Sumpor je jedan od najčešćih elemenata zemljine kore. Najčešće se nalazi u sastavu minerala koji osim njega sadrže i metale. Vrlo su zanimljivi procesi koji nastaju kada se postigne vrelište i talište sumpora. Te ćemo procese, kao i poteškoće povezane s njima, analizirati u ovom članku. Ali prvo, zaronimo u povijest otkrića ovog elementa.
Povijest
U svom izvornom obliku, kao iu sastavu minerala, sumpor je poznat od antike. U starogrčkim tekstovima opisano je otrovno djelovanje njegovih spojeva na ljudski organizam. Sumporni dioksid koji se oslobađa tijekom izgaranja spojeva ovog elementa doista može biti smrtonosan za ljude. Oko 8. stoljeća sumpor se počeo koristiti u Kini za izradu pirotehničkih smjesa. Nije ni čudo, jer se u ovoj zemlji vjeruje da je izmišljen barut.
Čak iu starom Egiptu ljudi su poznavali metodu pečenja rude koja sadrži sumpor na bazi bakra. Ovako se kopao metal. Sumpor je izašao u obliku otrovnog plina SO2.
Unatoč tome što je poznat od antičkih vremena, saznanje o tome što je sumpor, došlo je zahvaljujući radu francuskog prirodoslovca AntoineaLavoisier. On je bio taj koji je ustanovio da je to element, a produkti njegovog izgaranja su oksidi.
Ovdje je tako kratka povijest upoznavanja ljudi s ovim kemijskim elementom. Zatim ćemo detaljno govoriti o procesima koji se odvijaju u utrobi zemlje i dovode do stvaranja sumpora u obliku u kojem je sada.
Kako nastaje sumpor?
Postoji uobičajena zabluda da se ovaj element najčešće nalazi u svom izvornom (to jest, čistom) obliku. Međutim, to nije sasvim točno. Prirodni sumpor se najčešće nalazi kao inkluzija u drugoj rudi.
Trenutno postoji nekoliko teorija o podrijetlu elementa u njegovom najčišćem obliku. Oni upućuju na razliku u vremenu nastanka sumpora i rudama u kojima je prošaran. Prva, teorija singeneze, pretpostavlja stvaranje sumpora zajedno s rudama. Prema njenim riječima, neke bakterije koje žive u oceanu, reducirale su sulfate u vodi u sumporovodik. Potonji se, pak, podigao, gdje je, uz pomoć drugih bakterija, oksidiran u sumpor. Pala je na dno, pomiješana s muljem, a zatim su zajedno formirali rudu.
Suština teorije epigeneze je da je sumpor u rudi nastao kasnije od njega samog. Ovdje postoji nekoliko grana. Govorit ćemo samo o najčešćoj verziji ove teorije. Sastoji se od toga: podzemne vode, koje teku kroz nakupine sulfatnih ruda, obogaćuju se njima. Zatim, prolazeći kroz naftna i plinska polja, sulfatni ioni se reduciraju u sumporovodik zbog ugljikovodika. Vodikov sulfid, koji se diže na površinu, oksidira seatmosferski kisik u sumpor, koji se taloži u stijenama, tvoreći kristale. Ova teorija u posljednje vrijeme nalazi sve više potvrda, ali pitanje kemije tih transformacija ostaje otvoreno.
Od procesa nastanka sumpora u prirodi, prijeđimo na njegove modifikacije.
Alotropija i polimorfizam
Sumpor, kao i mnogi drugi elementi periodnog sustava, postoji u prirodi u nekoliko oblika. U kemiji se nazivaju alotropske modifikacije. Postoji rombični sumpor. Talište mu je nešto niže od one druge modifikacije: monokliničke (112 i 119 stupnjeva Celzija). I razlikuju se u strukturi elementarnih stanica. Rombični sumpor je gušći i stabilniji. Može, kada se zagrije na 95 stupnjeva, prijeći u drugi oblik - monoklinički. Element o kojem raspravljamo ima analoge u periodnom sustavu. Znanstvenici još uvijek raspravljaju o polimorfizmu sumpora, selena i telura. Oni imaju vrlo blizak odnos jedni s drugima, a sve modifikacije koje tvore vrlo su slične.
A zatim ćemo analizirati procese koji se događaju tijekom taljenja sumpora. Ali prije nego počnete, trebali biste se malo uroniti u teoriju strukture kristalne rešetke i fenomena koji se događaju tijekom faznih prijelaza materije.
Od čega je napravljen kristal?
Kao što znate, u plinovitom stanju, tvar je u obliku molekula (ili atoma) koji se nasumično kreću u prostoru. u tekućoj tvarinjegove sastavne čestice su grupirane, ali još uvijek imaju prilično veliku slobodu kretanja. U solidnom agregatnom stanju sve je malo drugačije. Ovdje se stupanj uređenosti povećava do svoje maksimalne vrijednosti, a atomi tvore kristalnu rešetku. Naravno, u njemu postoje fluktuacije, ali one imaju vrlo malu amplitudu i to se ne može nazvati slobodnim kretanjem.
Svaki kristal se može podijeliti na elementarne ćelije - takve uzastopne spojeve atoma koji se ponavljaju kroz cijeli volumen spoja uzorka. Ovdje je vrijedno pojasniti da takve stanice nisu kristalna rešetka, a ovdje se atomi nalaze unutar volumena određene figure, a ne na njezinim čvorovima. Za svaki kristal su individualni, ali se mogu podijeliti u nekoliko glavnih tipova (singonija) ovisno o geometriji: triklinički, monoklinički, rombični, romboedarski, tetragonalni, heksagonalni, kubični.
Ajmo ukratko analizirati svaku vrstu rešetki, jer su podijeljene u nekoliko podvrsta. I počnimo s time kako se mogu razlikovati jedni od drugih. Prvo, to su omjeri duljina stranica, a drugo, kut između njih.
Dakle, triklinička singonija, najniža od svih, je elementarna rešetka (paralelogram), u kojoj sve strane i kutovi nisu međusobno jednaki. Još jedan predstavnik takozvane niže kategorije singonija je monoklinička. Ovdje su dva ugla ćelije pod kutom od 90 stupnjeva, a sve strane imaju različite duljine. Sljedeći tip koji pripada najnižoj kategoriji je rombička singonija. Ima tri nejednake strane, ali sve kutove figurejednaki su 90 stupnjeva.
Pređimo na srednju kategoriju. A njezin prvi član je tetragonalna singonija. Ovdje je, po analogiji, lako pogoditi da su svi kutovi lika koji predstavlja jednaki 90 stupnjeva, a također su dvije od tri strane jednake jedna drugoj. Sljedeći predstavnik je romboedarska (trigonalna) singonija. Ovdje stvari postaju malo zanimljivije. Ovu vrstu definiraju tri jednake stranice i tri jednaka kuta, ali nisu ravni.
Posljednja varijanta srednje kategorije je heksagonalna singonija. Još je više poteškoća u definiranju. Ova je opcija izgrađena na tri strane, od kojih su dvije jednake i tvore kut od 120 stupnjeva, a treća je u ravnini okomitoj na njih. Ako uzmemo tri ćelije heksagonalne singonije i pričvrstimo ih jednu za drugu, dobit ćemo cilindar sa šesterokutnom bazom (zato ima takav naziv, jer "hexa" na latinskom znači "šest").
Pa, vrh svih singonija, koji ima simetriju u svim smjerovima, je kubičan. Ona jedina pripada najvišoj kategoriji. Ovdje možete odmah pogoditi kako se može okarakterizirati. Svi kutovi i stranice su jednaki i tvore kocku.
Dakle, završili smo analizu teorije o glavnim skupinama singonija, a sada ćemo detaljnije reći o strukturi različitih oblika sumpora i svojstvima koja iz toga proizlaze.
Struktura sumpora
Kao što je već spomenuto, sumpor ima dvije modifikacije: rombičnu i monoklinsku. Nakon odjeljka o teorijiSigurno je postalo jasno po čemu se razlikuju. Ali cijela stvar je da se, ovisno o temperaturi, struktura rešetke može promijeniti. Cijela poanta je u samom procesu transformacija koje nastaju kada se postigne talište sumpora. Tada je kristalna rešetka potpuno uništena, a atomi se mogu više ili manje slobodno kretati u prostoru.
No, vratimo se na strukturu i značajke takve tvari kao što je sumpor. Svojstva kemijskih elemenata uvelike ovise o njihovoj strukturi. Na primjer, sumpor, zbog osobitosti kristalne strukture, ima svojstvo flotacije. Njegove čestice ne vlaži voda, a mjehurići zraka koji se zalijepe na njih izvlače ih na površinu. Dakle, grudasti sumpor pluta kada je uronjen u vodu. To je osnova za neke metode odvajanja ovog elementa iz mješavine sličnih. Zatim ćemo analizirati glavne metode za ekstrakciju ovog spoja.
Proizvodnja
Sumpor se može pojaviti s različitim mineralima, a time i na različitim dubinama. Ovisno o tome, odabiru se različite metode ekstrakcije. Ako je dubina plitka i pod zemljom nema nakupina plinova koji ometaju rudarenje, tada se materijal rudari otvorenom metodom: slojevi stijena se uklanjaju i, pronalazeći rudu koja sadrži sumpor, šalju se na preradu. Ali ako ti uvjeti nisu ispunjeni i postoje opasnosti, tada se koristi metoda bušotine. Treba da dostigne točku taljenja sumpora. Za to se koriste posebne instalacije. Aparat za taljenje grudnog sumpora u ovoj metodi jednostavno je neophodan. Ali o ovom procesu - malokasnije.
Općenito, kod vađenja sumpora na bilo koji način postoji velika opasnost od trovanja, jer se kod njega najčešće talože sumporovodik i sumpordioksid koji su vrlo opasni za čovjeka.
Da bismo bolje razumjeli nedostatke i prednosti određene metode, upoznajmo se s metodama prerade rude koja sadrži sumpor.
Izvlačenje
I ovdje postoji nekoliko trikova temeljenih na potpuno različitim svojstvima sumpora. Među njima su termalni, ekstrakcijski, parno-vodeni, centrifugalni i filtracijski.
Najprovjereniji od njih su termalni. Temelje se na činjenici da su vrelišta i tališta sumpora niže od onih u rudama u koje se on "upliće". Jedini problem je što troši puno energije. Za održavanje temperature nekada je bilo potrebno spaliti dio sumpora. Unatoč svojoj jednostavnosti, ova metoda je neučinkovita, a gubici mogu doseći rekordnih 45 posto.
Pratimo granu povijesnog razvoja, pa prelazimo na metodu pare i vode. Za razliku od toplinskih metoda, ove metode se još uvijek koriste u mnogim tvornicama. Čudno je da se temelje na istom svojstvu - razlici u točki vrelišta i talištu sumpora od onih za pridružene metale. Jedina razlika je kako se grijanje odvija. Cijeli se proces odvija u autoklavu – posebnim instalacijama. Tu se isporučuje obogaćena ruda sumpora koja sadrži do 80% iskopanog elementa. Zatim se topla voda pod pritiskom pumpa u autoklav.pare. Zagrijavanjem do 130 stupnjeva Celzija, sumpor se topi i uklanja iz sustava. Naravno, ostaju takozvani repovi - čestice sumpora koje plutaju u vodi nastale kondenzacijom vodene pare. Oni se uklanjaju i vraćaju u proces, budući da sadrže i mnogo elemenata koji su nam potrebni.
Jedna od najmodernijih metoda - centrifuga. Usput, razvijen je u Rusiji. Ukratko, njegova je bit u tome da se talina mješavine sumpora i minerala s kojom je popraćena uroni u centrifugu i vrti velikom brzinom. Teža stijena se udaljava od središta zbog centrifugalne sile, dok sam sumpor ostaje viši. Zatim se rezultirajući slojevi jednostavno odvajaju jedan od drugog.
Postoji još jedna metoda koja se također koristi u proizvodnji do danas. Sastoji se od odvajanja sumpora od minerala kroz posebne filtere.
U ovom članku ćemo razmotriti isključivo termalne metode za izdvajanje elementa koji je za nas nedvojbeno važan.
Proces topljenja
Proučavanje prijenosa topline tijekom taljenja sumpora je važno pitanje, jer je ovo jedan od najekonomičnijih načina za ekstrakciju ovog elementa. Parametre sustava možemo kombinirati tijekom grijanja, a trebamo izračunati njihovu optimalnu kombinaciju. U tu svrhu provode se studija prijenosa topline i analiza značajki procesa taljenja sumpora. Postoji nekoliko vrsta instalacija za ovaj proces. Kotao za taljenje sumpora je jedan od njih. Uz ovaj proizvod dobivate predmet koji tražite- samo pomoćnik. Međutim, danas postoji posebna instalacija - aparat za taljenje grudnog sumpora. Može se učinkovito koristiti u proizvodnji za proizvodnju sumpora visoke čistoće u velikim količinama.
Za gornju svrhu, 1890. godine izumljena je instalacija koja omogućuje topljenje sumpora na dubini i ispumpavanje na površinu pomoću cijevi. Njegov dizajn je prilično jednostavan i učinkovit u akciji: dvije cijevi nalaze se jedna u drugoj. Para pregrijana na 120 stupnjeva (točka taljenja sumpora) cirkulira kroz vanjsku cijev. Kraj unutarnje cijevi dopire do naslaga elementa koji nam je potreban. Kada se zagrije vodom, sumpor se počinje topiti i izlaziti. Sve je prilično jednostavno. U modernoj verziji, instalacija sadrži još jednu cijev: nalazi se unutar cijevi sa sumporom, a komprimirani zrak struji kroz nju, zbog čega se talina brže diže.
Postoji još nekoliko metoda, a jedna od njih doseže talište sumpora. Dvije elektrode su spuštene pod zemlju i kroz njih se propušta struja. Budući da je sumpor tipičan dielektrik, ne provodi struju i počinje se jako zagrijavati. Tako se topi i uz pomoć cijevi, kao u prvoj metodi, ispumpava se. Ako žele poslati sumpor u proizvodnju sumporne kiseline, onda se on zapali pod zemljom i nastali plin se vadi. Dalje se oksidira u sumporov oksid (VI), a zatim se otopi u vodi, čime se dobiva konačni proizvod.
Analizirali smo taljenje sumpora, taljenje sumpora i metode njegove ekstrakcije. Sada je vrijeme da saznamo zašto su potrebne tako složene metode. Zapravo, analiza procesa taljenja sumpora isustav kontrole temperature potreban je kako bi se dobro očistio i učinkovito primijenio konačni proizvod ekstrakcije. Uostalom, sumpor je jedan od najvažnijih elemenata koji igraju ključnu ulogu u mnogim područjima našeg života.
Prijava
Nema smisla govoriti gdje se koriste spojevi sumpora. Lakše je reći gdje se ne primjenjuju. Sumpor se nalazi u bilo kojoj gumi i proizvodima od gume, u plinu koji se dovodi u domove (tamo je potrebno identificirati curenje ako do njega dođe). Ovo su najčešći i jednostavni primjeri. Zapravo, primjene sumpora su bezbrojne. Nabrojati ih sve jednostavno je nerealno. Ali ako to učinimo, ispostavit će se da je sumpor jedan od najbitnijih elemenata za čovječanstvo.
Zaključak
Iz ovog članka naučili ste koja je točka taljenja sumpora, zašto nam je ovaj element toliko važan. Ako vas zanima ovaj proces i njegovo proučavanje, vjerojatno ste naučili nešto novo za sebe. Na primjer, to mogu biti značajke taljenja sumpora. U svakom slučaju, nema granice savršenstvu, a poznavanje procesa koji se odvijaju u industriji neće nikoga od nas ometati. Možete samostalno nastaviti svladavati tehnološke zamršenosti procesa ekstrakcije, ekstrakcije i obrade sumpora i drugih elemenata sadržanih u zemljinoj kori.
