SIERA: ISTORIJA, SAVYBĖS, STRUKTŪRA, GAVIMAS, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Sieros yra nemetalinės elementas veda, pagal deguonies, iš chalcogens periodinės lentelės grupė. Jis yra konkrečiai yra 16 grupės su 3 laikotarpiu, ir yra atstovaujama cheminis simbolis S. jo gamtos izotopų, ³² S yra iki šiol labiausiai paplitęs (apie 94% visų sieros atomų).

Tai yra vienas gausiausių elementų Žemėje, sudarantis apie 3% visos jo masės. Kitaip tariant, jei būtų paimta visa siera planetoje, būtų galima pastatyti du geltonus mėnulius; vietoj vieno būtų trys palydovai. Jis gali priimti įvairias oksidacijos būsenas (+2, -2, +4 ir +6), todėl jo druskos yra daug ir praturtina žemės plutą ir šerdį.

Sieros kristalai. Šaltinis: „Pixabay“.

Siera yra geltonos, blogo kvapo ir pragaro sinonimas. Pagrindinė blogo kvapo priežastis yra jo gauti junginiai; ypač sodos ir organinės. Iš kitų jo mineralų yra kietų medžiagų, turinčių geltonos, pilkos, juodos ir baltos spalvos (be kita ko).

Tai yra vienas iš elementų, labiausiai atspindinčių daugybę alotropų. Jį galima rasti kaip mažas, atskiras S ₂ arba S ₃ molekules ; kaip žiedus ar ciklus, ortorombinė ir monoklininė siera S ₈ yra stabiliausia ir gausiausia iš visų; ir kaip spiralinės grandinės.

Jis ne tik randamas žemės plutoje mineralų pavidalu, bet ir biologinėse mūsų kūno matricose. Pavyzdžiui, jo yra amino rūgštyse cistinas, cisteinas ir metioninas, geležies baltymuose, keratinas ir kai kuriuose vitaminuose. Jo taip pat yra česnakuose, greipfrutuose, svogūnuose, kopūstuose, brokoliuose ir žiediniuose kopūstuose.

Chemiškai tai yra minkštas elementas, o trūkstant deguonies jis sudaro sieros mineralus ir sulfatus. Jis dega melsva liepsna ir gali pasirodyti kaip amorfinė arba kristalinė kieta medžiaga.

Nepaisant to, kad ji yra būtina sieros rūgšties, labai ėsdinančios medžiagos, sintezei, ir turi nemalonius kvapus, ji iš tikrųjų yra gerybinis elementas. Siera gali būti laikoma bet kurioje vietoje be didelių atsargumo priemonių, jei tik išvengiama gaisrų.

Sieros istorija

Biblijoje

Siera yra vienas seniausių elementų žmonijos istorijoje; tiek, kad jos atradimas nėra tikras ir nežinoma, kuri iš senovės civilizacijų ją panaudojo pirmą kartą (4000 metų prieš Kristų). Pačiuose Biblijos puslapiuose jį galima rasti kartu su pragaru ir pragaru.

Manoma, kad numanomas pragaro sieros kvapas susijęs su ugnikalnių išsiveržimais. Pirmasis jos atradėjas tikrai turėjo būti aptikęs šio elemento kasyklas, tokias kaip dulkių žemės ar geltoni kristalai šalia ugnikalnio.

Antika

Ši gelsva kieta medžiaga netrukus parodė puikų gydomąjį poveikį. Pavyzdžiui, egiptiečiai vokų uždegimui gydyti naudojo sierą. Tai taip pat palengvino niežus ir spuogus - tai priemonė, kurią šiandien galima pamatyti sieros muiluose ir kituose dermatologiniuose produktuose.

Romėnai šį elementą naudojo savo apeigose kaip fumigantą ir baliklį. Degdamas jis išskiria SO ₂ - dujas, kurios užplūdo patalpas, susimaišo su drėgme ir sukuria antibakterinę aplinką, galinčią naikinti vabzdžius.

Romėnai, kaip ir graikai, atrado aukštą sieros degumą, todėl tai tapo ugnies sinonimu. Jos melsvos liepsnos spalva turėjo apšviesti Romos cirkus. Manoma, kad graikai savo ruožtu panaudojo šį elementą uždegimo ginklams kurti.

Kinai savo ruožtu sužinojo, kad sumaišydami sierą su salyklu (KNO ₃ ) ir anglimis, jie sukūrė juodus miltelius, kurie sukūrė istorinį posūkį, ir tai sukėlė didelius reikalavimus ir susidomėjimą šiuo mineralu tų laikų tautose.

Modernūs laikai

Atrodo, kad kulkosvaidis nebuvo pakankamai priežastis sielai gesinti, netrukus atsirado sieros rūgštis ir jos pramoninis pritaikymas. Ir sieros rūgšties lazdele buvo išmatuotas šalies turtingumo ar klestėjimo dydis, atsižvelgiant į šio junginio suvartojimo lygį.

Žymus chemikas Antoine'as Lavoisier sugebėjo atpažinti sierą ir klasifikuoti ją kaip elementą tik 1789 m. Tada 1823 m. Vokiečių chemikas Eilhardas Mitscherlichas atrado, kad siera daugiausia gali kristalizuotis dviem būdais: romboedrine ir monoklinine.

Sieros istorija vyko ta pačia junginių ir panaudojimo eiga. Atsižvelgiant į didžiulę sieros rūgšties pramoninę svarbą, ją lydėjo gumos vulkanizavimas, penicilino sintezė, kasyklų eksploatavimas, žalios naftos, kurioje gausu sieros, rafinavimas, dirvožemio mityba ir kt.

Savybės

Fizinė išvaizda

Trapus kietas miltelių arba kristalų pavidalas. Jos spalva yra nuobodu citrinos geltona, ji yra beskonė ir neturi jokio kvapo.

Skystas vaizdas

Skysta siera yra unikali tuo, kad pradinė geltona spalva tampa rausva, o esant aukštai temperatūrai sustiprėja ir tamsėja. Kai jis dega, jis skleidžia ryškiai mėlyną liepsną.

Molinė masė

32 g / mol.

Lydymosi temperatūra

115,21 ° C.

Virimo taškas

445 ° C.

užsidegimo vieta

160 ° C.

Savaiminio užsidegimo temperatūra

232 ° C.

Tankis

2,1 g / ml. Tačiau kiti alotropai gali būti ne tokie tankūs.

Molinės šilumos talpa

22,75 J / mol K

Kovalentinis spindulys

105 ± 15 val.

Elektronegatyvumas

2,58 pagal Paulingo skalę.

Poliškumas

SS jungtys yra apolinės, nes abu sieros atomai turi vienodą elektronegatyvumą. Tai daro visus jo ciklinio ar grandinės pavidalo alotropus nepolinius; todėl jo sąveika su vandeniu yra neefektyvi ir negali būti tirpinama jame.

Tačiau siera gali būti ištirpinta apoliniuose tirpikliuose, tokiuose kaip anglies disulfidas, CS ₂ ir aromatiniai elementai (benzenas, toluenas, ksilenas ir kt.).

Jonai

Siera gali sudaryti įvairius jonus, dažniausiai anijonus. Geriausiai žinomas iš sieros, S ^2- . S ^2- yra apibūdinamas kaip didelių gabaritų ir turi minkštą Lewis bazę.

Kadangi tai minkšta bazė, teorija teigia, kad ji bus linkusi sudaryti junginius su minkštosiomis rūgštimis; tokie kaip pereinamojo metalo katijonai, įskaitant Fe ²⁺ , Pb ²⁺ ir Cu ²⁺ .

Struktūra ir elektroninė konfigūracija

Sieros karūna

S8 molekulė, stabiliausia ir gausiausia sieros allotrope. Šaltinis: „Benjah-bmm27“.

Sieros gali būti įvairiuose alotropuose; ir jie savo ruožtu turi kristalines struktūras, kurios yra modifikuotos esant skirtingiems slėgiams ir (arba) temperatūroms. Todėl siera yra elementas, kuriame gausu alotropų ir polimorfų, o tvirtų jo struktūrų tyrimas yra begalinis teorinio-eksperimentinio darbo šaltinis.

Kodėl toks struktūrinis sudėtingumas? Pirmiausia kovalentiniai sieros (SS) ryšiai yra labai stiprūs, juos pranoksta tik anglis, CC ir vandenilis, HH.

Siera, skirtingai nuo anglies, nėra linkusi sudaryti tetraedrus, o bumerangus; kad jų kampai sulankstyti ir žieduoti, kad stabilizuotųsi sieros grandinės. Žinomiausias žiedas iš visų, taip pat atstovaujantis stabiliausiai sieros allotropei, yra S ₈ , „sieros vainikėlis“ (viršutinis vaizdas).

Atminkite, kad visos S ₈ SS jungtys atrodo kaip atskiri bumerangai, todėl žiedas su rauklėmis yra visai ne plokščias. Šios S ₈ karūnėlės sąveikauja per Londono pajėgas, orientuodamosi taip, kad sukuria struktūrinius modelius, apibrėžiančius ortorombinį kristalą; vadinamas S ₈ α (S-α, arba tiesiog ortorombinė siera).

Polimorfai

Sieros karūna yra viena iš daugelio šio elemento alotropų. S ₈ α yra šios karūnos polimorfas. Yra dar du (tarp svarbiausių), vadinami S ₈ β ir S ₈ γ (atitinkamai S-β ir S-γ). Abu polimorfai kristalizuojasi į monoklinines struktūras, kur S ₈ γ yra tankesni (gama sieros).

Visi trys yra geltonos spalvos kietos medžiagos. Bet kaip gauti kiekvieną polimorfą atskirai?

S ₈ β gaunamas kaitinant S ₈ α iki 93 ° C, po to leidžiant lėtai atvėsti, kad sulėtėtų jo perėjimas į ortorombinę fazę (α). Ir , kita vertus, S ₈ γ gaunamas, kai S ₈ α lydosi 150 ° C temperatūroje ir vėl leidžia lėtai atvėsti; jis yra tankiausias iš sieros vainiko polimorfų.

Kiti cikliniai alotropai

Karūna S ₈ nėra vienintelė ciklinė allotrope. Yra kiti, pavyzdžiui, S ₄ , S ₅ (analogiškai ciklopentaną), S ₆ (atstovaujama šešiakampio kaip cikloheksano), S ₇ , S ₉ , ir S _10-20 ; pastarasis reiškia, kad gali būti žiedai arba ciklai, kuriuose yra nuo dešimties iki dvidešimties sieros atomų.

Kiekvienas iš jų žymi skirtingus ciklinius sieros allotropus; ir, savo ruožtu, norint pabrėžti, jie turi polimorfų ar polimorfinių struktūrų atmainas, kurios priklauso nuo slėgio ir temperatūros.

Pavyzdžiui, S ₇ turi iki keturių žinomų polimorfų RSCELTNITITVEKEECSFCISINTTWCAGYCYTRDLVYKDPARPNIQKACTFKEL, atomo, pažymėto y, ir trikampio. Didesnės molekulinės masės elementai arba vainikėliai yra organinės sintezės produktai ir nėra vyraujantys gamtoje.

Sieros grandinės

Sieros grandinė. Šaltinis: OpenStax

Į struktūrą įtraukus daugiau sieros atomų, sumažėja jų polinkis suskambėti, o sieros grandinės lieka atviros ir įgauna spiralines formas (tarsi spiralės ar varžtai).

Taigi išryškėja dar viena gausi sieros alotropų šeima, kurią sudaro žiedai ar ciklai, o ne grandinės (kaip antai aukščiau esančiame paveikslėlyje).

Kai šios SS grandinės linijuojasi lygiagrečiai kristaluose, jos sulaiko priemaišas ir galiausiai apibūdina pluoštinę kietąją medžiagą, vadinamą pluoštiniu sieru arba S-ψ. Jei tarp šių lygiagrečių grandinių yra kovalentiniai ryšiai, kurie juos sujungia (kaip nutinka gumos vulkanizacijos atveju), mes turime laminato sierą.

Kai siera S ₈ ištirpsta, gaunama gelsva skysta fazė, kuri, pakeliant temperatūrą, gali tamsėti. Taip yra todėl, kad SS jungtys nutrūksta, todėl vyksta terminės depolimerizacijos procesas.

Šis aušinamas skystis pasižymi plastikinėmis, o po to stiklinėmis savybėmis; tai yra, gaunama stiklinė ir amorfinė siera (S-χ). Jos sudėtį sudaro abu žiedai ir sieros grandinės.

Kai iš amorfinės sieros gaunamas pluoštinės ir sluoksninės allotropės mišinys, gaunamas „Crystex“ - komercinis produktas, naudojamas gumos vulkanizavimui.

Mažos allotropės

Nors jie paliekami paskutiniai, jie yra ne mažiau svarbūs (arba įdomūs) nei didesnių molekulinių masių allotropai. S ₂ ir S ₃ molekulės yra sieros pavidalo O ₂ ir O ₃ . Pirmajame du sieros atomai yra sujungti dviguba jungtimi, S = S, o antrame yra trys atomai, turintys rezonansinę struktūrą, S = SS.

Tiek S _2, tiek S ₃ yra dujiniai. S ₃ rodo vyšnios raudoną spalvą. Abi turi pakankamai bibliografinės medžiagos, kad kiekviena galėtų apimti atskirą straipsnį.

Elektroninė konfigūracija

Sieros atomo elektronų konfigūracija yra:

3s ² 3p ⁴

Jis gali įgyti du elektronus, kad užpildytų savo valentinį oktetą, taigi oksidacijos būsena yra -2. Panašiai, jis gali prarasti elektronus, pradedant dviem savo 3p orbitalėse, oksiduojantis iki +2; Jei prarasite dar du elektronus, kai jų 3p orbitalės bus tuščios, jūsų oksidacijos būsena bus +4; o jei prarasite visus elektronus, tai bus +6.

Gavimas

Mineraloginis

Siera yra daugelio mineralų dalis. Tarp jų yra pirito (FeS ₂ ), galenos (PbS), kvellito (CuS) ir kitų sulfatų bei sulfidų mineralų. Apdorojant juos, išgaunami ne tik metalai, bet ir siera po redukcinių reakcijų.

Jis taip pat gali būti gaunamas grynu būdu vulkaninėse angose, kuriose, kylant temperatūrai, jos išsilydo ir išsilieja žemyn; O jei užsidegs, naktį atrodys kaip melsva lava. Dirbant sunkų ir sunkų fizinį darbą, siera gali būti gaunama taip, kaip tai buvo daroma Sicilijoje gana dažnai.

Sieros taip pat galima rasti požeminėse kasyklose, kurios yra skirtos siurbti perkaitintą vandenį, kad jis ištirptų ir perkeltų į paviršių. Šis gavimo procesas yra žinomas kaip „Frasch“ procesas, šiuo metu mažai naudojamas.

Alyva

Šiandien didžioji sieros dalis gaunama iš naftos pramonės, nes jos organiniai junginiai yra žalios naftos ir jos rafinuotų darinių sudėtis.

Jei žalios arba rafinuotas produktas yra daug sieros ir patiria hidrodesulfinime, ji bus išleisti didelius kiekius H ₂ S (stinky dujų, kad kvepiančiu supuvusiomis kiaušinių):

RSR + 2H ₂ → 2 RH + H ₂ S

Tada H ₂ S chemiškai apdorojamas Clauss procese, apibendrinant šias chemines lygtis:

3 O ₂ + 2 H ₂ S → 2 SO ₂ + 2 H ₂ O

SO ₂ + 2 H ₂ S → 3 S + 2 H ₂ O

Programos

Kai kurie sieros naudojimo būdai yra paminėti toliau ir bendrai:

- Tai yra svarbus elementas tiek augalams, tiek gyvūnams. Jo yra net dviejose amino rūgštyse: cisteine ​​ir metioninas.

- Tai yra sieros rūgšties, junginio, naudojamo nesuskaičiuojamai daug komercinių produktų, žaliava.

- Farmacijos pramonėje jis naudojamas sieros darinių sintezei, penicilinas yra geriausiai žinomas iš pavyzdžių.

- Leidžia vulkanizuoti kaučiukus sujungiant polimerines grandines su SS jungtimis.

- Dėl geltonos spalvos ir jo mišinių su kitais metalais jis yra pageidautinas pigmento pramonėje.

- Sumaišytas su neorganine medžiaga, pavyzdžiui, smėliu ir uolienomis, bitumas pakeičiamas betonu ir sieros asfaltu.

Rizika ir atsargumo priemonės

Siera savaime yra nekenksminga, netoksiška medžiaga, be to, ji nekelia jokio pavojaus, nebent ji sureaguotų į kitus junginius. Jo sulfato druskos nėra pavojingos ir su jomis galima elgtis be ypatingų atsargumo priemonių. Tačiau tai netaikoma dujiniams dariniams: SO ₂ ir H ₂ S, kurie yra labai toksiški.

Jei jis yra skystoje fazėje, jis gali sukelti rimtus nudegimus. Jei jis prarijo dideliais kiekiais jis gali sukelti H gamybą ₂ S žarnyne. Priešingu atveju tai nekelia jokios rizikos tiems, kurie tai kramto.

Apskritai siera yra saugus elementas, kuriam nereikia per daug atsargumo priemonių, išskyrus tai, kad jis būtų atokiau nuo ugnies ir stiprių oksidatorių.

Nuorodos

1. Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. (Ketvirtasis leidimas). Mc Graw Hill.
2. Laura Crapanzano. (2006). Sieros polimorfizmas: struktūriniai ir dinaminiai aspektai. Fizika .Universitetas Joseph-Fourier - Grenoblis I. Anglų kalba. fftel-00204149f
3. Vikipedija. (2019 m.). Sieros allotropai. Atkurta iš: en.wikipedia.org
4. „Meyer Beat“. (1976). Elementari siera. „Chemical Reviews“, 76 tomas, Nr. 3.
5. Dr Doug Stewart. (2019 m.). Sieros elemento faktai. Chemikolas. Atkurta iš: chemicool.com
6. Donaldas W. Davisas ir Randalas A. Detro. (2015). Sieros istorija. Gruzijos įlankos sieros korporacija. Atkurta iš: georgiagulfsulfur.com
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019 m. Sausio 11 d.). 10 įdomių sieros faktų. Atgauta iš: thinkco.com
8. Boone, C .; Obligacija, C .; Hallmanas, A .; Jenkins, J. (2017). Sieros bendrasis duomenų lapas; Nacionalinis pesticidų informacijos centras, Oregono valstybinio universiteto išplėtimo tarnybos. npic.orst.edu