Sumpor je supstanca koja trenutno čovječanstvo proučava gotovo u potpunosti. U drevnim vremenima smatran je mističnim, okružen tajnama, legendama i mitovima koji su nastali zbog praznovjernog straha ljudi pred svime nepoznatim. Međutim, mnoga fizička svojstva sumpora bila su poznata ljudima čak i prije nego što je Mendeljejev stavio element u periodni sistem i dodijelio mu broj 16. Ova supstanca se naširoko koristila u Homerovo doba, osim toga, neke informacije (uslovno pouzdane) o njoj mogu naći u Novom i Starom zavjetu.
Hemijski element
Bilo je prilično teško sistematizovati informacije prikupljene vekovima o takvoj supstanci kao što je sumpor preko noći. Mnogi naučnici su se bavili time, ali je D. I. Mendelejev uspio utvrditi njegovu pripadnost klasi hemijskih elemenata. U periodnom sistemu označen je brojem 16. Sumpor se nalazi u trećem periodu, šesta grupa glavne podgrupe, atomska masa je 32, gustina(pod normalnim uslovima) - 2070 kg/m3.
Historija upotrebe
Drevni ljudi su aktivno koristili fizička svojstva sumpora, koja su im bila poznata. Bogovi zemlje, ili podzemni ljudi, obdareni posebnim osobinama, smatrani su izvorom njegove pojave. Karakterističan miris ove supstance i lakoća njenog paljenja bili su korisni služiteljima crkve prilikom raznih vjerskih obreda i protjerivanja "zlih duhova". U budućnosti se sumpor počeo koristiti u vojne svrhe, bio je dio zapaljivih smjesa. Sa velikim stepenom vjerovatnoće, može se tvrditi da je korišten za stvaranje "grčke vatre", koja je nadahnula sveti užas na neprijatelja. U svakodnevnom životu sumpor i njegova jedinjenja koristili su se u kozmetologiji, poljoprivredi, uz njegovu pomoć izbeljivali su tkanine i uklanjali parazite. U drevnoj Kini, prvi pirotehnički eksperimenti izvedeni su sa sumporom. Dobijene mješavine još nisu bile barut, ali su poslužile kao osnova za stvaranje njegove formule, koja je, inače, modernizirana u modernim uvjetima. Međutim, u početnoj fazi, sumpor je bio njegova osnova. Hemija, tačnije, alhemija tog vremena, naziva ovaj element "ocem svih metala". Takav zaključak se zasniva na prisustvu sumpora u mnogim rudama i njegovoj povećanoj zapaljivosti. Lavoisier je uspio razbiti ovaj mit 1789. Naučnik je taj element pripisao nemetalima i, kako su dalja istraživanja pokazala, bio je u pravu. U medicini su jedinjenja sumpora korišćena kao antiseptički i antiparazitni agensi.
U prirodi
Sumpor u stenama zemljine korejavlja prilično često. U pogledu dostupnosti i rasprostranjenosti, zauzima 16. mjesto među svim hemijskim elementima. Struktura atoma sumpora omogućava da ova supstanca bude u svom čistom obliku (pod određenim prirodnim uslovima). Ali u većini slučajeva je dio raznih ruda, u spojevima stvara sulfide i sulfate. Najčešći su njegovi spojevi sa metalima: željezni pirit (pirit), cinober, olovni sjaj (galena), cink blend (sfalerit). U okeanima postoje sulfati magnezijuma, kalcijuma, natrijuma. Do danas je identifikovano više od 200 naziva minerala. Druga - prema masenom udjelu sadržaja - grupa je gips, kiserit, glauberova sol. Sumpor je dio proteinskih molekula, odnosno nalazi se u životinjskim organizmima. Organska jedinjenja su veoma široko zastupljena: nafta, gasovi i prirodni ugalj. Glavni izvor sumpora i njegovih derivata su vulkanske erupcije, ali je ljudska aktivnost (industrijska, ekonomska) ubrzala i obogatila ovaj proces. Značajna količina ove supstance akumulira se u podzemnim vodama, glini, gipsu, na dnu jezera i mora, u nafti, prirodnom gasu i uglju, u slanim močvarama i u vodama okeana. Kruženje sumpora u biosferi odvija se uz pomoć mikroorganizama, a tome doprinosi i vlaga koja isparava s površine ogromne vodene površine, pada u obliku padavina i sa otpadom se vraća u mora i okeane. potoci rijeka.
Ime
Tokom razvoja alhemije postojalo je nekoliko imena,koji je označavao savremeni hemijski element sumpor. Na koju se supstancu mislilo nije sasvim jasno, možda se radilo o spojevima, rudi ili sumpor-dioksidu. U periodičnom sistemu Mendeljejeva, sumpor je označen simbolom S (Sumpor). Ovaj latinski naziv nema jasno porijeklo, vjerovatno je pozajmljen iz starogrčkog jezika, a može se prevesti kao "gori". Izraz koji se koristi u ruskom jeziku ima vrlo drevne korijene. Riječ "sumpor" označavala je tvari neugodnog mirisa, zapaljive smjese. Postoji i verzija o porijeklu imena iz boje tvari: „svijetložuta“, „siva“, odnosno nije definirana. Tako se zovu sve smole. Drugo ime supstance, koje se ne koristi u modernim vremenima, je "bauk". Takođe definiše pojmove zapaljivosti i lošeg mirisa. Filolozi su došli do zaključka da ova riječ ima sanskrtski korijen "ubiti", što je vjerovatno zbog svojstava sumpor-dioksida.
Fizička svojstva sumpora
U zavisnosti od alotropske modifikacije, veze unutar elementa variraju. Uobičajeno je razlikovati tri formirana tipa rešetke (stabilan lanac atoma): rombična, plastična, monoklinska. Boja i fizička svojstva supstance sumpor zavise od modifikacije. Najstabilnija i najčešća su ciklična jedinjenja S8. Upravo je ovaj tip lanca karakterističan za kristalni sumpor, krhku tvar žućkaste nijanse. Plastične i monokliničke modifikacije su nestabilne i pretvaraju se u cikličku strukturuspontano neko vrijeme nakon prijema. Formula sumpora u ovom slučaju sadrži simbol S4 ili S6. U normalnim uvjetima (sobna temperatura), stabilno jedinjenje je rombični lanac: u procesu zagrijavanja, tvar prelazi u tekuće stanje agregacije, a zatim se zgušnjava. Postepeno hlađenje proizvodi igličaste kristale monoklinskog sumpora, koji su tamno žute boje. Kada rastopljena tvar stupi u interakciju s hladnom vodom, formira se plastična alotropna modifikacija, koja ima strukturu sličnu gumi, sastoji se od nekoliko polimernih lanaca i ima prljavo žutu (tamnu) boju. Najčešći opis sumpora je žuta čvrsta supstanca koja ne stupa u interakciju s vodom i ostaje na njenoj površini. Kao rastvarači se mogu koristiti organska jedinjenja: terpentin, ugljični disulfid itd. Sumpor kao jednostavna supstanca u normalnim uslovima ima sljedeća termodinamička svojstva:
- Relativna gustina – 2.070 g/cm3.
- Toplotna provodljivost - 300 K.
- Tačka topljenja - 112 oC.
- Molarni toplotni kapacitet - 22,6 J.
- Tačka ključanja - 444 oC.
- Molarni volumen - 15,5 cm3/mol.
U procesu zagrijavanja, broj atoma sumpora u molekulu se smanjuje. Na 300 oS, to je prilično aktivno pokretna tečnost; da bi se dobile pare, temperatura se povećava na 450 oS. U procesu se može dobiti monoatomski sumporzagrijavanje supstance do 1760 - S2 - S). Ova supstanca je loš provodnik struje i toplote, koja se široko koristi u svojoj primeni.
Hemijska svojstva
Sumpor reaguje sa svim metalima i formira sulfide. U većini slučajeva, kemijska reakcija zahtijeva katalizator, a to je toplina. U normalnim uslovima (sobna temperatura), povezivanje se dešava samo sa živom. Ovo svojstvo se koristi za neutralizaciju njegovih para, koje nastaju kao rezultat interakcije metalnih kapljica s kisikom. Element ne stupa u interakciju sa platinom, iridijumom, zlatom. Nastali sulfidi su zapaljiva jedinjenja koja, kada se zapale, prilično intenzivno gore. Sumpor pročišćen na otvorenom reaguje sa kiseonikom. Ovaj spoj karakterizira stvaranje bezbojnog plina (sumporni anhidrid) i sagorijevanje. Reverzibilna reakcija interakcije s vodikom nastaje kada se zagrije (po analogiji s ugljikom i silicijumom), nastali plinovi se nazivaju sumporovodik, ugljični disulfid. Kao i svi ostali elementi grupe VI periodnog sistema, sumpor interaguje u zatvorenoj cevi sa halogenima (fluor, brom, hlor, fosfor). Na sobnoj temperaturi reakcija je moguća samo s fluorom. Sumpor hlorid je supstanca koja se najviše koristi u hemijskoj industriji. Ne stupa u interakciju s vodom i kiselim otopinama, spojevi s alkalijama su reverzibilni - nastaju kada su izloženi katalizatoru. Mnogipostojeće kiseline i soli nastaju kao rezultat kombinacije (temperatura je preduvjet) sumpora s kisikom i vodonikom.
Elektronska struktura
Struktura atoma sumpora omogućava elementu da deluje kao oksidaciono sredstvo i redukciono sredstvo, i da u hemijskoj reakciji ima drugačiju valenciju. To je zbog raspodjele elektrona po nivoima. Jezgro atoma ima naboj od +16 sa atomskom masom od 32 (16 protona i neutrona), radijusom od 127 pm. Šema sumpora (elektronska) je sljedeća: S+16)2)8)6; u mirovanju - 1S22S22P63S23P4. Na trećem nivou, atom sumpora ima pet nezauzetih orbitala, tako da valencija u njegovim jedinjenjima varira u sledećim granicama: -2, +2, +4, +6, koje zavise od stepena njegove ekscitacije.
Depoziti
Količina proizvedenog sumpora raste iz godine u godinu. To je zbog prilično širokog spektra njegove primjene, koji stalno raste zbog tehnoloških otkrića i temeljitijeg proučavanja već poznatih kemijskih elemenata. U prirodi se sumpor nalazi u izvornom obliku i dio je velikog broja ruda. Ovisno o tome, koriste se različite metode njegove ekstrakcije. Stratiformne naslage su rasprostranjene u SAD, Iraku, regionu srednjeg Volga i Karpatskom regionu. Procentualno su najprofitabilniji, tamo se kopa od 50 do 60% sumpora. Karbonatne i sulfatne stijene leže u ogromnim slojevima, dosežu desetine metara u dubinu i nekoliko stotina u dužinu. Naslage slane kupole su tipične za regione intenzivne proizvodnje nafte. Najveća ležišta uključuju zonu Meksičkog zaljeva, koju paralelno razvijaju Sjedinjene Države, Čile i Meksiko. Najmodernija, nedavno formirana ležišta su vulkanogena ležišta. Njihovo nastanak vezuje se za tektonske greške u zemljinoj kori i djelovanje vulkana. Shodno tome, ovi depoziti se nalaze u Tihom okeanu. Japan i Rusija aktivno razvijaju ove zone. Na teritoriji Evroazije češća su naslage prirodnog sumpora, koji ima prilično drevno porijeklo i uglavnom se nalazi u površinskim slojevima. Planine Ural, ostrvo Sicilija, oblast Volga, regija Lavov su razvijena ležišta koja se razvijaju do danas. Svjetska proizvodnja sumpora iznosi više od 50 miliona tona godišnje, od čega 30% - grumen, 33% - plin i naftni proizvodi, 14% - prerada industrijskih emisija, 16% - od sulfida, 6% - od sulfata.
Metode rudarenja
U zavisnosti od dubine pojave rude koja sadrži sumpor, koriste se različiti načini njenog vađenja i dalje prerade. Fizička svojstva sumpora, bez obzira na način ekstrakcije, u prvi plan stavljaju sigurnost procesa. U pravilu, naslage ove tvari praćene su velikim nakupljanjem toksičnih plinova, a nisu isključeni ni slučajevi spontanog izgaranja. Površinski slojevi rude uklanjaju se slojevito pomoću bagera - ova metoda je najmanje opasna (podložno svim tehnološkim zahtjevima). Sumporrafinirano se dobija kao rezultat dalje prerade u odgovarajućim preduzećima, gde se isporučuje iz kamenoloma. Postoje različite metode prečišćavanja i obogaćivanja: termička, centrifugalna, filtracija, parno-vodena, ekstrakcija.
Mnogo je teže izdvojiti sumpor koji se nalazi u podzemnim slojevima. Rudnička metoda - zbog ispuštanja popratnog plina - praktički je nedostupna, pa se metoda Hermanna Frasch prilično uspješno koristi od 1895. godine. Najproduktivniji je u razvoju bogatih ležišta i omogućava značajne uštede u troškovima transporta i troškova dalje prerade rude, jer podrazumijeva oslobađanje čiste tvari. Princip instalacije je jednostavan: slojevi rude koji sadrže sumpor se tretiraju toplom vodom koja se dovodi kroz cijev. Unutar njega se nalaze još dvije cilindrične odvojene posude, koje su predviđene za dovod plina i izlaz iz gotovog proizvoda. Zbog niske tačke topljenja, sumpor sa malom količinom nečistoća izlazi na površinu pod pritiskom.
Prijava
Glavni potrošač sumpora je hemijska industrija, koja ne može postojati bez kiselina na bazi ovog elementa. Segmenti proizvodnje tekstila, prerade nafte, hrane, celuloze, rudarstva ne mogu bez ove supstance. Formula sumpora omogućava upotrebu njegovih jedinjenja za proizvodnju eksploziva, šibica, gume, kozmetike, lekova itd. U poljoprivredi je supstanca koju razmatramo deo đubriva za zemljište (povećava procenatprobavljeni fosfor) i otrovi koji se koriste za tretiranje sjemena od raznih štetočina.
Pročišćeni sumpor se koristi za proizvodnju boja i blistavih kompozicija. Po stepenu ekstrakcije, prerade i upotrebe ovog elementa može se suditi o industrijskom potencijalu cijele države. Većina najnovijih dostignuća u mnogim naučno intenzivnim sektorima privrede zasniva se na upotrebi sumpora i njegovih jedinjenja. Teško je procijeniti puni potencijal ovog hemijskog elementa, koji je čovječanstvo koristilo od davnina i koji nastavlja aktivno učestvovati u tehnološkom evolucijskom procesu.
