Siarka
16 S Układ okresowy pierwiastków
Siarka Siarka
Dane ogólne
Nazwa, symbol, l.a.	Siarka, S, 16
Grupa, okres, blok	16 (VIA), 3, p
Właściwości metaliczne	niemetal
Właściwości atomowe Masa atomowa 32,065 u Promień atomowy 100 (88) pm Promień walencyjny 102 pm Promień van der Waalsa 180 pm Konfiguracja elektronowa [ Ne ]3s23p4 Zapełnienie powłok 2, 8, 6 Elektroujemność 2,58 ( Pauling ) 2,44 ( Allred ) Stopień utlenienia ±2, 4, 6 Właściwości kwasowe tlenków silnie kwaśne
Właściwości fizyczne Stan skupienia stały Gęstość 1960 kg/m³ Twardość 2 Kolor jasnożółty Temperatura topnienia 392,05 K 118,9 °C Temperatura wrzenia 717,87 K 444,72 °C Objętość molowa 15,53×10-6 m³/ mol Ciepło topnienia 1,7175 kJ/mol Ciśnienie pary nasyconej 2,65×10-20 Pa (388 K)
Pozostałe dane Ciepło właściwe 710 J/(kg*K) Konduktywność 5,0×10-16 S /m Przewodność cieplna 0,269 W/(m*K) Potencjały jonizacyjne I. 999,6 kJ/mol II. 2252 kJ/mol III. 3357 kJ/mol IV. 4556 kJ/mol V. 7004,3 kJ/mol VI. 8495,8 kJ/mol
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 32S 95,02% stabilny izotop z 16 neutronami 33S 0,75% stabilny izotop z 17 neutronami 34S 4,21* stabilny izotop z 18 neutronami 35S {syn.} 87,32 dni β - 0,167 35 Cl 36S 0,02% stabilny izotop z 20 neutronami
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Siarka (S, łac. sulphur) – pierwiastek chemiczny , niemetal z bloku p w układzie okresowym .

Izotopy stabilne siarki to ³²S, ³³S, ³⁴S i ³⁶S.

Siarka posiada kilka odmian alotropowych , z których trzy najważniejsze to siarka rombowa, jednoskośna i amorficzna.

W zwykłej temperaturze siarka jest mało aktywna. Bardzo łatwo łączy się ona tylko z fluorem , a już trudniej z chlorem . Z innymi pierwiastkami, jak np. z wodorem , łączy się dopiero w podwyższonej temperaturze. Z metalami tworzy po ogrzaniu siarczki , przy czym reakcje te są silnie egzotermiczne , tak że zapoczątkowana reakcja syntezy przebiega dalej samorzutnie nieraz z rozżarzeniem mieszaniny. Na powietrzu, po inicjacji zapłonu, spala się samorzutnie niebieskim płomieniem do dwutlenku siarki (SO₂). Dalsze utlenienie , do trójtlenku siarki , zachodzi wydajnie dopiero wobec katalizatora , np. pięciotlenku wanadu .

Ważniejsze związki siarki to kwas siarkowy (VI) , kwas siarkowy (IV) , siarkowodór oraz ich sole (odpowiednio siarczany (VI) i siarczany(IV) , siarczki ), dwutlenek siarki (tlenek siarki(IV)) i trójtlenek siarki (tlenek siarki(VI)). Znane są również: tlenek siarki(I) S₂O , tlenek siarki(II) SO i nadtlenek siarki SO₄.

Siarka jest niezbędna do życia . Wchodzi w skład dwóch aminokwasów kodowanych – metioniny i cysteiny oraz wielu innych biologicznie ważnych związków np. witamin . Siarka pierwiastkowa w postaci pyłu działa drażniąco na błony śluzowe oczu i górnych dróg oddechowych . Nie powoduje ona silnych zatruć. Wiele związków siarki jest toksycznych .

Występowanie

W Polsce złoża siarki w stanie rodzimym występują w okolicach Tarnobrzega ( Piaseczno , Machów , Jeziórko oraz Osiek ), w rejonie Staszowa ( Grzybów ) oraz koło Lubaczowa ( Horyniec-Zdrój , Basznia). Na świecie natomiast m.in. na Sycylii , w Luizjanie i Teksasie ( USA ), na Ukrainie, w Japonii , w Turkmenistanie i Uzbekistanie . Polskie złoża siarki rodzimej są związane z występowaniem gipsów i wapieni , z których powstały i zalegają na głębokości od 70 do 370 metrów , tworząc pokłady o miąższości dochodzącej do 13 metrów. Wydobywane są obecnie wyłącznie metodą wytopu podziemnego, ich roczna eksploatacja wynosi ok. 1,2 mln tony .

Siarka występuje zarówno w stanie rodzimym, jak i w postaci wielu minerałów . Są to zarówno siarczki , jak i siarczany :

• siarczki: piryt , chalkopiryt , markasyt , blenda cynkowa , galena , cynober
• siarczany: gips , anhydryt , baryt , kainit , celestyn , kizeryt

Ponieważ jest ważnym składnikiem białek roślinnych i zwierzęcych, występuje w paliwach kopalnych będących pokładami obumarłych tkanek (szczególnie węgiel kamienny i ropa naftowa ). Dlatego też siarkę oraz jej związki pozyskuje się w dużych ilościach podczas oczyszczania węgla kamiennego i ropy naftowej przed spalaniem, oraz podczas oczyszczania szeregu spalin przemysłowych (głównym powodem odsiarczania spalin jest tutaj jednak ochrona powietrza przed zanieczyszczeniem związkami siarki, co szczególnie dawniej było dużym problemem).

Siarka pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej zajmuje 16 miejsce. Jej całkowita zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 0,026% wagowych.

Wydobycie i produkcja przemysłowa

Siarkę występującą w stanie rodzimym wydobywa się najczęściej poprzez sposób odkrywkowy i flotację . Obecnie w Polsce w okolicach Tarnobrzega, złoża siarki występujące na głębokości od kilkudziesięciu metrów pod powierzchnią ziemi, wytapia się przegrzaną parą wodną pod ziemią i wydobywa na powierzchnię za pomocą sprężonego powietrza, wykorzystując stosunkowo niską temperaturę topnienia siarki.

Źródłem siarki są również jej związki zawarte w gazach przemysłowych, jak na przykład siarkowodór występujący w gazie koksowniczym . W celu związania siarkowodoru przepuszcza się surowy gaz z pieców koksowniczych przez odpowiednie oczyszczalniki. Siarkowodór odpadkowy z innych przemysłowych procesów przepuszcza się w celu utlenienia go do wolnej siarki nad katalizatorem , przy czym ulega on częściowemu spaleniu. Wolną siarkę otrzymuje się też przez redukcję dwutlenku siarki za pomocą tlenku węgla .

Węgiel kamienny jest pośrednio źródłem siarki, pozyskuje się z węgla w trakcie procesu spalania z gazów spalinowych w elektrowniach węglowych . Obecnie duże ilości siarki otrzymuje się z ropy naftowej podczas jej przetwarzania.

Alotropia siarki

Kryształy siarki romboedrycznej

Pierścień S₈

Rozmieszczenie elektronów

Siarka jest pierwiastkiem występującym w wielu odmianach alotropowych , zawierających cząsteczki o budowie pierścieniowej, składające się z 6, 7, 8, 9-15, 18 i 20 atomów . Dwie podstawowe odmiany alotropowe siarki to siarka rombowa lub romboedryczna (siarka-α) i siarka jednoskośna (siarka-β), obie zbudowane z ośmioczłonowych pierścieni S₈, różniące się sposobem upakowania w krysztale.

Siarka rombowa jest trwała do temperatury 95,6 °C i w tej temperaturze pod ciśnieniem swej własnej pary przekształca się w siarkę jednoskośną. W temperaturze 118,9 °C siarka jednoskośna, będąc w równowadze ze swą parą, topi się i przechodzi w ciecz . Pod działaniem ciśnienia punkt przemiany siarki rombowej w jednoskośną przesuwa się w kierunku wyższych temperatur. Powyżej 1 200 atm pole siarki jednoskośnej zamyka się i istnieje tylko jedna odmiana siarki stałej, siarka rombowa. Siarka rombowa i jednoskośna mogą istnieć ze sobą w stanie równowagi termodynamicznej. Przejście siarki rombowej w jednoskośną jest przemianą fazową I rzędu.

Powyżej temperatury topnienia siarka tworzy jasnożółtą, ruchliwą ciecz. Wraz z podwyższeniem temperatury ciecz gęstnieje i zabarwia się na kolor ciemnobrązowy. W temperaturze 187 °C osiąga ona maksymalną lepkość , która przekracza o pięć rzędów wartość początkową. Przy dalszym ogrzewaniu siarka staje się znów łatwo płynna i osiąga punkt wrzenia w temperaturze 444,6 °C.

Przyczyną zróżnicowanych własności fizycznych płynnej siarki są zmiany jej struktury cząsteczkowej. Łatwo płynna siarka nieco powyżej temperatury topnienia, zwana także siarką l, zawiera głównie 6- i 8-atomowe pierścienie. W wyższej temperaturze pierścienie łączą się tworząc struktury polimeryczne, co powoduje wzrost lepkości. Ta odmiana ciekłej siarki jest oznaczana literą "m". Przy dalszym wzroście temperatury następuje naturalne obniżenie lepkości. Obie ciekłe odmiany siarki różnią się rozpuszczalnością w disiarczku węgla : siarka l jest w nim rozpuszczalna, a siarka m jest w nim nierozpuszczalna.

Gęstość pary siarki w temperaturze bliskiej punktu wrzenia odpowiada zawartości cząsteczek S₈ i częściowo S₆. W miarę podwyższania temperatury cząsteczka staje się coraz mniejsza. W temperaturze 800 °C para siarki składa się już tylko z cząsteczek dwuatomowych S₂. Dysocjacja dwuatomowych cząsteczek siarki na pojedyncze atomy wymaga znacznego nakładu energii. Stopień dysocjacji cząsteczek dwuatomowych wynosi 3,7% w temp. 1 727 °C zaś 72,6% w temp. 2 727 °C.

Szybko schłodzona ciekła siarka m tworzy siarkę plastyczną, bezpostaciową prawie czarną masę o plastyczności podobnej do plasteliny , zbudowaną z łańcuchów polimerycznych siarki. Rozciągana mechanicznie uzyskuje strukturę włóknistą, a łańcuchy siarkowe układają się w helisy o skoku co osiem atomów siarki. Oprócz tego w strukturze siarki plastycznej występują też domeny krystaliczne siarki romboidalnej. Siarka plastyczna jest formą metastabilną w temperaturze pokojowej i stopniowo krystalizuje . Proces ten trwa zazwyczaj od kilku godzin, do kilku dni.

Jeżeli pary siarki zostaną szybko ochłodzone, to kondensują w postaci drobnego, żółtego proszku, kwiatu siarczanego . Składa się on w znacznej części z siarki bezpostaciowej, która przy podwyższeniu temperatury przechodzi w siarkę krystaliczną. Jest to przemiana ściśle jednokierunkowa. Siarka bezpostaciowa pojawia się także przy wydzielaniu z roztworu w toku niektórych reakcji chemicznych , np:.

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + SO₂ + S + H₂O

Siarka koloidalna wstrzyknięta podskórnie wywołuje silne bóle mięśni i podwyższenie temperatury ciała do 39 °C^[].

Zastosowania siarki

Siarka i jej związki są cennymi surowcami do otrzymywania kwasu siarkowego , podstawowego produktu przemysłu chemicznego, a także do produkcji disiarczku węgla (CS₂). Większość siarki zużywana jest do produkcji kwasu siarkowego.

Dużych ilości siarki plastycznej używa się w procesie wulkanizacji , w którym kauczuk zmienia się w gumę .

Ze względu na niski punkt zapłonu, siarka stosowana jest do wyrobu czarnego prochu i ogni sztucznych . W medycynie stosowana jest siarka koloidalna przy chorobach skórnych. Służy również jako środek do zwalczania pasożytów roślinnych. Niewielkie ilości tego pierwiastka używa się do produkcji leków , pestycydów , zapałek , papieru oraz specjalnego betonu , zwanego betonem siarkowym .

Zobacz też

• siarka rodzima
• siarka elementarna
• siarka palna
• siarka popiołowa
• siarka nagryzająca

Linki zewnętrzne

• Państwowy Instytut Geologiczny - polskie złoża siarki - historia, występowanie, wydobycie