SÍRA: HISTORIE, VLASTNOSTI, STRUKTURA, ZÍSKÁVÁNÍ, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Síry je nekovový prvek vedení, pod kyslíku, skupina chalkogeny periodické tabulky. Konkrétně se nachází ve skupině 16 s periodou 3 a je reprezentován chemickým symbolem S. Z jeho přirozených izotopů je ³² S zdaleka nejhojnější (asi 94% všech atomů síry).

Je to jeden z nejhojnějších prvků na Zemi, který tvoří asi 3% jeho celkové hmotnosti. Jinými slovy, pokud by byla přijata veškerá síra na planetě, mohly by být postaveny dva žluté měsíce; místo jednoho by existovaly tři satelity. Může přijmout různé oxidační stavy (+2, -2, +4 a +6), takže její soli jsou četné a obohacují zemskou kůru a jádro.

Krystaly síry. Zdroj: Pixabay.

Síra je synonymem pro žluté, zápach a peklo. Hlavním důvodem špatných zápachů jsou jeho odvozené sloučeniny; zejména sodovky a organické. Zbytek jsou její minerály pevné a mají barvy, mezi něž patří žlutá, šedá, černá a bílá.

Je to jeden z prvků, který nejvíce představuje velké množství allotropů. To může být zjištěno jako malé, diskrétní molekul S ₂ a S ₃; jako kruhy nebo cykly, protože jsou ortorombická a monoklinická síra S ₈ nejstabilnější a nejhojnější ze všech; a jako spirálové řetězy.

To se nachází nejen v zemské kůře ve formě minerálů, ale také v biologických matricích našich těl. Například je to v aminokyselinách cystin, cystein a methionin, v bílkovinách železa, keratinu a v některých vitaminech. Vyskytuje se také v česneku, grapefruitu, cibuli, zelí, brokolici a květáku.

Chemicky je to měkký prvek a v nepřítomnosti kyslíku tvoří sirné minerály a sírany. Hoří modře plamenem a může se objevit jako amorfní nebo krystalická pevná látka.

Přestože je nezbytný pro syntézu kyseliny sírové, vysoce korozivní látky a má nepříjemný zápach, je ve skutečnosti benigním prvkem. Síra může být skladována v jakémkoli prostoru bez větších bezpečnostních opatření, pokud nedojde k požáru.

Historie síry

V Bibli

Síra je jedním z nejstarších prvků v historii lidstva; natolik, že jeho objev je nejistý a není známo, která ze starověkých civilizací ho použila poprvé (4000 let před Kristem). Na samých stránkách bible se nachází doprovod pekla a pekla.

Předpokládá se, že zápach síry z pekla má co do činění s vulkanickými erupcemi. Jeho první objevitel musel určitě narazit na doly tohoto prvku, jako jsou prachové půdy nebo žluté krystaly v blízkosti sopky.

Starověk

Tato nažloutlá pevná látka brzy prokázala pozoruhodné léčivé účinky. Například Egypťané používali síru k léčbě zánětu víček. Také zmírnilo svrab a akné, což je aplikace, kterou lze dnes vidět v sirných mýdlech a dalších dermatologických předmětech.

Římané použili tento prvek ve svých rituálech jako fumigant a bělidlo. Když hoří, uvolňuje SO ₂, plyn, který zaplavil místnosti, mísil se s vlhkostí a poskytoval antibakteriální prostředí schopné zabíjet hmyz.

Římané, stejně jako Řekové, objevili vysokou hořlavost síry, proto se stala synonymem pro oheň. Barva jeho namodralých plamenů musela osvětlit římské cirkusy. Věří se, že Řekové použili tento prvek k vytvoření zápalných zbraní.

Číňané se dozvěděli, že smícháním síry s ledničkou (KNO ₃) a uhlí vytvořili materiál černý prášek, který nastolil historický obrat, a který vzbudil velké nároky a zájem o tento minerál v tehdejších zemích.

Moderní doba

Jako by střelný prach nebyl dostatečným důvodem pro touhu po síře, brzy se objevila kyselina sírová a její průmyslové aplikace. A s tyčinkou kyseliny sírové bylo měřeno množství bohatství nebo prosperity země ve vztahu k její úrovni spotřeby této sloučeniny.

Až v roce 1789 byl brilantní chemik Antoine Lavoisier schopen rozpoznat síru a klasifikovat ji jako prvek. V roce 1823 německý chemik Eilhard Mitscherlich zjistil, že síra může převážně krystalizovat dvěma způsoby: rhombohedrální a monoklinickou.

Historie síry sledovala stejný průběh jejích sloučenin a aplikací. S obrovským průmyslovým významem kyseliny sírové byla doprovázena vulkanizací kaučuků, syntézou penicilinu, těžbou dolů, rafinací ropy bohaté na síru, výživou půdy atd.

Vlastnosti

Fyzický vzhled

Křehká pevná látka v práškové nebo krystalické formě. Její barva je matná, citronově žlutá, je bez chuti a bez zápachu.

Tekutý vzhled

Kapalná síra je jedinečná v tom, že její počáteční žlutá barva zčervenává a zesiluje a ztmavne, pokud je vystavena vysokým teplotám. Když hoří, vyzařuje jasně modré plameny.

Molární hmotnost

32 g / mol.

Bod tání

115,21 ° C

Bod varu

445 ° C

bod vznícení

160 ° C

Teplota samovznícení

232 ° C

Hustota

2,1 g / ml. Jiné allotropy však mohou být méně husté.

Molární tepelná kapacita

22,75 J / mol K

Kovalentní poloměr

105 ± 3 pm.

Elektronegativita

2,58 v Paulingově stupnici.

Polarita

SS vazby jsou nepolární, protože oba atomy síry mají stejnou elektronegativitu. Toto dělá všechny jeho allotropes, cyklický nebo řetěz-formoval, nepolární; a proto jsou jeho interakce s vodou neúčinné a nelze v něm rozpustit.

Síra však může být rozpuštěna v nepolárních rozpouštědlech, jako je sulfid uhličitý, CS ₂, a aromatických látkách (benzen, toluen, xylen atd.).

Ion

Síra může tvořit různé ionty, obvykle anionty. Nejznámější ze všech je síra, S ^2-. S ² se vyznačuje tím, že objemná a má měkkou Lewisovu bázi.

Protože je to měkká báze, teorie uvádí, že bude mít tendenci tvořit sloučeniny s měkkými kyselinami; jako jsou kationty přechodných kovů, včetně Fe ²⁺, Pb ²⁺ a Cu ²⁺.

Struktura a elektronická konfigurace

Koruna síry

Molekula S8, nejstabilnější a nejhojnější allotrope síry. Zdroj: Benjah-bmm27.

Síra se může vyskytovat v celé řadě allotropů; a tyto zase mají krystalické struktury, které jsou modifikovány za různých tlaků a / nebo teplot. Síra je tedy prvkem bohatým na allotropy a polymorfy a studium jejích pevných struktur představuje nekonečný zdroj teoreticko-experimentální práce.

Proč taková strukturální složitost? Nejprve jsou kovalentní vazby v síře (SS) velmi silné, překonávají se pouze vazby uhlíku, CC a vodíku, HH.

Síra, na rozdíl od uhlíku, nemá tendenci tvořit čtyřstěnu, ale bumerangy; že se svými úhly se ohýbají a krouží, aby stabilizovaly řetězce síry. Nejznámějším prstenem ze všech, představujícím také nejstabilnější allotrope síry, je S ₈, „síra koruna“ (horní obrázek).

Všimněte si, že všechny spoje SS v S ₈ vypadají jako jednotlivé bumerangy, což má za následek prsten s záhybem a není vůbec plochý. Tyto korunky S _{8 se} vzájemně ovlivňují londýnskými silami a orientují se tak, že vytvářejí strukturální vzory, které definují ortorombický krystal; nazývá se S ₈ α (S-α, nebo jednoduše ortorombická síra).

Polymorfy

Sírová koruna je jedním z mnoha allotropů pro tento prvek. S ₈ α je polymorf tohoto koruny. K dispozici jsou dva další (mezi nejdůležitější) nazývají S ₈ β a S ₈ γ (S-β a S-γ, v tomto pořadí). Obě polymorfy krystalizovat do monoklinické struktur, s S ₈ γ hustší (gama síra).

Všechny tři jsou žluté pevné látky. Jak ale získáváte každý polymorf samostatně?

S ₈ β se připravuje zahříváním S ₈ alfa až 93 ° C, pak umožňuje jeho pomalé chlazení zpomalit přechodu zpět na kosočtverečné fáze (a). A S ₈ γ, na druhé straně, se získá, když S ₈ alfa taje při teplotě 150 ° C, opět umožňuje, že se pomalu vychladnout; je to nejhustší z polymorfů sírové koruny.

Ostatní cyklické allotropy

Koruna S ₈ není jediným cyklickým allotropem. Existují i jiné, například S ₄, S ₅ (podobně jako cyklopentan), S ₆ (zástupci šestiúhelníku, jako je cyklohexan), S ₇, S ₉, a S _10-20; to znamená, že mohou existovat kruhy nebo cykly obsahující od deseti do dvaceti atomů síry.

Každá z nich představuje různé cyklické allotropy síry; a naopak, aby to zdůraznili, mají různé polymorfy nebo polymorfní struktury, které závisí na tlaku a teplotě.

Například S ₇ má až čtyř známých polymorfních forem: a, p, y, a delta. Členy nebo koruny vyšších molekulárních hmot jsou produkty organické syntézy a v přírodě převládají.

Sírové řetězce

Síra řetězec. Zdroj: OpenStax

Jak více atomů síry je včleněno do struktury, jejich tendence k kruhu klesá a řetězce síry zůstanou otevřené a adoptují spirálové konformace (jako by to byly spirály nebo šrouby).

A tak se objevuje další objemná rodina sirných allotropů, která se neskládá z kruhů nebo cyklů, ale z řetězců (jako je ten na obrázku výše).

Když se tyto SS řetězce rovnají paralelně v krystalu, zachycují nečistoty a nakonec definují vláknitou pevnou látku nazývanou vláknitá síra nebo S-ψ. Pokud mezi těmito paralelními řetězci existují kovalentní vazby, které je spojují (jak se děje při vulkanizaci pryže), máme laminární síru.

Když se síra S ₈ roztaví, získá se nažloutlá kapalná fáze, která může ztmavnout, pokud se teplota zvýší. Je to proto, že SS vazby jsou přerušené, a proto dochází k procesu tepelné depolymerace.

Tato kapalina po ochlazení vykazuje plastické a potom sklovité vlastnosti; to znamená, že se získá skelná a amorfní síra (S-χ). Jeho složení se skládá z kruhů a sírových řetězců.

A když se získá směs vláknitého a laminárního allotropu z amorfní síry, vytvoří se Crystex, komerční produkt používaný pro vulkanizaci kaučuku.

Malé allotropes

Ačkoli jsou ponechány poslední, nejsou o nic méně důležité (nebo zajímavé) než alotropy vyšších molekulárních hmot. S ₂ a S ₃ molekuly jsou sířené verze O ₂ a O ₃. V prvním jsou dva atomy síry spojeny dvojnou vazbou, S = S, a ve druhém jsou tři atomy s rezonanční strukturou, S = SS.

Oba S ₂ a S ₃ jsou plynné. S ₃ vykazuje třešňově červenou barvu. Oba mají dostatek bibliografických materiálů, aby každý obsahoval samostatný článek.

Elektronická konfigurace

Elektronová konfigurace atomu síry je:

3s ² 3p ⁴

To může získat dva elektrony dokončit jeho valence oktet, a tak mít oxidační stav -2. Podobně může ztratit elektrony, počínaje dvěma ve svých 3p orbitálech, oxidační stav je +2; Pokud ztratíte další dva elektrony, jejich 3p orbitaly jsou prázdné, váš oxidační stav bude +4; a pokud ztratíte všechny elektrony, bude to +6.

Získání

Mineralogické

Síra je součástí mnoha minerálů. Mezi ně patří pyrit (FeS ₂), galena (PbS), covellit (CuS) a další sulfátové a sulfidové minerály. Jejich zpracováním lze extrahovat nejen kovy, ale také síru po řadě redukčních reakcí.

Lze jej také získat čistým způsobem ve sopečných průduchech, kde se při stoupající teplotě roztavuje a rozlévá dolů; A pokud to vznítí, bude to vypadat jako namodralá láva v noci. Skrze náročnou práci a namáhavou fyzickou práci může být síra sklizena stejně jako tomu bylo na Sicílii docela často.

Síra se také nachází v podzemních dolech, které jsou určeny k čerpání přehřáté vody, aby se roztavila a přesunula na povrch. Tento proces získávání je znám jako Fraschův proces, který se v současné době málo používá.

Olej

Dnes většina síry pochází z ropného průmyslu, protože její organické sloučeniny jsou součástí složení ropy a jejích rafinovaných derivátů.

Pokud je surový nebo rafinovaný produkt je bohatý na síru a podstupuje odsíření, bude se uvolňují velké H ₂ S (páchnoucí plyn, který voní jako zkažených vajec):

RSR + 2 H ₂ → 2 RH + H ₂ S

H ₂ S je pak chemicky zpracuje v procesu Clauss, shrnout následující chemické rovnice:

3 O ₂ + 2 H ₂ S → 2 SO ₂ + 2 H ₂ O

SO ₂ + 2 H ₂ S → 3S + 2 H ₂ O

Aplikace

Některá z použití pro síru jsou uvedena níže a obecně:

- Je to zásadní prvek pro rostliny i zvířata. Je dokonce přítomen ve dvou aminokyselinách: cystein a methionin.

- Je to surovina pro kyselinu sírovou, sloučenina podílející se na přípravě nespočetných komerčních produktů.

- Ve farmaceutickém průmyslu se používá pro syntézu derivátů síry, přičemž z těchto příkladů je nejznámější penicilin.

- Umožňuje vulkanizaci kaučuků propojením polymerních řetězců s SS vazbami.

- Díky své žluté barvě a směsím s jinými kovy je v pigmentovém průmyslu žádoucí.

- Ve směsi s anorganickou matricí, jako je písek a horniny, je připraven asfaltový beton a síra nahradit bitumen.

Rizika a bezpečnostní opatření

Síra sama o sobě je neškodná, netoxická látka a nepředstavuje žádná potenciální rizika, pokud nereaguje na jiné sloučeniny. Jeho sulfátové soli nejsou nebezpečné a lze s nimi zacházet bez zásadních opatření. To není případ, nicméně, se svými plynné deriváty: SO ₂ a H ₂ S, a to jak vysoce toxické.

Pokud je v kapalné fázi, může způsobit vážné popáleniny. Pokud je požití ve velkém množství, může vyvolat tvorbu H ₂ S ve střevech. Jinak nepředstavuje žádné riziko pro ty, kteří ji žvýkají.

Obecně je síra bezpečným prvkem, který nevyžaduje příliš mnoho preventivních opatření, kromě toho, že ji chrání před ohněm a silnými oxidačními činidly.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
2. Laura Crapanzano. (2006). Polymorfismus síry: strukturální a dynamické aspekty. Fyzika. Univerzita Joseph-Fourier - Grenoble I. Angličtina. fftel-00204149f
3. Wikipedia. (2019). Allotropy síry. Obnoveno z: en.wikipedia.org
4. Meyer Beat. (1976). Elementární síra. Chemical Reviews, svazek 76, č. 3.
5. Dr. Doug Stewart. (2019). Fakta o síře. Chemicool. Obnoveno z: chemicool.com
6. Donald W. Davis a Randall A. Detro. (2015). Historie síry. Corporation v Georgii v Perském zálivu. Obnoveno z: georgiagulfulfur.com
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11. ledna 2019). 10 Zajímavá fakta o síře. Obnoveno z: thinkco.com
8. Boone, C.; Bond, C.; Hallman, A; Jenkins, J. (2017). Souhrnný přehled síry; Národní informační centrum pro pesticidy, Oregonské státní univerzitní rozšiřovací služby. npic.orst.edu