Сярата е един от най-разпространените елементи на земната кора. Най-често се среща в състава на минерали, съдържащи в допълнение към него метали. Много интересни са процесите, които протичат при достигане на точката на кипене и топене на сярата. Ще анализираме тези процеси, както и трудностите, свързани с тях, в тази статия. Но първо, нека се потопим в историята на откриването на този елемент.
История
В самородната си форма, както и в състава на минералите, сярата е позната още от древността. В древногръцките текстове е описано отровното въздействие на неговите съединения върху човешкото тяло. Серният диоксид, освободен при изгарянето на съединенията на този елемент, наистина може да бъде смъртоносен за хората. Около 8-ми век сярата започва да се използва в Китай за направата на пиротехнически смеси. Нищо чудно, защото се смята, че именно в тази страна е изобретен барут.
Дори в древен Египет хората са знаели метод за печене на руда, съдържаща сяра, на базата на мед. Така е добиван металът. Сярата избяга под формата на отровен газ SO2.
Въпреки че е известен от древни времена, знанието за това какво е сяра, дойде благодарение на работата на френския натуралист АнтоанЛавоазие. Именно той установи, че това е елемент, а продуктите на горенето му са оксиди.
Ето такава кратка история на запознанството на хората с този химичен елемент. След това ще говорим подробно за процесите, протичащи в земните недра и водещи до образуването на сяра във вида, в който е сега.
Как се получава сярата?
Има често срещано погрешно схващане, че този елемент най-често се среща в неговата естествена (тоест чиста) форма. Това обаче не е съвсем вярно. Самородната сяра най-често се среща като включване в друга руда.
В момента има няколко теории относно произхода на елемента в най-чистата му форма. Те предполагат разлика във времето на образуване на сярата и рудите, в които е разпръсната. Първата, теорията на сингенезата, предполага образуването на сяра заедно с рудите. Според нея някои бактерии, които живеят в океана, са намалили сулфатите във водата до сероводород. Последният от своя страна се издигна нагоре, където с помощта на други бактерии се окислява до сяра. Тя падна на дъното, смесена с тиня и впоследствие те заедно образуваха руда.
Същността на теорията за епигенезата е, че сярата в рудата се е образувала по-късно от самата нея. Тук има няколко клона. Ще говорим само за най-често срещаната версия на тази теория. Състои се от това: подземните води, протичащи през натрупвания на сулфатни руди, се обогатяват с тях. След това, преминавайки през нефтени и газови находища, сулфатните йони се редуцират до сероводород поради въглеводороди. Сероводородът, издигащ се на повърхността, се окисляваатмосферен кислород до сяра, която се утаява в скалите, образувайки кристали. Тази теория напоследък намира все повече и повече потвърждения, но въпросът за химията на тези трансформации остава открит.
От процеса на произход на сярата в природата, нека да преминем към нейните модификации.
Алотропия и полиморфизъм
Сярата, подобно на много други елементи от периодичната таблица, съществува в природата в няколко форми. В химията те се наричат алотропни модификации. Има ромбична сяра. Неговата точка на топене е малко по-ниска от тази на втората модификация: моноклинна (112 и 119 градуса по Целзий). И те се различават по структурата на елементарните клетки. Ромбичната сяра е по-плътна и стабилна. Може при нагряване до 95 градуса да премине във втора форма – моноклинна. Елементът, който обсъждаме, има аналози в периодичната таблица. Полиморфизмът на сяра, селен и телур все още се обсъжда от учените. Те имат много тясна връзка един с друг и всички модификации, които образуват, са много сходни.
И тогава ще анализираме процесите, които се случват при топенето на сярата. Но преди да започнете, трябва да се потопите малко в теорията за структурата на кристалната решетка и явленията, които възникват по време на фазовите преходи на материята.
От какво е направен кристалът?
Както знаете, в газообразно състояние веществото е под формата на молекули (или атоми), които се движат произволно в пространството. в течна материясъставните му частици са групирани, но все пак имат доста голяма свобода на движение. В твърдо агрегатно състояние всичко е малко по-различно. Тук степента на подреденост нараства до максималната си стойност и атомите образуват кристална решетка. Разбира се, има колебания в него, но те имат много малка амплитуда и това не може да се нарече свободно движение.
Всеки кристал може да бъде разделен на елементарни клетки - такива последователни съединения от атоми, които се повтарят в целия обем на съединението на пробата. Тук си струва да се изясни, че такива клетки не са кристална решетка и тук атомите са разположени вътре в обема на определена фигура, а не в нейните възли. За всеки кристал те са индивидуални, но могат да бъдат разделени на няколко основни типа (сингония) в зависимост от геометрията: триклинни, моноклинни, ромбични, ромбоедрични, тетрагонални, шестоъгълни, кубични.
Нека анализираме накратко всеки тип решетки, тъй като те са разделени на няколко подвида. И нека започнем с това как те могат да се различават един от друг. Първо, това са съотношенията на дължините на страните и второ, ъгълът между тях.
По този начин триклинната сингония, най-ниската от всички, е елементарна решетка (паралелограм), в която всички страни и ъгли не са равни една на друга. Друг представител на така наречената долна категория сингонии е моноклинната. Тук два ъгъла на клетката са 90 градуса и всички страни имат различни дължини. Следващият тип, принадлежащ към най-ниската категория, е ромбичната сингония. Има три неравни страни, но всички ъгли на фигуратаса равни на 90 градуса.
Нека преминем към средната категория. И първият й член е тетрагоналната сингония. Тук по аналогия е лесно да се отгатне, че всички ъгли на фигурата, която представлява, са равни на 90 градуса, а също и две от трите страни са равни една на друга. Следващият представител е ромбоедричната (тригонална) сингония. Тук нещата стават малко по-интересни. Този тип се определя от три равни страни и три ъгъла, които са равни, но не са прави.
Последният вариант на средната категория е шестоъгълната сингония. Още по-трудно е да се определи. Тази опция е изградена от три страни, две от които са равни и образуват ъгъл от 120 градуса, а третата е в равнина, перпендикулярна на тях. Ако вземем три клетки от шестоъгълната сингония и ги прикрепим една към друга, ще получим цилиндър с шестоъгълна основа (затова има такова име, защото "hexa" на латински означава "шест").
Е, върхът на всички сингонии, имащи симетрия във всички посоки, е кубичен. Тя е единствената, която принадлежи към най-високата категория. Тук можете веднага да се досетите как може да се характеризира. Всички ъгли и страни са равни и образуват куб.
И така, приключихме анализа на теорията за основните групи сингонии и сега ще разкажем по-подробно за структурата на различните форми на сярата и свойствата, които произтичат от това.
Структурата на сярата
Както вече споменахме, сярата има две модификации: ромбична и моноклинна. След раздела по теорияСъс сигурност стана ясно как се различават. Но цялата работа е, че в зависимост от температурата структурата на решетката може да се промени. Целият смисъл е в самия процес на трансформации, които се случват при достигане на точката на топене на сярата. Тогава кристалната решетка е напълно разрушена и атомите могат да се движат повече или по-малко свободно в пространството.
Но нека се върнем към структурата и характеристиките на такова вещество като сярата. Свойствата на химичните елементи до голяма степен зависят от тяхната структура. Например, сярата, поради особеностите на кристалната структура, има свойството на флотация. Неговите частици не се овлажняват от вода, а полепналите по тях въздушни мехурчета ги издърпват на повърхността. По този начин бучката сяра плава, когато е потопена във вода. Това е основата за някои методи за отделяне на този елемент от смес от подобни. И тогава ще анализираме основните методи за извличане на това съединение.
Производство
Сярата може да се среща с различни минерали и следователно на различни дълбочини. В зависимост от това се избират различни методи за извличане. Ако дълбочината е плитка и под земята няма натрупвания на газове, които пречат на добива, тогава материалът се добива по открит метод: скалните слоеве се отстраняват и при намиране на руда, съдържаща сяра, те се изпращат за обработка. Но ако тези условия не са изпълнени и има опасности, тогава се използва сондажният метод. Трябва да достигне точката на топене на сярата. За това се използват специални инсталации. Апаратът за топене на буца сяра при този метод е просто необходим. Но за този процес - малкопо-късно.
По принцип при извличане на сяра по какъвто и да е начин има висок риск от отравяне, защото най-често с нея се отлагат сероводород и серен диоксид, които са много опасни за хората.
За да разберем по-добре недостатъците и предимствата на даден метод, нека се запознаем с методите за преработка на руда, съдържаща сяра.
Извличане
И тук има няколко трика, базирани на напълно различни свойства на сярата. Сред тях са термични, екстракционни, пароводни, центробежни и филтрационни.
Най-доказаните от тях са термични. Те се основават на факта, че точките на кипене и топене на сярата са по-ниски от тези на рудите, в които тя се „свива“. Единственият проблем е, че консумира много енергия. За поддържане на температурата е било необходимо да се изгори част от сярата. Въпреки своята простота, този метод е неефективен и загубите могат да достигнат рекордните 45 процента.
Следваме клона на историческото развитие, така че преминаваме към метода пара-вода. За разлика от термичните методи, тези методи все още се използват в много фабрики. Колкото и да е странно, те се основават на едно и също свойство - разликата в точката на кипене и точката на топене на сярата от тези за свързаните метали. Единствената разлика е как се извършва отоплението. Целият процес протича в автоклави - специални инсталации. Там се доставя обогатена сярна руда, съдържаща до 80% от добивания елемент. След това под налягане гореща вода се изпомпва в автоклава.пара. Загрявайки до 130 градуса по Целзий, сярата се топи и се отстранява от системата. Разбира се, остават така наречените опашки - частици сяра, плаващи във водата, образувани поради кондензацията на водните пари. Те се отстраняват и се връщат в процеса, тъй като съдържат и много от елемента, от който се нуждаем.
Един от най-модерните методи - центрофуга. Между другото, той е разработен в Русия. Накратко, същността му е, че стопилката от смес от сяра и минерали, с която го придружава, се потапя в центрофуга и се върти с висока скорост. По-тежката скала се отдалечава от центъра поради центробежната сила, докато самата сяра остава по-висока. Тогава получените слоеве просто се отделят един от друг.
Има друг метод, който също се използва в производството и до днес. Състои се в отделяне на сярата от минералите чрез специални филтри.
В тази статия ще разгледаме изключително термични методи за извличане на елемент, който несъмнено е важен за нас.
Процес на топене
Изследването на топлопреминаването при топенето на сярата е важен въпрос, защото това е един от най-икономичните начини за извличане на този елемент. Можем да комбинираме параметрите на системата по време на отопление, като трябва да изчислим оптималната им комбинация. Именно за тази цел се извършва изследване на топлопреминаването и анализ на характеристиките на процеса на топене на сярата. Има няколко вида инсталации за този процес. Котелът за топене на сяра е един от тях. Получаване на артикула, който търсите с този продукт- просто помощник. Днес обаче има специална инсталация - апарат за топене на буца сяра. Може ефективно да се използва в производството за производство на сяра с висока чистота в големи количества.
За горната цел през 1890 г. е изобретена инсталация, която позволява сярата да се стопи на дълбочина и да се изпомпва на повърхността с помощта на тръба. Дизайнът му е доста прост и ефективен в действие: две тръби са разположени една в друга. През външната тръба циркулира пара, прегрята до 120 градуса (точка на топене на сярата). Краят на вътрешната тръба достига до отлаганията на елемента, от който се нуждаем. При нагряване с вода сярата започва да се топи и излиза. Всичко е доста просто. В модерната версия инсталацията съдържа друга тръба: тя е вътре в тръбата със сяра и през нея протича сгъстен въздух, което кара стопилката да се издига по-бързо.
Има още няколко метода и един от тях достига точката на топене на сярата. Два електрода се спускат под земята и през тях се пропуска ток. Тъй като сярата е типичен диелектрик, тя не провежда ток и започва да се нагрява много. Така се разтапя и с помощта на тръба, както при първия метод, се изпомпва. Ако искат да изпратят сяра за производството на сярна киселина, тогава тя се запалва под земята и полученият газ се извежда. По-нататък се окислява до серен оксид (VI) и след това се разтваря във вода, като се получава крайният продукт.
Анализирахме топенето на сярата, топенето на сярата и методите за нейното извличане. Сега е време да разберем защо са необходими толкова сложни методи. Всъщност анализът на процеса на топене на сяра исистема за контрол на температурата е необходима, за да се почисти добре и ефективно да се приложи крайният продукт от екстракцията. В крайна сметка, сярата е един от най-важните елементи, които играят ключова роля в много области от нашия живот.
Заявление
Няма смисъл да се казва къде се използват серни съединения. По-лесно е да се каже къде не се прилагат. Сярата се намира във всеки каучук и каучукови изделия, в газа, който се доставя до домовете (там е необходимо да се идентифицира теч, ако възникне). Това са най-често срещаните и прости примери. Всъщност приложенията на сярата са безброй. Да ги изброим всички е просто нереалистично. Но ако се заемем с това, се оказва, че сярата е един от най-важните елементи за човечеството.
Заключение
От тази статия научихте каква е точката на топене на сярата, защо този елемент е толкова важен за нас. Ако се интересувате от този процес и неговото изучаване, вероятно сте научили нещо ново за себе си. Например, това могат да бъдат характеристики на топенето на сярата. Във всеки случай няма граници за съвършенството и познаването на процесите, протичащи в индустрията, няма да попречи на никого от нас. Можете самостоятелно да продължите да овладявате технологичните тънкости на процесите на добив, добив и преработка на сяра и други елементи, съдържащи се в земната кора.
