До шостої групи періодичної системи Менделєєва Д. І., підгрупу кисню, входять кілька елементів, одержали назву халькогенов. До них відноситься і сірка. Вона поширена як у живій, так і неживій природі і зустрічається у вільному стані, а також у складі складних неорганічних і органічних речовин. У нашій статті ми вивчимо сполуки сірки та наведемо приклади їх застосування в промисловості.
Поширення сірки в природі
Елемент становить приблизно 0,05 маси земної кори. Просте речовина у вигляді самородної сірки добувають в Криму, Поволжя, державах Середньої Азії, а також в Італії та США. У складі з’єднань елемент зустрічається в гірських породах і мінералах: в залізному колчедане, кіноварі, свинцевому блиску і цинковій обманці. Як макроелементи молекули сірки входять в склад білків рослин, тварин і людини. У незначних кількостях сполуки сірки можна виявити в рідких природних вуглеводнях, наприклад, нафти.
Особливості будови атома
Хімічний символ елемента – S, він розташований в третьому періоді. Сірка є неметаллом, тобто є p-елементом. На останньому енергетичному рівні її атома знаходиться шість електронів. Вони утворюють дві електронні пари, а ще дві негативно заряджені частинки залишаються неспаренными. Такий стан атома є невозбужденным. Наприклад, хімічна сполука сірки – сірководень H2S, містить частку S, що має ступінь окислення -2. В інших речовинах, таких як діоксид сірки SO2, ступінь окиснення елемента дорівнює +4. У збудженому стані атома валентними стають всі шість електронів. Наприклад, сірчаної кислоти H2SO4 сірка буде мати ступінь окислення +6.
Фізична характеристика
Тверда речовина жовтого кольору, легко крошащееся при механічному ударі, не змочується водою – це сірка. У природі виявлено чотири її стійких ізотопу. Вона може розчинятися в анилине, сірковуглеці, погано проводить електричний струм і тепло. Розглянемо алотропні сполуки сірки. Хімія виділяється наступні їх види: ромбічна, пластична і моноклинная. Перша представлена кристалами у вигляді октаэдров, вона характерна для природного речовини. Температура плавлення – 113⁰, щільність становить 2,07 г/см3. Щоб отримати порцію моноклінної сірки, потрібно розплавити речовина, а потім повільно охолоджувати його. Утворюються кристали у вигляді голок, темно-жовтого кольору, що зберігають свої властивості (температура плавлення 119⁰, щільність – 1,96 г/см3) тільки при температурі, вище 96°.
Якщо ж речовина продовжує остигати, воно переходить в ромбічну модифікацію. Існує ще одна форма – аморфна, коричневого кольору, пластична сірка. Зовні вона дуже схожа на гуму, може приймати будь-яку форму і навіть розтягуватися у вигляді ниток. Отримують речовину, струменем виливаючи розплавлену сірку в холодну воду. Перебуваючи тривалий час на повітрі, вона твердне і втрачає пластичність, стаючи ромбічної форми. Для сірки характерно не тільки тверда або рідка фаза, але й газоподібний стан. Так, при температурі 444,6⁰ вона кипить і переходить в пар темно-коричневого кольору. При різкому його охолодженні з’являється сірчаний колір – порошок, що складається з лускатих дрібних кристалів сірки.
Будова молекули
Тверда ромбічна сірка має молекули, що складаються з восьми атомів. Вони з’єднані між собою ковалентными неполярними зв’язками, утворюючи кольцевидную структуру, яка в період нагрівання руйнується. Речовина буде мати вигляд обривків ланцюгів з частинками S, утворюється полімерна структура з властивостями гуми. Пари сірки можна представити як систему, в якій встановлюється хімічна рівновага між молекулами, що містять різну кількість атомів сірки: два, чотири, шість або вісім. Існування різних фізичних форм сірки можна пояснити будовою її молекул.
Кисневі сполуки сірки
Формула оксиду хімічного елемента S залежить від того, який ступінь окиснення має в ньому атом сірки. Наприклад, SO2 – це діоксид сірки, яка проявляє ступінь окислення +4. Це газоподібна речовина безбарвно і володіє різким задушливим запахом. Вже при температурі -10° воно переходить в рідку фазу. У хімічних процесах веде себе, як відновник. Сірчистий ангідрид отримують декількома способами, наприклад, спалюючи сірку:
S + O2 → SO2 + Q
Сірчистий газ можна добути в реакції міді з концентрованою сульфатною кислотою при нагріванні:
Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O
Промисловий спосіб одержання діоксиду сірки полягає в спалюванні піриту або інших сірковмісних мінералів, наприклад, свинцевого блиску чи цинкової обманки. З’єднання використовують як основна сировина у виробництві сульфатної кислоти.
Триокис сірки
Продовжуючи розглядати кисневі сполуки сірки, зупинимося на сірчаному ангідриду. Це рідина без кольору, при температурі нижче +17⁰ вона переходить у тверді кристали. Виявляє сильні гігроскопічні властивості, і, поглинаючи пари води, перетворюється в сірчану кислоту:
SO3 + H2O → H2SO4
Зберігають сірчаний ангідрид в герметично закритих ємностях, зазвичай це – запаяні колби. Речовина має властивості кислотного оксиду і є проміжним продуктом в сульфатно виробництві.
Сірководень і солі сульфідної кислоти
До складу компонентів вулканічних газів і мінеральних джерел часто входять молекули H2S. Водневе з’єднання сірки – сірководень – газ із запахом тухлих яєць, отруйний, добре розчинний у воді. Він є продуктом розпаду білкових речовин, присутніх в рослинних і тваринних організмах. Газ отримують у лабораторії під витяжкою з водню і сірки, нагріваючи суміш вихідних реагентів. Більш поширеним способом отримання сірководню в лабораторних умовах є дія розведеною хлоридною або сульфатної кислоти на сульфід заліза.
У виробничих технологіях, що йдуть з утворенням сірководню, необхідно дотримувати правила техніки безпеки. Концентрація газу в цеху чи іншому приміщенні не повинна перевищувати 0,01 в 1 л повітря, так як речовина руйнує, насамперед, нервову систему людини. Розчин сірководню у воді називають сульфідної кислотою, вона є слабким електролітом і утворює два типи солей: сульфіди і гидросульфиды. Сполуки сірки, до складу яких входять атоми лужних і лужноземельних металів, а також практично всі кислі солі, добре розчинні у воді. Щоб визначити присутність у розчині вільних іонів S2-, проводять якісну реакцію з розчинними солями, що містять іон свинцю. Випадання осаду сульфіду свинцю чорного кольору вказує на те, що досліджувана речовина є сульфідної кислотою або її сіллю.
Отримують сульфіди, пропускаючи H2S через розчин сульфату відповідного металу. Більшість середніх солей мають характерну забарвлення: наприклад, сульфід марганцю – рожеву, солі свинцю або міді – чорну, сульфід кадмію – жовту. Ця особливість використовується в аналітичній хімії для аналізу катіонів.
Сульфатна кислота
Яке з’єднання сірки є найбільш важливим в хімії? Звичайно ж, це сульфатна кислота. Вона є багато тоннажным продуктом хімічного виробництва і затребувана в більшості сфер людської діяльності. Сірчану кислоту застосовують при очищенні нафтопродуктів, у виробництві мінеральних добрив, пластмас, барвників, лікарських засобів, а також в сільському господарстві. Технологія отримання H2SO4 складається з трьох стадій: отримання діоксиду сірки випалюванням піриту, окислення його до сірчаного ангідриду, поглинання його концентрованою сірчаною кислотою і освіта олеуму. Його розбавляють водою і отримують сульфатну кислоту заданої концентрації. Зберігають її в спеціальних сталевих цистернах, які можна перевозити до місця подальшого використання.
