki to długie, przezroczyste, ciemnożółte kryształy w kształcie igieł, również rozpuszczalne w CS 2 . Gdy siarka jednoskośna jest schładzana poniżej 96 ° C, powstaje bardziej stabilna żółta rombowa siarka.
siarka niekrystaliczna.
Oprócz tych form krystalicznych i amorficznych istnieje postać pośrednia znana jako barwnik siarki lub siarka sublimowana, którą uzyskuje się przez kondensację oparów siarki bez przechodzenia przez fazę ciekłą. Składa się z drobnych ziaren z centrum krystalizacji i amorficzną powierzchnią. Ta forma powoli i niecałkowicie rozpuszcza się w CS 2 . Po obróbce amoniakiem w celu usunięcia zanieczyszczeń, takich jak arsen, otrzymuje się produkt znany medycznie jako siarka płukana, którą stosuje się podobnie jak siarkę koloidalną.
stan ciekły.
Cząsteczki siarki składają się z zamkniętego łańcucha ośmiu atomów (S 8). Ciekła siarka ma niezwykłą właściwość: wraz ze wzrostem temperatury wzrasta jej lepkość. Poniżej 160°C siarka jest typową żółtawą cieczą, jej skład odpowiada wzorowi S 8 i jest oznaczona l-S. Wraz ze wzrostem temperatury cząsteczki pierścienia S 8 zaczynają pękać i łączyć się ze sobą, tworząc długie łańcuchy ( M-S), barwa ciekłej siarki staje się ciemnoczerwona, lepkość wzrasta, osiągając maksimum przy 200–250°C. Przy dalszym wzroście temperatury ciekła siarka rozjaśnia się, długie łańcuchy pękają, tworząc krótkie, o mniejszej zdolności do przeplatają się, co prowadzi do obniżenia lepkości.
Gaz.
Siarka wrze w temperaturze 444,6°C, tworząc pomarańczowo-żółte opary, składające się głównie z cząsteczek S 8. Wraz ze wzrostem temperatury kolor oparów zmienia się na ciemnoczerwony, następnie blady, aw temperaturze 650°C na słomkowożółty. Po dalszym ogrzewaniu cząsteczki S 8 dysocjują, tworząc formy równowagi S 6 , S 4 i S 2 w różnych temperaturach. I wreszcie, w temperaturze >1000°C opary składają się praktycznie z cząsteczek S 2, aw temperaturze 2000°C składają się z cząsteczek jednoatomowych.
Właściwości chemiczne.
Siarka jest typowym niemetalem. Ma sześć elektronów na zewnętrznej powłoce elektronowej i łatwiej przyjmuje elektrony z innych pierwiastków niż oddaje własne. Reaguje z wieloma metalami z wydzielaniem ciepła (na przykład w połączeniu z miedzią, żelazem, cynkiem). Łączy się z prawie wszystkimi niemetalami, choć nie tak energicznie.
Znajomości.
Dwutlenek siarki
Powstaje podczas spalania siarki w powietrzu, w szczególności podczas prażenia rud siarczkowych metali. Dwutlenek siarki jest bezbarwnym gazem o duszącym zapachu. Jest to bezwodnik kwasu siarkawego, łatwo rozpuszcza się w wodzie tworząc kwas siarkawy. Dwutlenek łatwo skrapla się (temperatura wrzenia –10°C) i przechowuje w stalowych butlach. Dwutlenek jest wykorzystywany do produkcji kwasu siarkowego, w chłodnictwie, do bielenia tekstyliów, pulpy drzewnej, słomy, cukru buraczanego, do konserwowania owoców i warzyw, do dezynfekcji, w browarnictwie i przemyśle spożywczym.
kwas siarkawy
H 2 SO 3 występuje tylko w rozcieńczonych roztworach (mniej niż 6%). Jest to słaby kwas, który tworzy średnie i kwaśne sole (siarczyny i podsiarczyny). Kwas siarkawy jest dobrym środkiem redukującym, reagując z tlenem, tworząc kwas siarkowy. Kwas siarkawy ma kilka zastosowań, w tym wybielanie jedwabiu, wełny, papieru, miazgi drzewnej i podobnych substancji. Jest stosowany jako środek antyseptyczny i konserwujący, zwłaszcza w celu zapobiegania fermentacji wina w beczkach, aby zapobiec fermentacji ziarna podczas ekstrakcji skrobi. Kwas jest również używany do konserwowania żywności. Najważniejszą z jego soli jest podsiarczyn wapnia Ca(HSO 3) 2 stosowany w przetwarzaniu zrębków drzewnych na celulozę.
Trójtlenek siarki
SO 3 (bezwodnik siarkowy), który tworzy kwas siarkowy z wodą, jest albo bezbarwną cieczą, albo białą krystaliczną substancją (krystalizuje w 16,8 ° C; temperatura wrzenia 44,7 ° C). Powstaje podczas utleniania dwutlenku siarki tlenem w obecności odpowiedniego katalizatora (platyna, pięciotlenek wanadu). Trójtlenek siarki silnie dymi w wilgotnym powietrzu i rozpuszcza się w wodzie, tworząc kwas siarkowy i wytwarzając dużo ciepła. Wykorzystywany jest do produkcji kwasu siarkowego oraz do produkcji syntetycznych substancji organicznych.
Kwas Siarkowy
H2SO4. Bezwodny H 2 SO 4 jest bezbarwną oleistą cieczą, która rozpuszcza SO 3, tworząc oleum. Mieszalny z wodą w każdym stosunku. Po rozpuszczeniu w wodzie hydraty tworzą się z uwolnieniem bardzo dużej ilości ciepła; dlatego, aby uniknąć rozpryskiwania kwasu, zwykle podczas ostrożnego rozpuszczania należy stopniowo dodawać kwas do wody, a nie odwrotnie. Stężony kwas dobrze pochłania parę wodną i dlatego jest używany do osuszania gazów. Z tego samego powodu prowadzi do karbonizacji substancji organicznych, zwłaszcza węglowodanów (skrobi, cukru itp.). W przypadku kontaktu ze skórą powoduje ciężkie oparzenia, opary działają żrąco na błony śluzowe dróg oddechowych i oczu. Kwas siarkowy jest silnym utleniaczem. stęż. H 2 SO 4 utlenia odpowiednio HI, HBr do I 2 i Br 2, węgiel do CO 2, siarkę do SO 2, metale do siarczanów. Rozcieńczony kwas utlenia również metale w szeregu napięciowym do wodoru. H 2 SO 4 jest silnym kwasem dwuzasadowym, który tworzy średnie i kwaśne sole - siarczany i wodorosiarczany; większość jego soli jest rozpuszczalna w wodzie, z wyjątkiem siarczanów baru, strontu i ołowiu, siarczan wapnia jest słabo rozpuszczalny.
Kwas siarkowy jest jednym z najważniejszych produktów przemysłu chemicznego (wytwarzającego alkalia, kwasy, sole, nawozy mineralne, chlor). Uzyskuje się go głównie metodą kontaktową lub wieżową według koncepcji:
Większość produkowanego kwasu wykorzystywana jest do produkcji nawozów mineralnych (superfosfat, siarczan amonu). Kwas siarkowy służy jako surowiec do produkcji soli i innych kwasów, do syntezy substancji organicznych, włókien sztucznych, do oczyszczania nafty, olejów naftowych, benzenu, toluenu, do produkcji farb, trawienia metali żelaznych, w hydrometalurgii uranu i niektórych metali nieżelaznych, do produkcji detergentów i leków, jako elektrolit w bateriach ołowiowych oraz jako środek osuszający.
Kwas tiosiarkowy
H 2 S 2 O 3 jest strukturalnie podobny do kwasu siarkowego, z wyjątkiem zastąpienia jednego atomu tlenu atomem siarki. Najważniejszą pochodną kwasu jest tiosiarczan sodu Na 2 S 2 O 3 - bezbarwne kryształy powstałe w wyniku wrzenia siarczynu sodu Na 2 SO 3 o siarkowym zabarwieniu. Tiosiarczan sodu (lub podsiarczyn) jest stosowany w fotografii jako utrwalacz (utrwalacz).
Sulfonal
(CH 3) 2 C (SO 2 C 2 H 5) 2 - biała krystaliczna substancja, bezwonna, słabo rozpuszczalna w wodzie, jest lekiem i jest stosowana jako środek uspokajający i nasenny.
siarkowodór
H 2 S (siarkowodór) to bezbarwny gaz o ostrym, nieprzyjemnym zapachu zgniłych jaj. Jest nieco cięższy od powietrza (gęstość 1,189 g/dm3), łatwo skrapla się do bezbarwnej cieczy i dobrze rozpuszcza się w wodzie. Roztwór wodny jest słabym kwasem o pH ~ 4. Jako rozpuszczalnik stosuje się ciekły siarkowodór. Roztwory i gazy są szeroko stosowane w analizie jakościowej do rozdzielania i oznaczania wielu metali. Wdychanie niewielkiej ilości siarkowodoru powoduje bóle głowy i nudności, duże ilości lub ciągłe wdychanie siarkowodoru powoduje porażenie układu nerwowego, serca i płuc. Paraliż pojawia się nieoczekiwanie, w wyniku naruszenia funkcji życiowych organizmu.
Monochlorek siarki
S 2 Cl 2 to dymiąca oleista ciecz o bursztynowym kolorze i ostrym zapachu, łzawiąca i utrudniająca oddychanie. Dymi w wilgotnym powietrzu i rozkłada się w wodzie, ale rozpuszcza się w dwusiarczku węgla. Monochlorek siarki jest dobrym rozpuszczalnikiem dla siarki, jodu, halogenków metali i związków organicznych. Monochlorek jest używany do wulkanizacji gumy, farb drukarskich i środków owadobójczych. W reakcji z etylenem powstaje lotna ciecz znana jako gaz musztardowy (ClC 2 H 4) 2 S, toksyczny związek używany jako drażniący chemiczny środek bojowy.
dwusiarczek węgla
CS 2 (dwusiarczek węgla) jest bladożółtą cieczą, trującą i łatwopalną. CS 2 jest syntetyzowany z pierwiastków w piecu elektrycznym. Substancja jest nierozpuszczalna w wodzie, ma wysoki współczynnik załamania światła, wysoką prężność par, niską temperaturę wrzenia (46°C). Dwusiarczek węgla – skuteczny rozpuszczalnik tłuszczów, olejów, kauczuku i gumy – jest szeroko stosowany do ekstrakcji olejów, w produkcji sztucznego jedwabiu, lakierów, klejów i zapałek gumowych, niszczenia wołków stodoły i ćmy odzieżowej oraz do dezynfekcji gleby .