SIARKA. (S, łac. sulphur)

Transkrypt

1 SIARKA (S, łac. sulphur) -iemetal aleŝący do 6 grupy główej. Izotopy stabile siarki to 32 S, 33 S, 34 S i 36 S. Siarka jest iezbęda do Ŝycia. Wchodzi w skład dwóch amiokwasów kodowaych - metioiy i cysteiy oraz wielu iych biologiczie waŝych związków p. witami. WaŜiejsze związki siarki to kwas siarkowy (VI), kwas siarkowy (IV), siarkowodór oraz ich sole (odpowiedio siarczay (VI) i siarczay(iv), siarczki), tleek siarki (IV) (dwutleek siarki - bezwodik kwasu siarkowego IV i tleek siarki (VI) (trójtleek siarki - bezwodik kwasu siarkowego VI. Zae są rówieŝ tleki siarki S 2 O(I), SO(II) i adtleek siarki SO 4 (VI)( bezwodik kwasu caro Zastosowaie siarki Siarka i jej związki są ader ceymi surowcami do otrzymywaia kwasu siarkowego, podstawowego produktu przemysłu chemiczego, a takŝe do produkcji dwusiarczku węgla. Większość siarki zuŝywaa jest do produkcji kwasu siarkowego. DuŜych ilości siarki uŝywa się w procesie wulkaizacji, w którym kauczuk zmieia się a gumę. Naturaly kauczuk przez traktowaie siarką traci swą lepkość i staje się elastyczy. Proces wulkaizacji przebiega w temperaturze o C. ZaleŜie od procetowej zawartości siarki otrzymuje się gumę miękką lub zupełie twardą. Ze względu a iski pukt zapłou, siarka stosowaa jest do wyrobu czarego prochu i ogi sztuczych. W medycyie stosowaa jest przy chorobach skórych siarka koloidala. SłuŜy rówieŝ jako środek do zwalczaia pasoŝytów rośliych. Trochę siarki uŝywa się do produkcji leków, pestycydów, zapałek i papieru. Trochę zuŝywa się do produkcji specjalego betou, zwaego betoem siarkowym. Beto siarkowy, w przeciwieństwie do zwykłego betou, ie ulega działaiu kwasów. W fabrykach, w których moŝe astąpić rozlaie kwasu, ściay i podłogi wykoae są z tego rodzaju betou. Występowaie siarki W staie rodzimym występują jej bogate złoŝa w Polsce koło Tarobrzega, a Sycylii, w Luizjaie i Texasie (USA), w Japoii, w Turkmeistaie i Uzbekistaie. Poza tym siarka jest składikiem liczych związków, siarczków i siarczaów, z których ajpospolitsze to: Piroty - FeS Piryt - FeS 2 Bleda cykowa - ZS Galea - CuFeS 2

2 Gips - CaSO 4 2H 2 O Celesty - SrSO 4 Baryt - BaSO 4 Astrachait - Na 2 SO 4 MgSO 4 4H 2 O Lagbeiit - K 2 SO 4 2MgSO 4 Polyhalit - K 2 SO 4 MgSO 4 2CaSO 4 Występowaie i otrzymywaie siarki Większość siarki pochodzi z ogromych podziemych złóŝ. Pewa ilość siarki zawarta jest w ropie aftowej i gazie ziemym. W trakcie spalaia tych paliw powstaje dwutleek siarki. Powoduje o skaŝeie powietrza i kwaśe deszcze. Dlatego teŝ, zaim paliwa te zostaą uŝyte, produkujące je kocery aftowe są zmuszoe do usuwaia z ich siarki. Siarkę występującą w staie rodzimym wytapia się przegrzaą parą wodą pod ziemią i wydobywa a powierzchie za pomocą spręŝoego powietrza. Źródłem siarki są rówieŝ jej związki zawarte w gazach przemysłowych, jak a przykład siarkowodór występujący w gazie świetlym. W celu związaia siarkowodoru przepuszcza się surowy gaz z pieców koksowiczych przez odpowiedie oczyszczaliki. Siarkowodór odpadkowy z iych przemysłowych procesów przepuszcza się w celu utleieia go do wolej siarki ad katalizatorem, przy czym ulega o częściowemu spaleiu, takŝe dwutleek siarki utleia siarkowodór do wolej siarki. W końcu aleŝy zwrócić uwagę a waŝą przemysłowo metodę otrzymywaia wolej siarki przez redukcję dwutleku siarki za pomocą tleku węgla. W Polsce spotykamy iewielkie złoŝa pirytów w Górach Świętokrzyskich i a Górym Śląsku, atomiast bogate są złoŝa gipsu i ahydrytu a Dolym Śląsku i w Kieleckiem. Zawartość siarki w węglu kamieym dochodząca do kilku procet staowi rówieŝ źródło tego pierwiastka, którego pełe wyzyskaie z gazów spaliowych staje się koiecze. Małe ilości siarki wchodzą w skład iektórych rodzajów białek zwierzęcych. Alotropia i fizycze właściwości siarki Siarka jest pierwiastkiem występującym w kilku odmiaach alotropowych. Dwie jej podstawowe odmiay staowią - siarka rombowa i jedoskośa. Poza tym zaa jest ietrwała odmiaa - siarka perłowa oraz siarka romboedrycza. Jako dalsze odmiay mogą uchodzić siarka submikrokrystalicza, czyli bezpostaciowa, oraz siarka purpurowa powstająca przy kodesacji par siarki w temperaturze ciekłego powietrza. Siarka rombowa jest trwała do temperatury 95,5 o C i w tej temperaturze pod ciśieiem swej własej pary przekształca się w siarkę jedoskośą. W temperaturze 119 o C siarka jedoskośa, będąc w rówowadze ze swą parą, topi się i przechodzi w ciecz. Pod działaiem ciśieia pukt przemiay siarki rombowej w jedoskośą przesuwa się w kieruku wyŝszych temperatur. PowyŜej 1200 Atm pole siarki jedoskośej zamyka się i istieje tylko jeda odmiaa siarki stałej, siarka rombowa. JeŜeli siarkę rombową ogrzewamy, przekraczając stosukowo szybko temperaturę 95,5 o C, to moŝa siarkę zachować w staie rówowagi ietrwałej. Wówczas ie ulegie oa przemiaie w siarkę jedoskośą. Aalogiczie moŝa przechłodzić siarkę ciekłą poiŝej 119 o C. Dwie odmiay alotropowe mogą pozostawać ze sobą w stosuku eacjotropowym lub mootropowym. Siarka rombowa i jedoskośa pozostają do siebie w stosuku eacjotropowym to zaczy mogą istieć ze sobą w staie rówowagi. Stosuek mootropowy występuje wtedy, gdy jeda z odmia alotropowych jest ietrwała i ma zawsze dąŝość do przejścia w odmiaę drugą. Odmiaa ietrwała w daym zakresie temperatur ma zawsze wyŝszą pręŝość pary. Przejście siarki rombowej w jedoskośą związae jest z pewym iewielkim efektem cieplym, a takŝe zmiaą własości fizyczych takich jak gęstość, przewodictwo cieple itp. Siarka rozpuszcza się w iektórych rozpuszczalikach,

3 p. w dwusiarczku węgla i tolueie. Z tolueu wykrystalizowuje powyŝej puktu przemiay w postaci siarki jedoskośej. Szczególe jest zachowaie się siarki w staie ciekłym. PowyŜej temperatury topieia siarka tworzy jasoŝółtą, ruchliwą ciecz. Wraz z podwyŝszeiem temperatury ciecz gęstieje i zabarwia się a kolor ciemobrązowy. W temperaturze 187 o C osiąga oa maksymalą lepkość, która przekracza ok krotie wartość początkową. W tej temperaturze siarka ma juŝ tak duŝą lepkość, Ŝe ie moŝa jej wylać z probówki odwrócoej dem do góry. Przy dalszym ogrzewaiu siarka staje się zów łatwo płya i osiąga pukt wrzeia w temperaturze 444,6 o C. Ciekła siarka, którą szybko ostudzi się p. przez wlaie jej do wody, uzyskuje plastyczość podobą jak kauczuk. Rozciągaa mechaiczie siarka plastycza uzyskuje strukturę włókistą. Przyczyy tego rodzaju własości leŝą w zmiaach jej struktury cząsteczkowej. Płya siarka powyŝej temperatury wrzeia, zachowuje swoją strukturę pierścieiową, z kolei jedak podlega oa polimeryzacji, w wyiku której astępuje wzrost lepkości. Według poglądów iektórych autorów polimeryzacja polega a pękaiu pierściei i tworzeiu długich łańcuchów zawierających do milioa atomów, według iych autorów sprowadza się to do tworzeia większych pierściei. Przy dalszym wzroście temperatury astępuje, jak zwykle, obiŝeie lepkości. Rozciągaa siarka plastycza zawiera spiralie ukształtowae elemety budowy ułoŝoe we włóka, między którymi ułoŝoe są małe kryształy siarki. Plastyczą siarkę moŝa wulkaizować podobie jak kauczuk za pomocą pięciosiarczku fosforu. Gęstość pary siarki w temperaturze bliskiej puktu wrzeia odpowiada zawartości cząsteczek S 8 i częściowo S 6. W miarę podwyŝszaia temperatury cząsteczka staje się coraz miejsza. W temperaturze 800 o C para siarki składa się juŝ tylko z cząsteczek dwuatomowych. Dysocjacja dwuatomowych cząsteczek siarki a pojedycze atomy wymaga zaczego akładu eergii. Stopień dysocjacji cząsteczek dwuatomowych wyosi 3,7% w temp o C zaś 72,6% w temp o C. Siarka bezpostaciowa JeŜeli pary siarki zostaą szybko ochłodzoe, to kodesują się w postaci drobego, Ŝółtego proszku, kwiatu siarczaego. Składa się o w zaczej części z bezpostaciowej siarki. Siarka bezpostaciowa przy podwyŝszeiu temperatury przechodzi w siarkę krystaliczą. Jest to przemiaa ściśle jedokierukowa. Siarka bezpostaciowa pojawia się takŝe przy wydzielaiu z roztworu w toku reakcji chemiczej Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 -> Na 2 SO 4 + SO 2 + S + H 2 O. Powstaje przy tym delikata zawiesia siarki w wodzie. Cząsteczki jej są tak drobe, Ŝe z łatwością przechodzą przez kaŝdy sączek. Tego rodzaju pozore roztwory, odzaczające się specyficzymi własościami, określa się miaem roztworów koloidalych. Właściwości chemicze siarki W zwykłej temperaturze siarka jest mało aktywa. Pukt zapłou siarki leŝy w temp. 250 o C. Bardzo łatwo łączy się tylko z fluorem, a juŝ trudiej z chlorem. Z iymi pierwiastkami, jak p. z wodorem, łączy się dopiero w podwyŝszoej temperaturze. Z metalami tworzy po ogrzaiu siarczki, przy czym reakcje te są silie egzotermicze, tak Ŝe zapoczątkowaa reakcja sytezy przebiega dalej samorzutie ieraz z rozŝarzeiem mieszaiy. Toksyczość siarki Siarka w postaci pyłu działa draŝiąco a błoy śluzowe oczu i górych dróg oddechowych. Nie powoduje oa silych zatruć. Większość związków siarki jest toksycza. Dwutleek siarki Dwutleek siarki powstaje podczas spalaia siarki w powietrzu, jest bezbarwym gazem o ostrym, duszącym zapachu. Jest cięŝszy od powietrza. Jest rozpuszczaly w wodzie.

4 Powstający roztwór jest kwaśy, poiewaŝ gaz reaguje z wodą tworząc kwas siarkowy (IV), H 2 SO 3. Dwutleek siarki jest więc tlekiem kwasowym. Kwas te łatwo rozkłada się z powrotem, a dwutleek siarki i wodę. W roztworach albo w wilgotym otoczeiu działa jako wybielacz. Kolorowe rzeczy zawdzięczają swoje kolory zawartym w ich barwym związkom, które tracą swoje barwy, gdy tracą tle - to zaczy, kiedy ulegają redukcji. Dwutleek siarki wybiela róŝe rzeczy gdyŝ redukuje zawarte w im barwiki. Wydobywając się z rur oddechowych samochodów i komiów fabryk, powoduje skaŝeie powietrza. Atakuje układ oddechowy ludzi i zwierząt. Rozpuszczając się w deszczu, tworzy kwaśy deszcz. Kwaśy deszcz iszczy rośliy, budyki i metalowe kostrukcje. Zastosowaie SO 2 Pewa ilość jest stosowaa do bieleia weły, jedwabiu i masy drewiaej przy produkcji papieru. Trochę jest uŝywae do produkcji apojów bezalkoholowych, dŝemów i suszoych owoców, poiewaŝ powstrzymuje rozwój bakterii i pleśi. Większość dwutleku siarki jest zuŝywaa do produkcji kwasu siarkowego (VI). Zdjęcia: Kryształy siarki. Siarka rodzima. Skała bogata w siarkę.

5 Ia forma siarki rodzimej. Zmieloa siarka laboratoryja. Nazwa Rok odkrycia Właściowości Grupa Dae ogole: Siarka staroŝytość iemetalicze 16 (VIA) Okres 3 Gęstość 2,07g/cm 3 Kolor Liczba atomowa Własości atomowe: jasoŝółty Masa atomowa 32,065u Promień atomu Stopień utleieia Właściwości tleków Struktura krystalicza 9 104pm -2, 1, 2, 4, 6 silie kwaśe odmiay: rombowa, jedoskośa lub plastycza

6 Sta skupieia Temperatura topieia Własości fizycze: Temperatura wrzeia Objętość molowa Ciepło parowaia Ciepło topieia Elektroujemość (wg Pauliga) Ciepło właściwe Pozostałe dae: Przewodość właściwa Przewodość ciepla I Potecjał joizacyjy II Potecjał joizacyjy III Potecjał joizacyjy IV Potecjał joizacyjy V Potecjał joizacyjy VI Potecjał joizacyjy stały 115,21 o C (388,36K) 444,72 o C (717,87K) 15, m 3 /mol brak daych 1,7175 kj/mol 2,5 710 J/(kg*K) 5, S/m 0,269 W/(m*K) 999,6 kj/mol 2252 kj/mol 3357 kj/mol 4556 kj/mol 7004,3 kj/mol 8495,8 kj/mol P.e.w.e.w. -0,67(0/-2) Zae izotopy: Izotop Wyst. O.p.r. S.r. E.r. MeV P.r. 30 S {sy.} 1,178 s β + 6, P 31 S {sy.} 2,572 s β + 5, P 32 S 95,02% 33 S 0,75% 34 S 4,21% stabily izotop z 16 stabily izotop z 17 stabily izotop z S {sy.} 87,32 di β - 0, Cl 36 S 0,02% stabily - - -

7 izotop z S {sy.} 5,05 mi β - 4, Cl 38 S {sy.} 170,3 mi β - 2, Cl 39 S {sy.} 11,5 s β - 6, Cl 40 S {sy.} 8,8 s β - 4, Cl Legeda: P.e.w.e.w. - potecjał elektrodowy względem elektrody wodorowej Wyst. - występowaie O.p.r. - okres połowiczego rozpadu S.r. - sposób rozpadu E.r. MeV - eergia rozpadu w megaelektrowoltach P.r. - produkt rozpadu - eutro α - cząstka alfa β - - cząstka beta mius β + - cząstka beta plus (pozyto) W.e. - wychwyt elektrou (iaczej wychwyt k) W.k. - - wychwyt k, wychwyt elektrou z pierwszej powłoki(k)