Сярата (лат. Sulphur) е неметален елемент. Химичният символ е S, поредният номер в периодичната таблица е 16. Валентността на сярата е установена още преди изследването на структурата на атома. Стойността му се определя въз основа на свойството да замества, привлича или прикрепва определен брой други атоми или групи. По-късно изследователите разбраха ролята на отрицателно заредените частици (електрони) в образуването на химическа връзка.
Валентност на сярата: какви характеристики на атомите влияят на нейната стойност?
По отношение на разпространението на Земята, химическият елемент е на 16-о място. Среща се като ярко жълти кристали или прах в скали, близо до активни и угаснали вулкани. Най-известните природни съединения са сулфиди и сулфати.
Характеристики на елемента и субстанцията:
- Силен неметален.
- По отношение на електроотрицателност (EO) или способността да привлича електрони, сярата е на второ място след флуора, кислорода, азота, хлора и брома.
- Взаимодейства с метали и неметали, прости и сложни вещества.
Разликите в свойствата зависят от структурата и състоянието на атома, разликата в стойностите на EO. Нека разберем какво може да има валентната сяра в съединенията. Тяхното химично поведение зависи от структурата на енергийните обвивки, броя и разположението на външните електрони в атома.
Защо валентността варира?
Стабилни са естествените изотопи на сярата с масови числа 32 (най-често срещаните), 33, 34 и 36. Атомът на всеки от тези нуклиди съдържа 16 положително заредени протона. В пространството близо до ядрото 16 електрона се движат с голяма скорост. Те са безкрайно малки, отрицателно заредени. По-малко привлечени от ядрото (по-свободни) 6 външни частици. Няколко или всички от тях участват в образуването на различни видове химични връзки. Според съвременните концепции валентността на сярата се определя от броя на създадените общи (свързващи) електронни двойки. Обикновено в чертежите и диаграмите външните частици, които участват в този процес, се изобразяват като точки около химическия знак.
Как зависи валентността от структурата на атома?
Използвайки енергийна диаграма, можете да покажете структурата на нивата и поднивата (s, p, d), от които зависи формулата за валентност на сярата. Две различно насочени стрелки символизират сдвоени, една - несдвоени електрони. Външното пространство на серния атом е образувано от орбитали от 6 частици, а 8 са необходими за стабилност според правилото на октета. Конфигурацията на валентната обвивка се отразява от формулата 3s23p4. Електрони на незавършения слойимат голям запас от енергия, което причинява нестабилно състояние на целия атом. За да се постигне стабилност, серният атом изисква два допълнителни отрицателни вида. Те могат да бъдат получени чрез образуване на ковалентни връзки с други елементи или чрез поглъщане на два свободни електрона. В този случай сярата проявява валентност II (–). Същата стойност може да се получи с помощта на формулата: 8 - 6=2, където 6 е номерът на групата, в която се намира елементът.
Къде се намират съединения, в които валентността на сярата е II (–)?
Елемент привлича или напълно премахва електрони от атоми с по-ниска стойност на електроотрицателност по скалата на Polling. Валентност II (-) се проявява в сулфиди на метали и неметали. Обширна група от такива съединения се намира в състава на скали и минерали с голямо практическо значение. Те включват пирит (FeS), сфалерит (ZnS), галенит (PbS) и други вещества. Кристалите на железния сулфид имат красив жълтеникавокафяв цвят и блясък. Минералът пирит често се нарича "злато на глупаците". За да се получат метали от руди, те се изпичат или редуцират. Сероводородът H2S има същата електронна структура като водата. Произход на H2S:
- се освобождава, когато протеините изгният (например пилешко яйце);
- изригва с вулканични газове;
- се натрупва в естествени води, масло;
- изпъква в празнини в земната кора.
Защо е формулата за четиривалентен серен оксид SO2?
Формулата за диоксида показва, че един серен атом в една молекула е свързан с два кислородни атома, всеки от които се нуждае от 2 електрона за октет. Получената връзка е ковалентна полярна по природа (EO на кислорода е по-голяма). Валентността на сярата в това съединение е IV (+), тъй като 4-те електрона на серния атом са изместени към два кислородни атома. Формулата може да бъде написана по следния начин: S2O4, но според правилата трябва да се намали с 2. Диоксидът, когато се разтваря във вода, образува йони на слаба сярна киселина. Неговите соли - сулфити - са силни редуциращи агенти. Газът SO2 служи като междинен продукт при производството на сярна киселина.
В какви вещества сярата показва най-високата си валентност?
Oxide SO3 или S2O6 е безцветна течност, която се втвърдява при температури под 17°C. В съединението SO3 валентността на кислорода е II (–), а сярата е VI (+). По-високият оксид се разтваря във вода и образува силна двуосновна сярна киселина. За голяма роля в производствените процеси веществото беше наречено „хляб на химическата индустрия“. Важна роля в икономиката и медицината принадлежи на киселинните соли - сулфати. Използват се калциев хидрат (гипс), натрий (глауберова сол), магнезий (английска сол или горчива сол).
1, 2, 3, 4, 6 външни електрона могат да участват в образуването на различни видове химически връзки. Нека назовем възможните валентности на сярата, като се има предвид, че има редки и нестабилни съединения: I (-), II (-), II (+), III (+), IV (+), VI (+). Елементът придобива втора положителна валентност вSO монооксид. Най-често срещаните стойности II (–), IV (+), VI (+) са показани от сярата като част от група вещества с промишлено, селскостопанско и медицинско значение. Неговите съединения се използват при производството на фойерверки.
Улавянето на отработени газове остава голям проблем, включително серни оксиди IV (+), VI (+) и сероводород, които са вредни за хората и околната среда. Създадени са технологии за преработка на тези газообразни отпадъци и получаване на сярна киселина и сулфати от тях. За целта се изграждат химически предприятия до металургични заводи или в същия район. В резултат на това обемът на замърсяването се намалява, има по-малко "дъжд от сярна киселина".
