Fyzikální vlastnosti síry. Popis síry

Síra je látka, která byla v současné době studována lidskostí téměř úplně. Ve starověku byla považována za mystickou, obklopenou tajemstvími, legendami a mýty, které vznikly z pověrčivého strachu lidí před všemi neznámými. Nicméně, mnoho z fyzikálních vlastností síry bylo známo, že lidé ještě před Mendělejev uváděných prvků v periodické tabulce, a dal mu číslo 16. Tato látka je široce používán v éře Homer navíc některé informace (poměrně spolehlivého) z toho lze nalézt v Nový a starý zákon.

Chemický prvek

Jednodenní systematizovat nahromaděných staletí informací o této věci, například síra, to bylo docela obtížné. To se týkalo mnoha vědců, ale určení jejich zařazení do třídy chemických prvků následoval DI Mendeleev. V periodickém systému je označen číslem 16. Síra se nachází ve třetím období, šestá skupina hlavní podskupiny, atomová hmotnost je 32, hustota (za normálních podmínek) je 2070 kg / m³.

Historie použití

Starověcí lidé aktivně používali fyzikální vlastnosti síry, které věděli. Zdrojem jeho původu byli bohové země, nebo podzemní lidé, obdařeni zvláštními vlastnostmi. Charakteristická vůně této látky a snadnost, s níž byla zapálena, byly užitečné pro služebníky církve během různých náboženských obřadů a vyloučení "zlých duchů". Později byla síra používána pro vojenské účely, byla součástí hořlavých směsí. S vysokou pravděpodobností lze tvrdit, že byla použita k vytvoření "řeckého ohně", který způsobil svému nepříteli svatý teror. V každodenním životě se síra a její sloučeniny používaly v kosmetice, zemědělství, s pomocí bílých tkání a vylučovaných parazitů. Ve staré Číně byly první pyrotechnické pokusy prováděny se sírou. Výsledné směsi nebyly dosud práškem, ale sloužily jako základ pro vytvoření jeho formulace, která byla mimochodem modernizována v moderních podmínkách. Nicméně v počáteční fázi byla jeho základem právě síra. Chemie, konkrétně alchymie té doby, nazývá tento prvek "otcem všech kovů". Podobný závěr je založen na přítomnosti síry v mnoha rudách a její zvýšené hořlavosti. Vymazání tohoto mýtu uspěje v roce 1789 Lavoisier. Vědec prvek připisoval nečistotám a, jak ukázaly další studie, měl pravdu. V medicíně byly sloučeniny síry používány jako antiseptické a antiparazitické látky.

V přírodě

Ve skalách zemské kůry se často vyskytuje síra. Z hlediska dostupnosti a prevalence se řadí mezi 16. chemické prvky. Struktura atomu síry umožňuje, aby tato látka byla v čisté formě (za určitých přírodních podmínek). Ve většině případů je však součástí různých rud, ve sloučeninách tvoří sulfidy a sírany. Nejběžnější jsou jeho vazby s kovy: železitý pyrit (pyrit), cinnabar, olovnatý lesk (galena), zinková směs (sfalerit). Ve Světovém oceánu jsou sulfáty hořčíku, vápníku a sodíku. Dosud bylo identifikováno více než 200 názvů minerálů. Druhý - podílem hmotnostního obsahu - skupina je sádra, kieserit, Glauberova sůl. Síra je součástí proteinových molekul, tj. Je obsažena v živočišných organizmech. Organické sloučeniny jsou velmi široce zastoupeny: ropa, plyny a přírodní uhlí. Hlavním zdrojem síry a jejích derivátů jsou vulkanické erupce, avšak lidská činnost (průmyslová, ekonomická) zrychluje a obohacuje tento proces. Významná množství látky nahromaděné v podzemních vodách, hlinky, sádry, na dně moře a jezera, ropy, zemního plynu a uhlí, v slaniska nebo mořských vodách. Oběh síry v biosféře nastává pomocí mikroorganismů, a to přispívá k vlhkosti, která se vypařuje z povrchu obrovské skupiny vody, padá jako déšť a z odpadních toků řek sahá do moří a oceánů.

Název

Během vývoje alchymie bylo několik názvů, které označovaly moderní chemický prvek síry. Která látka byla myšlena jimi, není zcela zřejmá, možná se jednalo o sloučeniny, rudu nebo síru. V periodiku Mendelejevův systém síra je označena symbolem S (síra). Tento latinský název nemá jasný původ, pravděpodobně byl vypůjčen z starověkého řeckého jazyka a může být přeložen jako "hořící". Termín používaný v ruském jazyce má velmi staré kořeny. Slovo "síra" označuje nepříjemně vonící látky, hořlavé směsi. Existuje také verze o původu jména z barvy hmoty: "světle žlutá", "šedá", tj. Není definována. Tzv. Všechny hřiště. Druhé jméno látky, které se v moderní době nepoužívá, je "bogeyman". Také obsahuje definici pojmů hořlavosti a zápachu. Filologové dospěli k závěru, že ve slovu "zabít" existuje sanskrtský kořen, který pravděpodobně souvisí s vlastnostmi oxidu siřičitého.

Fyzikální vlastnosti síry

V závislosti na alotropické modifikaci se vazby uvnitř prvku liší. Obvykle se rozlišují tři typy mřížek (stabilní řetězec atomů): kosočtverečný, plastový, monoklinický. Barva, fyzikální vlastnosti sírové látky závisí na modifikaci. Nejstabilnější a nejběžnější jsou cyklické sloučeniny S_8.. Tento typ řetězce je charakteristický pro krystalickou síru, křehkou látku, která má nažloutlý odstín. Plastové a monoklinické modifikace jsou nestabilní a po nějaké době po výrobě procházejí spontánně do cyklické struktury. Vzorec síry v tomto případě obsahuje symbol S₄ nebo S_6.. Za normálních podmínek (pokojová teplota) Kosočtverečný řetězec je stabilní sloučenina: v procesu zahřívání přechází látka do stavu kapalného agregátu a pak se ztuhne. Postupné chlazení vytváří jehlicové krystaly monoklinické síry, které mají tmavě žlutou barvu. Při reakci roztaveného materiálu ve studené vodě tvoří modifikace plast alotropní, který má podobnou strukturu jako kaučuku a je složen z několika polymerních řetězců, má špinavé žluté (tmavé) barvy. Nejběžnější popis síry jako pevné žluté látky, která nereaguje s vodou, zůstává na povrchu. Jako rozpouštědlo lze použít organické sloučeniny: terpentýn, sírouhlík atd. Síra jako prostá látka za normálních podmínek má následující termodynamické vlastnosti:

1. Relativní hustota - 2,070 g / cm³.
2. Tepelná vodivost je 300 K.
3. Bod tání: 112 ^oC.
4. Molární tepelná kapacita je 22,6 Joule.
5. Bod varu - 444 ^oC.
6. Molární objem je 15,5 cm³/ mol.

Během ohřevu se počet atomů síry v molekule snižuje. U 300 ^oC je poměrně aktivní tekutina, pro zvýšení výparu, teplota se zvýší na 450 ^oMonoatomická síra může být získána během ohřevu látky na hodnotu 1760 ^oC (S_8. - S_6. - S₄ - S₂ - S). Tato látka je špatným vodičem elektrického proudu a tepla, který je ve své aplikaci široce používán.

Chemické vlastnosti

Síra reaguje se všemi kovy kterém dochází k tvorbě sulfidů. Ve většině případů, je chemická reakce vyžaduje katalyzátor, který působí jako topení. Při normálních podmínkách (pokojová teplota) dochází k připojení pouze s rtuťovou jednotkou. Tato vlastnost se používá k neutralizaci svých výparů, které vznikají v důsledku interakce kovových kapiček s kyslíkem. Prvek nereaguje s platinou, iridiem, zlata. Získané sulfidy jsou požáry nebezpečné sloučeniny, které při zapálení dostatečně intenzivní. Síra, čištěná na vzduchu, reaguje s kyslíkem. Tato sloučenina je charakterizována tvorbou bezbarvého plynu (anhydrid kyseliny sírové) a spalováním. Reverzibilní reakce s vodíkem nastává při zahřátí (analogicky s uhlíkem a křemíkem), výsledné plyny se nazývají sirovodík, sírouhlík. Stejně jako všechny ostatní prvky skupiny VI periodické tabulky síra reaguje v uzavřené zkumavce s halogeny (fluor, brom, chlor, fosfor). Při pokojové teplotě je reakce možná pouze s fluorem. Chlorid siřičitý je látka nejčastěji používaná v chemickém průmyslu. Vzhledem k tomu, že roztoky vody a kyseliny nereagují, jsou sloučeniny s alkalickými látkami reverzibilní - tvoří se při vystavení katalyzátoru. Mnohé existující kyseliny a soli se tvoří jako výsledek sloučeniny (nezbytným podmínkou je teplota) síry s kyslíkem a vodíkem.

Elektronická struktura

Struktura atomu síry umožňuje, aby se element projevil jako oxidační a redukční činidlo a v chemické reakci měl jinou valenci. To je způsobeno rozložením elektronů nad úrovní. Jádro atomu má náboj +16 pro atomovou hmotnost 32 (16 protonů a neutronů), s poloměrem 127 pm. Schéma síry (elektronické) je následující: S + 16) 2) 8) 6 - v klidném stavu - 1S²2S²2P^6.3S²3P⁴. Na třetí úrovni atom síry má pět neobsazených orbitalů proto mocenství jejích sloučenin se pohybuje v následujícím rozsahu: -2, + 2, + 4 + 6, které jsou závislé na stupni buzení.

Vklady

Množství produkované síry se každoročně zvyšuje. To je způsobeno poměrně širokým spektrem jeho aplikací, které neustále roste v důsledku technologických průlomů a důkladnější studie již známých chemických prvků. V přírodě je síra obsažena v původní podobě a je součástí velkého množství rud. V závislosti na tom se používají různé metody extrakce. Stratiformy jsou obyčejné ve Spojených státech, Iráku, Střední Volži a Karpatském regionu. Jsou z nich nejvýnosnější v procentech, produkují od 50 do 60% síry. Uhlíkové a síranové kameny leží v obrovských vrstvách, dosahují desítek metrů do hloubky a několik stovek na délku. Sklady sůl a kopule jsou typické pro oblasti intenzivní těžby ropných produktů. Největší ložiska zahrnují oblast Mexického zálivu, která je vyvíjena souběžně s USA, Chile a Mexikem. Nejmodernějšími nově vytvořenými ložisky jsou sopečné ložiska. Jejich původ je spojen s tektonickými poruchami v zemské kůře a působením sopky. V souladu s tím se tyto ložiska nacházejí v Tichém oceánu. Aktivně zvládla tyto zóny Japonsko a Rusko. Na území Eurasie jsou obyčejné ložiska původního síry, které mají spíše starobylý původ a nacházejí se hlavně v povrchových vrstvách. Uralské hory, ostrov Sicílie, Volgogradský region, oblast Lvově, jsou rozvinutými ložisky, které se vyvíjejí až dodnes. Světová produkce síry je více než 50 milionů tun za rok, přičemž 30% - nugety, 33% - plynu a ropy, 14% - zpracování průmyslových emisí, 16% - na sulfidy, 6% - sulfátů.

Metody extrakce

V závislosti na hloubce výskytu rudy obsahující síru se používají různé metody pro její extrakci a další zpracování. Fyzikální vlastnosti síry v popředí, bez ohledu na způsob extrakce, odvodí bezpečnost procesu. Zpravidla jsou ložiska této látky doprovázena velkou akumulací toxických plynů a nevylučuje spontánní spalování. Vrstvy povrchových rud jsou odstraněny vrstvami za použití bagrů - tato metoda je nejméně nebezpečná (pokud jsou splněny všechny technologické požadavky). Vyčištěný síra se získává v důsledku jeho dalšího zpracování v příslušných podnicích, kde se dodává z lomů. Způsoby čištění a obohacování jsou různé: tepelné, odstředivé, filtrace, parní voda, extrakce.

Je mnohem těžší získat síru, která je obsažena v podzemních vrstvách. Důlní metoda - kvůli přidělení přidruženého plynu - je prakticky nedostupná, proto od roku 1895 byla metoda Hermana Frach úspěšně využita. Je to nejproduktivnější ve vývoji bohatých ložisek a poskytuje významné úspory v dopravních nákladech a nákladech na další zpracování rudy, protože to znamená výstup čisté látky. Princip instalace je jednoduchý: vrstvy rudy obsahující síru jsou ošetřeny horkou vodou, která je vedena potrubím. Uvnitř jsou dvě další válcové oddělené nádoby, které jsou navrženy tak, aby dodávaly plyn a vystupovaly z hotového výrobku. Vzhledem k nízkému bodu tání opouští síru s malým množstvím nečistot pod tlakem.

Aplikace

Hlavním spotřebitelem síry je chemický průmysl, který na tomto prvku nemůže existovat bez kyselin. Textil, rafinace ropy, potraviny, celulóza, těžební výrobní segmenty nemohou bez této látky. Vzorec síra umožňuje aplikovat jeho sloučeniny pro výrobu výbušnin, zápalky, gumy, kosmetika, léčiva a podobně. D. V zemědělství uvažujeme látku zahrnutou ve složení hnojiva do půdy (zvyšuje procento asimilován fosforu) a jedy, které ošetřených semen z různých škůdců. Pro výrobu barviv a světelných kompozic se používá vyčištěná síra. Podle stupně extrakce, zpracování a použití tohoto prvku lze posuzovat průmyslový potenciál celého státu. Většina nejnovějších poznatků v mnoha znalostně náročných odvětvích ekonomiky vychází z použití síry a jejích sloučenin. Je obtížné zhodnotit plný potenciál používání tohoto chemického prvku, který lidstvo používá od starověku a nadále se aktivně účastní technologického evolučního procesu.