Sumpor je tvar koju čovječanstvo trenutno proučava gotovo u potpunosti. U davna vremena smatrao se 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 sustav i dodijelio mu broj 16. Ova tvar bila je naširoko korištena u Homerovo doba, osim toga, neke informacije (uvjetno pouzdane) o njoj mogu naći u Novom i Starom zavjetu.
Kemijski element
Bilo je prilično teško sistematizirati informacije skupljene tijekom stoljeća o takvoj tvari kao što je sumpor preko noći. Mnogi znanstvenici su se bavili time, ali D. I. Mendeleev je uspio utvrditi njegovu pripadnost klasi kemijskih elemenata. U periodnom sustavu označen je brojem 16. Sumpor se nalazi u trećem razdoblju, šestoj skupini glavne podskupine, atomska masa je 32, gustoća(u normalnim uvjetima) - 2070 kg/m3.
Povijest upotrebe
Drevni ljudi su aktivno koristili fizička svojstva sumpora, koja su im bila poznata. Bogovi zemlje, ili podzemni ljudi, obdareni posebnim kvalitetama, smatrali su se izvorom njegove pojave. Karakterističan miris ove tvari i lakoća njezina paljenja bili su korisni crkvenim službenicima tijekom raznih vjerskih obreda i protjerivanja "zlih duhova". U budućnosti se sumpor počeo koristiti u vojne svrhe, bio je dio zapaljivih smjesa. S velikim stupnjem vjerojatnosti može se tvrditi da je korištena za stvaranje "grčke vatre", koja je nadahnula sveti užas na neprijatelja. U svakodnevnom životu sumpor i njegovi spojevi koristili su se u kozmetologiji, poljoprivredi, uz njegovu su pomoć izbjeljivali tkanine i uklanjali parazite. U staroj Kini prvi pirotehnički pokusi izvedeni su pomoću sumpora. Dobivene smjese još nisu bile barut, ali su poslužile kao osnova za stvaranje njegove formule, koja je, usput rečeno, modernizirana u modernim uvjetima. Međutim, u početnoj fazi, sumpor je bio njegova osnova. Kemija, točnije, alkemija tog vremena, ovaj element naziva "ocem svih metala". Takav zaključak temelji se na prisutnosti sumpora u mnogim rudama i njegovoj povećanoj zapaljivosti. Lavoisier uspijeva razbiti ovaj mit 1789. godine. Znanstvenik je taj element pripisao nemetalima i, kako su daljnja istraživanja pokazala, bio je u pravu. U medicini su se spojevi sumpora koristili kao antiseptički i antiparazitski agensi.
U prirodi
Sumpor u stijenama zemljine korejavlja dosta često. Po dostupnosti i rasprostranjenosti zauzima 16. mjesto među svim kemijskim elementima. Struktura atoma sumpora omogućuje da ova tvar bude u svom čistom obliku (pod određenim prirodnim uvjetima). Ali u većini slučajeva, dio je raznih ruda, u spojevima tvori sulfide i sulfate. Najčešće su njegove veze s metalima: željezni pirit (pirit), cinober, olovni sjaj (galena), cinkova mješavina (sfalerit). U oceanima postoje sulfati magnezija, kalcija, natrija. Do danas je identificirano više od 200 naziva minerala. Druga - prema masenom udjelu sadržaja - skupina je gips, kieserit, glauberova sol. Sumpor je dio proteinskih molekula, odnosno nalazi se u životinjskim organizmima. Organski spojevi su vrlo široko zastupljeni: nafta, plinovi i prirodni ugljen. Glavni izvor sumpora i njegovih derivata su vulkanske erupcije, ali je ljudska aktivnost (industrijska, gospodarska) ubrzala i obogatila ovaj proces. Značajna količina ove tvari akumulira se u podzemnim vodama, glini, gipsu, na dnu jezera i mora, u nafti, prirodnom plinu i ugljenu, u slanim močvarama i u vodama oceana. Krug sumpora u biosferi odvija se uz pomoć mikroorganizama, a tome pridonosi i vlaga koja isparava s površine golemog vodenog tijela, pada u obliku oborina i s otpadom se vraća u mora i oceane. potoci rijeka.
ime
Tijekom razvoja alkemije bilo je nekoliko imena,koji je označavao suvremeni kemijski element sumpor. Na koju se tvar mislilo nije sasvim jasno, možda se radilo o spojevima, rudi ili sumpor-dioksidu. U periodičnom sustavu Mendeljejeva, sumpor je označen simbolom S (Sumpor). Ovaj latinski naziv nema jasno podrijetlo, vjerojatno je posuđen iz starogrčkog jezika, a može se prevesti kao "gori". Izraz koji se koristi u ruskom ima vrlo drevne korijene. Riječ "sumpor" označavala je tvari neugodnog mirisa, zapaljive smjese. Postoji i verzija o podrijetlu imena iz boje tvari: "svijetložuta", "siva", odnosno nije definirana. Tako se zovu sve smole. Drugi naziv tvari, koji se ne koristi u moderno doba, je "bauk". Također definira pojmove zapaljivosti i lošeg mirisa. Filolozi su došli do zaključka da ova riječ ima sanskrtski korijen "ubiti", što je vjerojatno zbog svojstava sumporovog dioksida.
Fizička svojstva sumpora
Ovisno o alotropskoj modifikaciji, veze unutar elementa variraju. Uobičajeno je razlikovati tri formirana tipa rešetke (stabilan lanac atoma): rombična, plastična, monoklinska. Boja i fizikalna svojstva tvari sumpor ovise o modifikaciji. Najstabilniji i najčešći su ciklički spojevi S8. Upravo je ova vrsta lanca karakteristična za kristalni sumpor, krhku tvar žućkaste nijanse. Plastične i monokliničke modifikacije su nestabilne i pretvaraju se u cikličku strukturuspontano neko vrijeme nakon primitka. Formula sumpora u ovom slučaju sadrži simbol S4 ili S6. U normalnim uvjetima (sobna temperatura), stabilan spoj je rombični lanac: u procesu zagrijavanja tvar prelazi u tekuće stanje agregacije, a zatim se zgušnjava. Postupnim hlađenjem nastaju igličasti kristali monoklinskog sumpora, koji su tamnožute boje. Kada rastaljena tvar stupi u interakciju s hladnom vodom, nastaje 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 krutina koja ne stupa u interakciju s vodom, ostaje na njezinoj površini. Kao otapalo mogu se koristiti organski spojevi: terpentin, ugljični disulfid itd. Sumpor kao jednostavna tvar u normalnim uvjetima ima sljedeća termodinamička svojstva:
- Relativna gustoća – 2,070 g/cm3.
- Toplinska vodljivost - 300 K.
- Točka topljenja - 112 oC.
- Molarni toplinski kapacitet - 22,6 J.
- Vrelište - 444 oC.
- Molarni volumen - 15,5 cm3/mol.
U procesu zagrijavanja, broj atoma sumpora u molekuli se smanjuje. Na 300 oS, to je tekućina koja se prilično aktivno kreće; da bi se dobile pare, temperatura se povećava na 450 oS. U procesu se može dobiti monoatomski sumporzagrijavanje tvari do 1760 - S2 - S). Ova tvar je loš provodnik struje i topline, koja se naširoko koristi u svojoj primjeni.
Kemijska svojstva
Sumpor reagira sa svim metalima stvarajući sulfide. U većini slučajeva, kemijska reakcija zahtijeva katalizator, a to je toplina. U normalnim uvjetima (sobna temperatura) povezivanje se događa 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 s platinom, iridijem, zlatom. Nastali sulfidi su zapaljivi spojevi koji, kada se zapale, prilično intenzivno gore. Sumpor pročišćen na otvorenom reagira s kisikom. Ovaj spoj karakterizira stvaranje bezbojnog plina (sulfurni anhidrid) i izgaranje. Reverzibilna reakcija interakcije s vodikom događa se kada se zagrijava (po analogiji s ugljikom i silicijem), nastali plinovi nazivaju se sumporovodik, ugljični disulfid. Kao i svi drugi elementi skupine VI periodnog sustava, sumpor u zatvorenoj cijevi stupa u interakciju s halogenima (fluor, brom, klor, fosfor). Na sobnoj temperaturi reakcija je moguća samo s fluorom. Sumpor klorid je tvar koja se najviše koristi u kemijskoj industriji. Ne reagira s vodom i kiselinskim otopinama, spojevi s alkalijama su reverzibilni - nastaju kada su izloženi katalizatoru. Punopostojeće kiseline i soli nastaju kao rezultat kombinacije (temperatura je preduvjet) sumpora s kisikom i vodikom.
Elektronska struktura
Struktura atoma sumpora omogućuje elementu da djeluje kao oksidacijsko sredstvo i redukcijsko sredstvo, te da u kemijskoj reakciji ima drugačiju valenciju. To je zbog raspodjele elektrona po razinama. Jezgra atoma ima naboj od +16 s atomskom masom 32 (16 protona i neutrona), polumjerom od 127 pm. Shema sumpora (elektronska) je sljedeća: S+16)2)8)6; u mirovanju - 1S22S22P63S23P4. Na trećoj razini atom sumpora ima pet nezauzetih orbitala, pa valencija u njegovim spojevima varira u sljedećim granicama: -2, +2, +4, +6, koje ovise o stupnju njegove ekscitacije.
Depoziti
Količina proizvedenog sumpora raste svake godine. To je zbog prilično širokog raspona njegove primjene, koji neprestano 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 rasprostranjene su u SAD-u, Iraku, regiji srednjeg Volga i Karpatskom području. Procentualno su najprofitabilniji, tamo se kopa od 50 do 60% sumpora. Karbonatne i sulfatne stijene leže u ogromnim slojevima, dosežu desetke metara u dubinu i nekoliko stotina u dužinu. Naslage slane kupole tipične su za regije intenzivne proizvodnje nafte. Najveća ležišta uključuju zonu Meksičkog zaljeva koju paralelno razvijaju SAD, Čile i Meksiko. Najmodernije, nedavno formirane naslage su vulkanogene naslage. Njihovo podrijetlo povezuje se s tektonskim rasjedama u zemljinoj kori i djelovanjem vulkana. U skladu s tim, ta se naslage nalaze u Tihom oceanu. Japan i Rusija aktivno razvijaju ove zone. Na području Euroazije češća su naslage prirodnog sumpora, koji ima prilično drevno podrijetlo i uglavnom se nalazi u površinskim slojevima. Uralske planine, otok Sicilija, regija Volga, regija Lavov su razvijena ležišta koja se razvijaju do danas. Svjetska proizvodnja sumpora iznosi više od 50 milijuna tona godišnje, od čega 30% - grumen, 33% - plin i naftni proizvodi, 14% - prerada industrijskih emisija, 16% - od sulfida, 6% - od sulfata.
Metode rudarenja
Ovisno o dubini pojave rude koja sadrži sumpor, koriste se različite metode njezina vađenja i daljnje obrade. Fizička svojstva sumpora, bez obzira na način ekstrakcije, u prvi plan stavljaju sigurnost procesa. U pravilu, naslage ove tvari popraćene su velikim nakupljanjem otrovnih plinova, a nisu isključeni ni slučajevi spontanog izgaranja. Površinski slojevi rude uklanjaju se u slojevima pomoću bagera - ova metoda je najmanje opasna (podložno svim tehnološkim zahtjevima). Sumporrafinirani dobiva se kao rezultat njegove daljnje prerade u odgovarajućim poduzećima, gdje se isporučuje iz kamenoloma. Postoje različite metode pročišćavanja i obogaćivanja: termička, centrifugalna, filtracija, vodena para, ekstrakcija.
Puno je teže izdvojiti sumpor koji se nalazi u podzemnim slojevima. Rudnička metoda - zbog ispuštanja popratnog plina - praktički je nedostupna, stoga se metoda Hermanna Frasch prilično uspješno koristi od 1895. godine. Najproduktivniji je u razvoju bogatih ležišta i omogućuje značajne uštede u troškovima transporta i troškova daljnje prerade rude, budući da podrazumijeva oslobađanje čiste tvari. Princip ugradnje je jednostavan: slojevi rude koji sadrže sumpor tretiraju se toplom vodom, koja se dovodi kroz cijev. Unutar njega nalaze se još dvije cilindrične odvojene posude, koje su dizajnirane za opskrbu plinom i izlaz iz gotovog proizvoda. Zbog niske točke taljenja, sumpor s malom količinom nečistoća izlazi na površinu pod pritiskom.
Prijava
Glavni potrošač sumpora je kemijska industrija, koja ne može postojati bez kiselina na bazi ovog elementa. Segmenti proizvodnje tekstila, prerade nafte, hrane, celuloze, rudarstva ne mogu bez ove tvari. Formula sumpora omogućuje korištenje njegovih spojeva za proizvodnju eksploziva, šibica, gume, kozmetike, lijekova itd. U poljoprivredi je tvar koju razmatramo dio gnojiva za tlo (povećava postotakprobavljeni fosfor) i otrovi koji se koriste za tretiranje sjemena od raznih štetnika.
Pročišćeni sumpor se koristi za proizvodnju boja i svjetlećih kompozicija. Po stupnju ekstrakcije, obrade i korištenja ovog elementa može se suditi o industrijskom potencijalu cijele države. Većina najnovijih dostignuća u mnogim znanstveno intenzivnim sektorima gospodarstva temelji se na korištenju sumpora i njegovih spojeva. Teško je procijeniti puni potencijal ovog kemijskog elementa, koji čovječanstvo koristi od davnina i nastavlja aktivno sudjelovati u tehnološkom evolucijskom procesu.
