Сірка

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
{{{1}}}
Атомний номер {{{2}}}
Зовнішній вигляд
простої речовини
{{{3}}}
Властивості атома
Атомна маса
(молярна маса)
{{{4}}} а.о.м. (г/моль)
Радіус атома {{{5}}} пм
Енергія іонізації
(перший електрон)
{{{6}}} кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація {{{7}}}
Хімічні властивості
Ковалентний радіус {{{8}}} пм
Радіус іона {{{9}}} пм
Електронегативність
(за Полінгом)
{{{10}}}
Електродний потенціал {{{11}}}
Ступені окиснення {{{12}}}
Термодинамічні властивості
Густина {{{13}}} г/см³
Питома теплоємність {{{14}}} Дж/(K моль)
Теплопровідність {{{15}}} Вт/(м К)
Температура плавлення {{{16}}} K
Теплота плавлення {{{17}}} кДж/моль
Температура кипіння {{{18}}} K
Теплота випаровування {{{19}}} кДж/моль
Молярний об'єм {{{20}}} см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки {{{21}}}
Період ґратки {{{22}}} Å
Відношення c/a {{{23}}}
Температура Дебая {{{24}}} K
Періодична система елементів
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Су́льфур (S) — хімічний елемент групи 16 періодичної системи елементів з атомним номером 16, проста речовина якого сірка — неметал, жовта кристалічна субстанція. Зустрічається в природі у самородному стані та у вигляді сульфідів важких металів (піриту та інших). Сірку застосовують переважно у хімічній промисловості для виробництва сірчаної кислоти, синтетичного волокна, сірчистих барвників, димного пороху, у ґумовій промисловості, також у сільському господарстві, фармацевтиці тощо.

Завдяки здатності створювати дисульфідні зв'язки Сулфур виконує важливу роль у складі білків.

Історія[ред.ред. код]

Елементарну природу сірки встановив Антуан Лавуазьє в своїх дослідах зі спалювання.

Загальна характеристика[ред.ред. код]

Сульфур має атомну масу 32,06. У природі існує 4 стабільних ізотопи з масовими числами 32-34 і 36. Сулфур належить до халькогенів, за новою класифікацією до 16-ої, а за старою до VI групи елементів періодичної таблиці. Сірка є неметалом.

Відомі кілька алотропних форм сірки. За звичайних умов стабільною є ромбічна сірка – блідо-жовтого кольору, з густиною 2070 кг/м3, tплав = 112,8оС, tкип = 444,6оС. У всіх рідких і твердих станах сірка діамагнітна. Термодинамічні та інші властивості сірки різко змінюються при 160 °C, що пов'язано зі зміною молекулярної будови рідкої сірки. В’язкість сірки з підвищенням температури сильно зростає (від 0,0065 Па•с при 155 °C до 93,3 Па•с при 187 °C), а потім падає (до 0,083 Па•с при 444,6 °C).

Сірка реагує майже з усіма металами.

Поширення в природі[ред.ред. код]

Сульфур — досить поширений елемент, на нього припадає близько 0,1% маси земної кори. Середній вміст Сулфуру в земній корі 4,7•10-2 мас.%, при цьому основна кількість природної сірки зосереджена в осадових гірських породах (0,3 мас.%). У інших гірських породах середній вміст сірки такий: дуніти, перидотити, піроксеніти – 0,01%; базальти, габронорити, діабази – 0,03%; діорити, андезити – 0,02%.

В природі сірка зустрічається як у вільному стані — так звана самородна сірка, але значно частіше вона зустрічається в зв'язаному вигляді, тобто у вигляді різних сполук. Найважливіші з них — залізний колчедан, або пірит FeS2, цинкова обманка ZnS, свинцевий блиск PbS, мідний блиск Cu2S, гіпс CaSO4 · 2H2O, мірабіліт Na2SO4 · 10H2O тощо.

Сірка міститься в кам'яному вугіллі і нафті, а також в усіх рослинних і тваринних організмах, оскільки вона входить до складу білків.

Вміст Сулфуру в нафті і природному газі оцінюється в 2•109 т, тобто більше, ніж запаси природної сірки. Сірка в нафті присутня у різній формі, від елементної сірки і сірководню до сірчистої органіки, що включає понад 120 сполук. Основні сірковмісні речовини вуглеводневої сировини – сірководень, меркаптани та інші сіркоорганічні сполуки. Сировинною базою для одержання сірки є, як правило, гази з вмістом сірководню не менше 0,1%.

Звичайно самородна сірка зустрічається суцільною масою, заповнюючи тріщини і порожнини в гірських породах, або у вигляді натічних, кулястих і гніздоподібних аґреґатів, сталактитів, сталагмітів, нальотів, вицвітів, землистих порошкуватих скупчень. Нерідко вона утворює кристали, які часто згруповуються в зростки, друзи, щітки.

Див. також Родовища самородної сірки.

Сірка самородна
Сірка самородна

Фізичні властивості[ред.ред. код]

Кристали сірки.
Кристали сірки.

Сірка — кристалічна речовина жовтого кольору. Вона дуже крихка і легко розтирається в дрібнесенький порошок. Густина 2070 кг/м3. tплав = 112,8оС, tкип = 444,6оС. У всіх рідких і твердих станах сірка діамагнітна.

Зустрічається в трьох алотропних формах: дві кристалічні (ромбічна і моноклінна, за способом сполучення атомів у кристалі) і аморфна.

  • α-S (ромбічна) кристалічна модифікація, tплав = 112,8 °C, стійка до 95,6 °C, лимонно-жовта;
  • β-S кристалічна модифікація, tплав = 119 °C, стійка при 95,6-119 °C, медово-жовта. До 160 °C молекули 8-атомні, в парах – 2-атомні (парамагнітна сірка), 4-, 6-, і 8-атомні.
  • Вище 160 °C утворюються спіральні ланцюги μ-S пластичної сірки.

Електричного струму і тепла сірка майже не проводить. Пари сірки при дуже швидкому охолодженні переходять у твердий стан у вигляді дуже тонкого порошку (сіркового цвіту), минаючи рідкий стан. У воді сірка не розчиняється і не змочується водою, але в бензолі C6H6 і особливо в сірковуглеці CS2 розчиняється добре.

Хімічні властивості[ред.ред. код]

Маючи в зовнішньому шарі шість електронів: (+ 16), 2,8,6 — атоми Сулфуру проявляють властивості окисника і, приєднуючи від атомів інших елементів два електрони, яких їм не вистачає до повністю заповненої зовнішньої оболонки, перетворюються в негативно двовалентні іони: S0 + 2е = S2-. Але Сулфур — менш активний окисник, ніж Оксиген, оскільки його валентні електрони віддаленіші від ядра атома і слабіше з ним зв'язані, ніж валентні електрони атомів Оксигену. На відміну від Оксигену Сулфур може проявляти властивості і відновника: S0 — 6e = S6+ або S0 — 4e = S4+. Відновні властивості Сулфуру виявляються при взаємодії з сильнішим від нього окисником, тобто з речовинами, атоми яких мають більшу спорідненість до електрона.

Сулфур може безпосередньо реагувати майже з усіма металами (за винятком благородних), але переважно при нагріванні. Так, якщо суміш порошків сірки й заліза нагріти хоч в одному місці, щоб почалася реакція, то далі вся суміш сама собою розжариться (за рахунок теплоти реакції) і перетвориться в чорну крихку речовину — моносульфід заліза:

Fe + S = FeS

Суміш порошків сірки й цинку при підпаленні реагує дуже бурхливо, зі спалахом. Внаслідок реакції утворюється сульфід цинку:

Zn + S = ZnS

Із ртуттю сірка реагує навіть при звичайній температурі. Так, при розтиранні ртуті з порошком сірки виникає чорна речовина — сульфід ртуті:

Hg + S = HgS

При високій температурі сірка реагує також з воднем з утворенням сірководню:

H2 + S = H2S.

При взаємодії з металами і воднем сірка відіграє роль окисника, а сама відновлюється до іонів S2- Тому в усіх сульфідах сірка негативно двовалентна. Сірка порівняно легко реагує і з киснем. Так, підпалена сірка горить на повітрі з утворенням діоксиду сірки SO2 (сульфітного ангідриду) і в дуже незначній кількості триоксиду сірки SO3 (сульфатного ангідриду).

  • S + O2 = SO2
  • 2S + 3O2 = 2SO3

При цьому окисником є Оксиген, а Сулфур — відновником. У першій реакції атом Сулфуру втрачає чотири, а в другій — шість валентних електронів, внаслідок чого Сулфур у сполуці SO2 позитивно чотиривалентний, а в SO3 — позитивно шестивалентний.

Одержання[ред.ред. код]

Сірку одержують з самородних руд, а також у вигляді побічного продукту при переробці поліметалічних руд, з сульфатів при їх комплексній переробці, з природних газів і горючих копалин при їх очищенні. Частка сірки отримана з сірководню зростає. Для відокремлення сірки від сторонніх домішок її виплавляють в автоклавах. Автоклави — це залізні циліндри, в які завантажують руду і нагрівають перегрітим водяним паром до 150°С під тиском 6 атм.. Розплавлена сірка стікає вниз, а пуста порода залишається. Виплавлена з руди сірка ще містить певну кількість домішок.

Цілком чисту сірку одержують перегонкою у спеціальних печах, сполучених з великими камерами. Пари сірки в холодній камері відразу переходять в твердий стан і осідають на стінках у вигляді дуже тонкого порошку ясно-жовтого кольору. Коли ж камера нагрівається до 120°С, то пари сірки перетворюються в рідину. Розплавлену сірку розливають у дерев'яні циліндричні форми, де вона і застигає. Таку сірку називають черенковою.

Застосування[ред.ред. код]

Сірка широко застосовується у різних галузях народного господарства, переважно у хімічній промисловості для виробництва сірчаної кислоти H2SO4 (майже половина сірки, що добувається в світі), сірковуглецю CS2, деяких барвників, і інших хімічних продуктів. Значні кількості сірки споживає гумова промисловість для вулканізації каучуку, тобто для перетворення каучуку в гуму.

Сірку використовують у хімічній промисловості при виробництві фосфорної, соляної та інших кислот, в ґумовій промисловості, виробництві барвників, димного пороху тощо. Самородну сірку використовують у сільському господарстві (інсектициди, мікродобрива, як дезинфекційний засіб у тваринництві).

Технічна сірка, що застосовується для виробництва сірчаної кислоти, повинна містити не менше 95% Сулфуру, Арсену і Селену не повинно бути зовсім, а вміст органічних речовин не повинен перевищувати 1%. Виробництво штучного волокна (віскози) в хімічній промисловості є іншим споживачем сірки. У сільському господарстві сірку застосовують як засіб боротьби з шкідниками, частково як добриво, для дезинфекції при лікуванні тварин. У паперовому виробництві сірку у вигляді SО2 використовують при обробці деревної маси (бісульфатний метод). Сірка використовується при вулканізації ґуми, у скляній, шкіряній промисловості. Незначні кількості сірки високої чистоти використовуються в хіміко-фармацевтичній промисловості. Сірку використовують також для виробництва ультрамарину. Текстильна, харчова, крохмальна і патокова галузі промисловості застосовують сірку або її сполуки для вибілювання і прояснення, при консервації фруктів, в холодильній справі.

Сірку використовують також у сірниковому виробництві, в піротехніці, у виробництві чорного пороху тощо. У медицині сірка йде для виготовлення сіркової мазі при лікуванні шкіряних хвороб. У сільському господарстві сірковий цвіт застосовують для боротьби з шкідниками бавовнику і виноградної лози.

Вплив на людину[ред.ред. код]

Сірчаний пил подразнює органи дихання, слизові оболонки. ГДК – 2 мг/м. куб.

Див. також[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]

  • Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім.. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
  • Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.
  • Ф. А. Деркач «Хімія» Л. 1968.