Siarka |
|
 | Siarka |
Siarka |
Dane ogólne |
Nazwa, symbol,
l.a.
| Siarka, S, 16 |
Grupa, okres, blok | 16 (VIA), 3, p |
Właściwości metaliczne |
niemetal
|
|
|
|
Najbardziej stabilne izotopy |
---|
|
|
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
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
Linki zewnętrzne