Сярата е вещество, изучавано в момента от човечеството почти напълно. В древни времена се е смятал за мистичен, заобиколен от тайни, легенди и митове, възникнали поради суеверния страх на хората пред всичко неизвестно. Въпреки това, много физически свойства на сярата са били известни на хората още преди Менделеев да постави елемента в периодичната таблица и да му присвои номер 16. Това вещество е било широко използвано в епохата на Омир, освен това известна информация (условно надеждна) за него може може да се намери в Новия и Стария Завет.
Химически елемент
Беше доста трудно да се систематизира информацията, натрупана през вековете за такова вещество като сярата за една нощ. Много учени се занимаваха с това, но Д. И. Менделеев успя да определи принадлежността му към класа на химичните елементи. В периодичната система тя се обозначава с числото 16. Сярата се намира в третия период, шестата група на основната подгрупа, атомната маса е 32, плътността(при нормални условия) - 2070 kg/m3.
История на употреба
Древните хора активно са използвали физическите свойства на сярата, които са им били известни. Боговете на земята или подземните хора, надарени със специални качества, се считат за източник на възникването му. Характерната миризма на това вещество и лекотата на неговото запалване са били полезни за служителите на църквата по време на различни религиозни обреди и прогонване на "зли духове". В бъдеще сярата започна да се използва за военни цели, тя беше част от горими смеси. С голяма степен на вероятност може да се твърди, че е използван за създаването на „гръцкия огън“, който вдъхва свещен ужас на врага. В ежедневието сярата и нейните съединения са били използвани в козметологията, селското стопанство, с нейна помощ избелвали тъканите и премахвали паразитите. В древен Китай първите пиротехнически експерименти са били проведени със сяра. Получените смеси все още не са били барут, но са послужили като основа за създаването на неговата формула, която между другото е модернизирана в съвременните условия. Въпреки това, в началния етап сярата беше неговата основа. Химията, по-точно алхимията от онова време, нарича този елемент „бащата на всички метали“. Такова заключение се основава на наличието на сяра в много руди и нейната повишена запалимост. Лавоазие успява да разсее този мит през 1789 г. Ученият приписва елемента на неметали и, както показват по-нататъшните изследвания, той е прав. В медицината серните съединения са били използвани като антисептични и антипаразитни средства.
В природата
Сяра в скалите на земната корасе среща доста често. По отношение на достъпност и разпространение той се нарежда на 16-то място сред всички химични елементи. Структурата на серния атом прави възможно това вещество да бъде в чиста форма (при определени природни условия). Но в повечето случаи той е част от различни руди, в съединения образува сулфиди и сулфати. Най-често срещаните са връзките му с метали: железен пирит (пирит), цинобър, оловен блясък (гален), цинкова смес (сфалерит). В океаните има сулфати на магнезий, калций, натрий. Към днешна дата са идентифицирани повече от 200 имена на минерали. Втората - според масовата част на съдържанието - групата е гипс, кизерит, глауберова сол. Сярата е част от протеиновите молекули, тоест се намира в животинските организми. Органичните съединения са много широко представени: нефт, газове и природни въглища. Основният източник на сяра и нейните производни са вулканичните изригвания, но човешката дейност (индустриална, икономическа) е ускорила и обогатила този процес. Значително количество от това вещество се натрупва в подземни води, глина, гипс, на дъното на езера и морета, в нефт, природен газ и въглища, в солени блата и във водите на океаните. Цикълът на сярата в биосферата се осъществява с помощта на микроорганизми, а за това допринася и влагата, която се изпарява от повърхността на огромно водно тяло, пада под формата на валежи и се връща обратно в моретата и океаните с отпадъците потоци от реки.
Име
По време на развитието на алхимията имаше няколко имена,който обозначава съвременния химичен елемент сяра. Какво вещество се имало предвид с тях, не е съвсем ясно, може би става дума за съединения, руда или серен диоксид. В периодичната система на Менделеев сярата се обозначава със символа S (Сяра). Това латинско име няма ясен произход, вероятно е заимствано от древногръцкия език и може да се преведе като "изгарящ". Терминът, използван в руския език, има много древни корени. Думата "сяра" означаваше неприятно миришещи вещества, горими смеси. Има и версия за произхода на името от цвета на веществото: „светло жълто“, „сиво“, тоест не е дефинирано. Така се наричат всички смоли. Второто име на веществото, което не се използва в съвремието, е „боги“. Той също така дефинира понятията за запалимост и лоша миризма. Филолозите стигнаха до заключението, че тази дума има санскритски корен „да убивам“, което вероятно се дължи на свойствата на серен диоксид.
Физични свойства на сярата
В зависимост от алотропната модификация, връзките в елемента варират. Обичайно е да се разграничават три образувани типа решетка (стабилна верига от атоми): ромбична, пластична, моноклинна. Цветът и физичните свойства на веществото сяра зависят от модификацията. Най-стабилни и разпространени са цикличните съединения S8. Именно този тип верига е характерна за кристалната сяра, крехко вещество с жълтеникав оттенък. Пластмасовите и моноклинните модификации са нестабилни и се трансформират в циклична структураспонтанно известно време след получаване. Формулата за сяра в този случай съдържа символа S4 или S6. При нормални условия (стайна температура) стабилното съединение е ромбична верига: в процеса на нагряване веществото преминава в течно агрегатно състояние, след което се сгъстява. Постепенното охлаждане произвежда игловидни кристали от моноклинна сяра, които са тъмно жълти на цвят. Когато разтопеното вещество взаимодейства със студена вода, се образува пластична алотропна модификация, която има структура, подобна на каучук, състои се от няколко полимерни вериги и има мръсно жълт (тъмен) цвят. Най-честото описание на сярата е жълто твърдо вещество, което не взаимодейства с вода, оставайки на повърхността му. Като разтворител могат да се използват органични съединения: терпентин, въглероден дисулфид и др. Сярата като просто вещество при нормални условия има следните термодинамични свойства:
- Относителна плътност – 2,070 g/cm3.
- Топлопроводимост - 300 K.
- Точка на топене - 112 oC.
- Моларен топлинен капацитет - 22,6 J.
- Точка на кипене - 444 oC.
- Моларен обем - 15,5 см3/mol.
В процеса на нагряване броят на серните атоми в молекулата намалява. При 300 оС е доста активно движеща се течност; за получаване на пари температурата се повишава до 450 оС. В процеса може да се получи едноатомна сяранагряване на веществото до 1760 - S2 - S). Това вещество е лош проводник на електричество и топлина, което се използва широко при неговото приложение.
Химически свойства
Сярата реагира с всички метали, за да образува сулфиди. В повечето случаи химическата реакция изисква катализатор, който е топлина. При нормални условия (стайна температура) връзката се осъществява само с живак. Това свойство се използва за неутрализиране на неговите пари, които се образуват в резултат на взаимодействието на метални капчици с кислород. Елементът не взаимодейства с платина, иридий, злато. Получените сулфиди са запалими съединения, които при запалване горят доста интензивно. Сярата, пречистена на открито, реагира с кислород. Това съединение се характеризира с образуването на безцветен газ (серен анхидрид) и изгаряне. Обратимата реакция на взаимодействие с водорода възниква при нагряване (по аналогия с въглерода и силиция), получените газове се наричат сероводород, въглероден дисулфид. Подобно на всички други елементи от група VI на периодичната таблица, сярата взаимодейства в запечатана тръба с халогени (флуор, бром, хлор, фосфор). При стайна температура реакцията е възможна само с флуор. Серният хлорид е веществото, което се използва най-широко в химическата промишленост. Не взаимодейства с вода и киселинни разтвори, съединенията с алкали са обратими - образуват се при излагане на катализатор. многосъществуващите киселини и соли се образуват в резултат на комбинацията (температурата е предпоставка) на сяра с кислород и водород.
Електронна структура
Структурата на серния атом позволява на елемента да действа като окислител и редуциращ агент и в химическа реакция да има различна валентност. Това се дължи на разпределението на електроните по нива. Ядрото на атома има заряд от +16 с атомна маса 32 (16 протона и неутрона), радиус от 127 pm. Схемата за сяра (електронна) е както следва: S+16)2)8)6; в покой - 1S22S22P63S23P4. На третото ниво серният атом има пет незаети орбитали, така че валентността в неговите съединения варира в следните граници: -2, +2, +4, +6, които зависят от степента на неговото възбуждане.
Депозити
Количеството произведена сяра се увеличава всяка година. Това се дължи на доста широк спектър на неговото приложение, който непрекъснато нараства поради технологични пробиви и по-задълбочено изследване на вече известни химични елементи. В природата сярата се намира в самородна форма и е част от голям брой руди. В зависимост от това се използват различни методи за извличането му. Стратиформните отлагания са широко разпространени в САЩ, Ирак, Средното Волга и Карпатския регион. Те са най-печелившите в процентно изражение, там се добива от 50 до 60% сяра. Карбонатните и сулфатните скали лежат в огромни слоеве, достигащи десетки метри в дълбочина и няколкостотин в дължина. Отлаганията със солен купол са характерни за регионите с интензивен нефтен добив. Най-големите находища включват зоната на Мексиканския залив, която се разработва паралелно от САЩ, Чили и Мексико. Най-модерните, наскоро образувани находища са вулканогенни находища. Произходът им се свързва с тектонски разломи в земната кора и действието на вулканите. Съответно тези находища се намират в Тихия океан. Япония и Русия активно развиват тези зони. На територията на Евразия по-често се срещат находища на самородна сяра, която има доста древен произход и се намира главно в повърхностните слоеве. Уралските планини, остров Сицилия, Поволжието, Лвовската област са разработени находища, които се разработват и до днес. Световното производство на сяра е над 50 милиона тона годишно, като 30% - самородни частици, 33% - газ и нефтопродукти, 14% - преработка на промишлени емисии, 16% - от сулфиди, 6% - от сулфати.
Методи за копаене
В зависимост от дълбочината на залягане на сяросъдържащата руда се използват различни методи за нейното извличане и по-нататъшна преработка. Физичните свойства на сярата, независимо от метода на извличане, извеждат на преден план безопасността на процеса. По правило отлаганията на това вещество са придружени от голямо натрупване на токсични газове и не са изключени случаите на спонтанно запалване. Повърхностните рудни слоеве се отстраняват на пластове с помощта на багери - този метод е най-малко опасният (при спазване на всички технологични изисквания). сярарафиниран се получава в резултат на по-нататъшната му преработка в съответните предприятия, където се доставя от кариери. Има различни методи за пречистване и обогатяване: термично, центробежно, филтриране, пара-вода, екстракция.
Доста по-трудно е да се извлече сяра, която се съдържа в подземните пластове. Минният метод - поради отделянето на съпътстващ газ - е практически недостъпен, следователно методът на Hermann Frasch се използва доста успешно от 1895 г. Той е най-продуктивен при разработването на богати находища и осигурява значителни спестявания на транспортни разходи и разходи за по-нататъшна обработка на рудата, тъй като предполага отделяне на чисто вещество. Принципът на монтаж е прост: рудните слоеве, съдържащи сяра, се обработват с гореща вода, която се подава през тръба. Вътре в него има още два цилиндрични отделни съда, които са предназначени за подаване на газ и излизане на готовия продукт. Поради ниската точка на топене, сярата с малко количество примеси излиза на повърхността под налягане.
Заявление
Основният консуматор на сяра е химическата промишленост, която не може да съществува без киселини на основата на този елемент. Текстилът, рафинирането на нефт, храните, целулозата, минното производство не могат без това вещество. Формулата на сярата дава възможност да се използват нейните съединения за производството на експлозиви, кибрит, гума, козметика, лекарства и др. В селското стопанство разглежданото вещество е част от торовете за почвата (увеличава процентасмлян фосфор) и отрови, използвани за третиране на семена от различни вредители.
Пречистената сяра се използва за производството на багрила и светещи композиции. По степента на добив, обработка и използване на този елемент може да се съди за индустриалния потенциал на цялата държава. Повечето от най-новите разработки в много наукоемки сектори на икономиката се основават на използването на сяра и нейните съединения. Трудно е да се оцени пълният потенциал на този химичен елемент, който се използва от човечеството от древни времена и продължава да участва активно в технологичния еволюционен процес.
