SUMPOR: POVIJEST, SVOJSTVA, STRUKTURA, DOBIVANJE, UPORABE - KEMIJA - 2026

Sumpor je nemetalnih elemenata vodi, pod kisika, skupinu halogenog u periodnom sustavu. Naročito je smješten u skupini 16 s razdobljem 3, a predstavljen je kemijskim simbolom S. Od svojih prirodnih izotopa daleko je najzastupljenija ³² S (oko 94% svih atoma sumpora).

To je jedan od najbogatijih elemenata na Zemlji, koji čini oko 3% njegove ukupne mase. Drugim riječima, ako se uzme sav sumpor na planeti, mogla bi se sagraditi dva žuta mjeseca; postojala bi tri satelita umjesto jednog. Može usvojiti različita oksidacijska stanja (+2, -2, +4 i +6), pa su njegove soli brojne i obogaćuju zemljinu kore i jezgru.

Sumporni kristali. Izvor: Pixabay.

Sumpor je sinonim za žuto, loše mirise i pakao. Glavni razlog njegovih loših mirisa je zbog njegovih izvedenih spojeva; posebno sode i organske. Od ostatka, minerali su mu čvrsti i imaju boje koje uključuju žutu, sivu, crnu i bijelu (među ostalim).

To je jedan od elemenata koji najviše predstavlja veliki broj alotropa. Ona se može naći kao male, izolirane molekule S ₂ ili S ₃; kao prstena ili ciklusa, kao i ortorombskog monoklinski sumpor S ₈ najstabilniji i bogat svega; i kao spiralni lanci.

Ne nalazi se samo u zemljinoj kori u obliku minerala, već i u biološkim matricama naših tijela. Na primjer, sadrži aminokiseline cistin, cistein i metionin, proteine ​​željeza, keratin i neke vitamine. Prisutan je i u češnjaku, grejpu, luku, kupusu, brokoliju i cvjetači.

Kemijski je mekan element, a u nedostatku kisika formira sumporne minerale i sulfate. Izgara plavkast plamen i može se pojaviti kao amorfna ili kristalna kruta tvar.

Iako je neophodna za sintezu sumporne kiseline, jako korozivne tvari i neugodnih mirisa, zapravo je benigni element. Sumpor se može skladištiti u bilo kojem prostoru bez većih mjera opreza, sve dok se izbjegavaju požari.

Povijest sumpora

U Bibliji

Sumpor je jedan od najstarijih elemenata u povijesti čovječanstva; toliko da je njezino otkriće neizvjesno i nije poznato koja ga je drevna civilizacija prvi put koristila (4000 godina prije Krista). Na samim biblijskim stranicama može se pronaći popratna vatra i pakao.

Smatra se da pretpostavljeni miris sumpora iz pakla ima veze sa vulkanskim erupcijama. Njegov je prvi otkrivač zasigurno naišao na mine ovog elementa poput prašine ili žutih kristala u blizini vulkana.

antika

Ova žućkasta kruta tvar je ubrzo pokazala izuzetne ljekovite učinke. Na primjer, Egipćani su koristili sumpor za liječenje upale očnih kapaka. Također je ublažila mangan i akne, aplikaciju koja se danas može vidjeti u sumpornim sapunima i drugim dermatološkim predmetima.

Rimljani su ovaj element koristili u svojim ritualima, kao sredstvo za ispiranje. Kad izgori, oslobađa SO ₂, plin koji je preplavio prostorije, miješajući se s vlagom i pružajući antibakterijsko okruženje sposobno ubiti insekte.

Rimljani su, poput Grka, otkrili veliku zapaljivost sumpora, zbog čega je postala sinonim za vatru. Boja plavkastog plamena mora da je osvjetljavala rimske krugove. Vjeruje se da su Grci sa svoje strane koristili ovaj element za stvaranje zapaljivog oružja.

Kinezi su sa svoje strane saznali da su miješanjem sumpora sa soljerom (KNO ₃) i ugljenom stvorili materijalni crni prah koji je postavio povijesni zaokret, a to je izazvalo veliku potražnju i zanimanje za ovaj mineral u tadašnjim narodima.

Moderna vremena

Kao da barut nije dovoljno razlog za žudnju sumpora, sumporna kiselina i njezine industrijske primjene ubrzo su se pojavile. A štapom sumporne kiseline mjerila se količina bogatstva ili prosperiteta zemlje u odnosu na razinu njene potrošnje.

Tek je 1789. sjajni kemičar Antoine Lavoisier uspio prepoznati sumpor i klasificirati ga kao element. Tada je 1823. njemački kemičar Eilhard Mitscherlich otkrio da sumpor može pretežno kristalizirati na dva načina: romboedarski i monoklinski.

Povijest sumpora pratila je isti tijek njegovih spojeva i primjena. Uz ogroman industrijski značaj sumporne kiseline, pratili su je vulkanizacija guma, sinteza penicilina, eksploatacija rudnika, rafiniranje sirove nafte bogate sumporom, prehrana tla itd.

Svojstva

Fizički izgled

Krhka krutina u obliku praha ili kristala. Boja mu je limuna žute boje, nema okusa i nema miris.

Tekući izgled

Tekući sumpor jedinstven je po tome što njegova početna žuta boja postaje crvenkasta i pojačava se i potamni ako je izložena visokim temperaturama. Kada izgori, emitira svijetlo plave plamene.

Molekulska masa

32 g / mol.

Talište

115,21 ° C.

Vrelište

445 ° C.

točka paljenja

160 ° C.

Temperatura automatskog paljenja

232 ° C.

Gustoća

2,1 g / ml. Međutim, drugi alotropi mogu biti manje gusti.

Molarni toplinski kapacitet

22,75 J / mol K

Kovalentni polumjer

105 ± 15 sati.

Elektronegativnost

2,58 na Paulingovoj skali.

Polaritet

SS veze su apolarne jer oba atoma sumpora imaju istu elektronegativnost. Zbog toga su svi alotropi, ciklični ili lančani, nepolarni; stoga su njegove interakcije s vodom neučinkovite i u njoj se ne može otapati.

Međutim, sumpor može se otopiti u nepolarnim otapalima, kao što je ugljikov disulfid, CS ₂, i aromata (benzen, toluen, ksilen i sl).

ion

Sumpor može tvoriti različite ione, obično anione. Najpoznatija od svih je sumpor, S ^2-. S ^2- karakterizira to da je glomazan i ima meku Lewisovu podlogu.

Budući da je to meka baza, teorija kaže da će imati tendenciju stvaranja spojeva s mekim kiselinama; poput kationa prelaznog metala, uključujući Fe ²⁺, Pb ²⁺ i Cu ²⁺.

Struktura i elektronička konfiguracija

Sumporna kruna

S8 molekula, najstabilniji i najobilniji alotrop sumpora. Izvor: Benjah-bmm27.

Sumpor se može pojaviti u širokom rasponu alotropa; a oni zauzvrat imaju kristalne strukture koje se mijenjaju pod različitim pritiscima i / ili temperaturama. Stoga je sumpor element bogat alotropima i polimorfima, a proučavanje njegovih čvrstih struktura predstavlja beskrajni izvor teorijsko-eksperimentalnog rada.

Zašto takva strukturna složenost? Za početak, kovalentne veze u sumporu (SS) vrlo su jake i nadmašuju ih samo ugljik, CC i vodik, HH.

Sumpor, za razliku od ugljika, ne stvara tetraedre, već bumerang; koji se svojim kutovima preklapaju i zvone kako bi se stabilizirali lanci sumpora. Najpoznatiji prsten svega također predstavlja najstabilniji allotrope sumpora, S ₈ je „sumpor kruna” (gornja slika).

Imajte na umu da su sve SS veze u S ₈ izgledaju kao pojedinačne bumeranga, što je rezultiralo u ring s naborima i nije ravna na sve. To S ₈ kruna interakciji kroz London snaga se orijentirati na takav način da stvaraju strukturalne obrasce koje definiraju ortorompsku kristal; nazivaju S ₈ α (S-α ili jednostavno ortorombskog sumpor).

polimorfa

Sumporna kruna jedan je od mnogih alotropa za ovaj element. S ₈ α je polimorf ove krune. Postoje dvije druge (među najvažnije) pod nazivom S ₈ β i S ₈ γ (S-β i S-γ, respektivno). Oba polimorfa kristalizirati u monoklinski strukture, sa S ₈ γ kao gušći (y sumpor).

Sve tri su žute krute tvari. Ali kako dobiti svaki polimorf posebno?

S ₈ β se dobiva zagrijavanjem S ₈ sadržaj a na 93 ° C, a zatim omogućuje njegovo polagano hlađenje usporiti prelazi natrag u ortorombskom faze (a),. I S ₈ γ, s druge strane, kad se dobije S ₈ dobili a topi na 150 ° C, ponovno se omogućuje da se polagano ohladi, to je najgušća polimorfna sumporna kruna.

Ostali ciklički alotropi

Kruna S ₈ nije jedini ciklički allotrope. Postoje i drugi, kao što su S, ₄, S ₅ (analogno ciklopentan), S ₆ (predstavljen kao šesterokut cikloheksan) S ₇, S ₉, i S _10-20; potonji znači da mogu postojati prstenovi ili ciklusi koji sadrže od deset do dvadeset atoma sumpora.

Svaki od njih predstavlja različite ciklične alotrope sumpora; a zauzvrat, da to naglasim, imaju sorte polimorfa ili polimorfne strukture koje ovise o tlaku i temperaturi.

Na primjer, S ₇ ima do četiri poznata polimorfa: α, β, γ i δ. Članovi ili krune viših molekularnih masa proizvodi su organske sinteze i ne prevladavaju u prirodi.

Lanci sumpora

Lanac sumpora. Izvor: OpenStax

Kako je više atoma sumpora uključeno u strukturu, njihova sklonost prstenu opada, a lanci sumpora ostaju otvoreni i prihvaćaju spiralne formacije (kao da su spirale ili vijci).

I tako nastaje još jedna voluminozna obitelj sumpornih atrotropa koja se ne sastoji od prstenova ili ciklusa, već od lanaca (poput onog na slici gore).

Kad se ovi SS lanci paralelno postave u kristal, oni hvataju nečistoće i definiraju vlaknastu krutinu koja se naziva vlaknasta sumpora ili S-ψ. Ako između ovih paralelnih lanaca postoje kovalentne veze koje ih međusobno povezuju (kao što se događa s vulkanizacijom gume), imamo laminarni sumpor.

Kada sumpor S ₈ talina, žućkasta tekuća faza koja se dobiva ako se može pretvoriti tamno porast temperature. To je zato što su SS veze prekinute, pa dolazi do termičkog procesa depolimerizacije.

Ova tekućina kada se ohladi pokazuje karakteristike plastike, a zatim stakla; to jest, dobiva se staklasti i amorfni sumpor (S-χ). Njegov sastav sastoji se od prstena i lanca sumpora.

A kad se iz amorfnog sumpora dobije smjesa vlaknastih i laminarnih alotropa, nastaje Crystex, komercijalni proizvod koji se koristi za vulkanizaciju gume.

Mali alotropi

Iako su posljednji, oni nisu manje važni (ili zanimljivi) od alotropa viših molekularnih masa. S je ₂ i S ₃ molekule su sulfurized verzije O ₂ i O ₃. U prvom su dva atoma sumpora spojena dvostrukom vezom, S = S, a u drugom su tri atoma s rezonantnim strukturama, S = SS.

I S ₂ i S ₃ su plinoviti. S ₃ prikazuje trešnja crvenu boju. Oboje imaju dovoljno bibliografskog materijala za svaki pokrivajući pojedinačni članak.

Elektronska konfiguracija

Konfiguracija elektrona za atom sumpora je:

3s ² 3p ⁴

Može dobiti dva elektrona kako bi dovršio svoj valentni oktet i tako imao oksidacijsko stanje -2. Isto tako, može izgubiti elektrone, počevši od dva u svojoj 3p orbitali, oksidacijsko stanje je +2; ako izgubite još dva elektrona, s tim da su im orbita 3p prazna, vaše stanje oksidacije će biti +4; a ako izgubite sve elektrone bit će +6.

dobivanje

mineraloški

Sumpor je dio mnogih minerala. Među njima su pirit (FeS ₂), galena (PbS), kovelit (CuS) i drugi sulfatni i sulfidni minerali. Njihovom obradom mogu se izdvojiti ne samo metali, već i sumpor nakon niza reduktivnih reakcija.

Na čist način se može dobiti i u vulkanskim otvorima, gdje se s porastom temperature topi i prolijeva nizbrdo; A ako zapne vatra, noću će izgledati poput plavkaste lave. Uz naporan rad i naporan fizički rad, sumpor se može skupiti kao što se to često radilo na Siciliji.

Sumpor se također može naći u podzemnim rudnicima, koji su napravljeni da pumpaju pregrijanu vodu kako bi je rastopili i premjestili na površinu. Ovaj postupak dobivanja poznat je pod nazivom Frasch Process, koji se trenutno malo koristi.

Ulje

Danas većina sumpora potječe iz naftne industrije, jer su njegovi organski spojevi dio sastava sirove nafte i njezinih rafiniranih derivata.

Ako je sirovi ili pročišćeni proizvod bogat sumporom i podvrgava hidrodesulfurizacije, to će otpustiti velike količine H ₂ S (smrdljivi plin koji miriše pokvareni jaja):

RSR + 2H ₂ → 2 RH + H ₂ S

H ₂ S, tada se kemijski tretirane u postupku Clauss, sažeti u sljedećim kemijskim jednadžbi:

3 O ₂ + 2 H ₂ S → 2 SO ₂ + 2 H ₂ O

SO ₂ + 2 H ₂ S → 3 S + 2 H ₂ O

Prijave

Neke od upotreba sumpora navedene su u nastavku i općenito:

- Bitan je element i za biljke i za životinje. Čak je prisutan u dvije aminokiseline: cistein i metionin.

- To je sirovina za sumpornu kiselinu, spoj koji je uključen u proizvodnju nebrojenih komercijalnih proizvoda.

- U farmaceutskoj industriji koristi se za sintezu derivata sumpora, pri čemu je penicilin najpoznatiji od primjera.

- Omogućuje vulkanizaciju guma povezivanjem polimernih lanaca sa SS vezama.

- Njegova žuta boja i mješavine s drugim metalima čine je poželjnom u industriji pigmenata.

- Pomiješani s anorganskom matricom, poput pijeska i stijena, beton i sumporni asfalt pripremaju se za zamjenu bitumena.

Rizici i mjere opreza

Sumpor je sam po sebi bezopasna, netoksična tvar, a također ne predstavlja potencijalne rizike, osim ako ne reagira na druge spojeve. Njegove sulfatne soli nisu opasne i s njima se može rukovati bez većih mjera opreza. To nije slučaj, ali sa plinovitim derivatima: SO ₂ i H ₂ S, oba visoko toksični.

Ako se nalazi u tekućoj fazi, može izazvati ozbiljne opekotine. Ako se proguta u velikim količinama može potaknuti proizvodnju H ₂ S u crijevima. Inače, ne predstavlja nikakav rizik za one koji ga žvaču.

Općenito govoreći, sumpor je siguran element koji ne zahtijeva previše mjere opreza, osim što ga drži podalje od vatre i jakih oksidacijskih sredstava.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Neorganska kemija. (Četvrto izdanje). Mc Graw Hill.
2. Laura Crapanzano. (2006). Polimorfizam sumpora: strukturni i dinamički aspekti. Fizika.Université Joseph-Fourier - Grenoble I. Engleski. fftel-00204149f
3. Wikipedia. (2019). Alotropi sumpora. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
4. Meyer Beat. (1976). Elementarni sumpor. Kemijski pregledi, svezak 76, br. 3.
5. Dr. Doug Stewart. (2019). Činjenice elementa sumpora. Chemicool. Oporavilo od: chemicool.com
6. Donald W. Davis i Randall A. Detro. (2015). Povijest sumpora. Georgia Gulf Sulphur Corporation. Oporavilo od: georgiagulfsulfur.com
7. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (11. siječnja 2019.). 10 zanimljivih sumpornih činjenica. Oporavilo od: misel.com
8. Boone, C.; Bond, C.; Hallman, A.; Jenkins, J. (2017). Opći podaci o sumporu; Nacionalni informativni centar za pesticide, usluge proširenja Sveučilišta Oregon State. npic.orst.edu