Сірка

Сірка (Сульфур)(S)
Атомний номер	16
Зовнішній вигляд простої речовини	світло-жовта, в чистому вигляді без запаху
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)	32,066 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома	127 пм
Енергія іонізації (перший електрон)	999,0(10,35) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація	[Ne] 3s2 3p4
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	102 пм
Радіус іона	30 (+6e) 184 (-2e) пм
Електронегативність (за Полінгом)	2,58
Електродний потенціал	0
Ступені окиснення	6, 4, 2, -2
Термодинамічні властивості
Густина	2,070 г/см³
Молярна теплоємність	0,732 Дж/(К·моль)
Теплопровідність	0,27 Вт/(м·К)
Температура плавлення	388.36 К
Теплота плавлення	1,23 кДж/моль
Температура кипіння	717,824 К
Теплота випаровування	10,5 кДж/моль
Молярний об'єм	15,5 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки	орторомбічна
Період ґратки	10,470 Å
Відношення с/а	n/a
Температура Дебая	n/a К
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 Nh Fl Mc Lv Ts Og * 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
Сірка на Вікісховищі

Су́льфур (S) — хімічний елемент групи 16 періодичної системи елементів з атомним номером 16, проста речовина якого сірка — неметал, жовта кристалічна речовина. 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. Сульфур виконує важливу роль у складі білків.

Історія

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

Загальна характеристика

Сульфур має атомну масу 32,06. У природі існує 4 стабільних ізотопи з масовими числами 32-34 і 36. Науковцям вдалось отримати нестабільні ізотопи сульфуру з атомною масою 49.

Сульфур належить до халькогенів, за новою класифікацією до 16-ї, 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, t_плав = 112,8^оС, t_кип = 444,6^оС. 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

Сульфур — досить поширений елемент, на нього припадає близько 0,1 % маси земної кори. Середній вміст Сульфуру 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 Сульфуру 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

Кристали сірки.

Кристали сірки.

Сірка — кристалічна речовина жовтого кольору. Вона дуже крихка і легко розтирається в дрібнесенький порошок. Густина 2070 кг/м³. t_плав = 112,8^оС, t_кип = 444,6^оС. 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, t_плав = 112,8 °C, стійка до 95,6 °C, лимонно-жовта;
• β-S кристалічна модифікація, t_плав = 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

Маючи в зовнішньому шарі шість електронів: (+ 16), 2,8,6 — атоми Сульфуру 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 = S^2-. Але Сульфур — 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 Сульфур може проявляти властивості і відновника: S⁰ — 6e = S⁶⁺ або S⁰ — 4e = S⁴⁺. Відновні властивості Сульфуру виявляються при взаємодії з сильнішим від нього окисником, тобто з речовинами, атоми яких мають більшу спорідненість до електрона.

Сульфур 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 S^2- 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 Сульфур — відновником. У першій реакції атом Сульфуру втрачає чотири, а в другій — шість валентних електронів, внаслідок чого Сульфур у сполуці SO₂ позитивно чотиривалентний, а в SO₃ — позитивно шестивалентний.

Сполуки Сульфуру

Органічні похідні

Головними класами органічних похідних Сульфуру є:

тіоли RSH, (їх ще називають меркаптанами),

тіоетери R-S-R',

сульфоксиди R-S(=O)-R',

похідні сульфатної кислоти R-O-SO2-O-R',

сірковмісні гетероциклічні сполуки.

• Приклади органічних сполук сірки
• 

  (R)-Цистеїн, амінокислота що містить тіольну групу

• 

  Метіонін, амінокислота що містить тіоетерну групу

• 

  Дифеніл дисульфід, типова сполку з дисульфідним зв'язком

• 

  Додецилсульфат натрію, детергент, що застосовується в багатьох мийних засобах

• 

  Диметилсульфат, сильно канцерогенний метилюючий агент, приклад диестеру сульфурної кислоти

• 

  Тозилхлорид, приклад сульфонілхлориду

• 

  Диметилсульфоксид, полярний апротонний розчинник, приклад сульфоксиду

• 

  Дибензотіофен, компонент сирої нафти, приклад сірковмісної ароматичної гетероциклічної сполуки

• 

  Пеніцилін, антибіотик, приклад сірковмісної аліфатичної гетероциклічної сполуки

• 

  Етантіол, сильнопахнуча речовина яку додають в природний газ для створення запаху

Сульфур входить до складу білків, сірковмісних амінокислот (цистеїн, цистин, метионін), є складовою частиною сульфгідрильних груп ($HS-$), гормонів (інсулін), вітамінів (вітамін В1). Багато сірки у каротині волосся, шерсті, кістках, нервовій тканині тощо. У організмі сірка окислюється із утворенням ендогенної сірчастої кислоти, яка бере участь у нейтралізації отруйних сполук, які утворюються у кишечнику з амінокислот (фенол, крезол, скатол, індол), а також чужерідних сполук, наприклад лікрських препаратів. Тіоли $R-SH$ проявляють захисні властивості відносно окисників й активних радикалів. При м'якому окисленні тіолів відбувається утворення дисульфідів:

Цистеїнвмісткі білки утворюють дисульфідні зв'язки, внаслідок чого змінюються їх конформація та біологічна функція. Для захисту таких білків у організмі існують та звані тіолові протектори: глутатіон $(G-SH)-$трипептид, який містить цистеїн, і дигідроліпоєва кислота. Окислюючись самі, вони захищають від окислення білків, тобто "беруть удар" на себе. Оскільки процес окислення є зворотним, то у організмі підтримується тіол-дисульфідна рівновага, яка дозволяє регулювати активність ферментів, гормонів та згортання крові, проникність мембран. Тіолові протектори захищають організм від радіаційного ураження. Тіоли є також нуклеофільними реагентами, завдяки високій поляризовуваності сірки, тому у організмі вони активно взаємодіють із алкілуючими реагентами, у тому числі й з отруйними речовинами, нейтралізуючи їх дію.

Внаслідо великої спорідненості йонів срібла $Ag^{+}$ до тіолових груп, нітрат срібла використовують у титриметричному аналізі для якісного визначення $SH-$груп, що дозволяє оцінювати буферну ємність антиоксидантної системи організму.

При процесах нагноєння рослинних й білкових речовин під дією мікроорганізмів утворюється сполука сірки - сірководень, який має запах гниючого білка й є дуже токсичним, оскільки є інгібітором ферменту цитохромоксидази (який переносить електрони у дихальному ланцюгу, зв'язуючи йони міді у її складі). Він блокує перенесення електронів з цитрохромоксидази на кисень. При вмісті у повітрі $6\cdot 10^{-3}$ мг/л сірководню виникають головний біль, біль у очах, а при вмісті 1 мг/л - судоми, втрата свідомості й параліч дихання.

Одержання

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 атмосфер. 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.

Схематична структура виробництва-споживання сірки і сірчаної кислоти

Застосування

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 дезінфекційний засіб у тваринництві).

Технічна сірка, що застосовується для виробництва сірчаної кислоти, повинна містити не менше 95 % Сульфуру, 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 дезінфекції 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 зі шкідниками бавовнику й виноградної лози.

Вплив на людину

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

Див. також

• Передкарпатський сірконосний басейн
• Розицькіт
• Сірка у вугіллі
• Сірка (мінерал)
• Добування сірки в кратері вулкана(рос.)
• Сірчані руди
• Сірчана промисловість

Література

• 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 : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2004—2013.
• Деркач Ф. А. Хімія. — Львів : Львівський університет, 1968. — 312 с.

Посилання

• СІРКА //Фармацевтична енциклопедія
• Сірка // Українська мала енциклопедія : 16 кн. : у 8 т. / проф. Є. Онацький. — Накладом Адміністратури УАПЦ в Аргентині. — Буенос-Айрес, 1965. — Т. 7, кн. XIV : Літери Сен — Сті. — С. 1748. — 1000 екз.