coolreferat.com.ua сторінка 1


S

16







Сірка







t o кип. (O С)

444,674

Степ.окіс.

-2 +4 +6




32,066




t o плав. (o С)

119,3

Щільність

2070 (a) 1 960 (b)




3s 2 3p 4




ОЕО

2,60

в зем. корі

0,052%







Сірка - одна з небагатьох речовин, якими вже кілька тисяч дет назад оперували перші «хіміки». Вона стала служити людству задовго до того, як зайняла в таблиці Менделєєва клітку під 16.

Про один з найдавніших (хоча і гіпотетичних!) Застосуванні сірки розповідають багато старовинні книги. Як джерело тепла при термообробці грішників сірку живописуют і Новий і Старий заповіти. І якщо книги такого роду не дають достатніх підставі для археологічних розкопок у пошуках залишків райських кущ або геєни вогненної, то їх свідоцтво про те, що стародавні були знайомі з сіркою і деякими її властивостями, можна прийняти на віру.

Одна з причин цієї популярності - поширеність самородної сірки в країнах найдавніших цивілізацій, Родовища цього жовтого пального речовини розроблялися греками і римлянами, особливо в Сицилії, яка аж до кінця минулого століття славилася в основному сіркою.

З найдавніших часів сірку використовували для релігійно-містичних цілей, її запалювали при різних церемоніях і ритуалах. Але так само давно елемент № 16 придбав і цілком мирські призначення: сірої чорнили зброю, її вживали при ізготовленіі- косметичних та лікарських мазей, її палили для відбілювання тканин та для боротьби з комахами. Видобуток сірки значно збільшилася після того, як був винайдений чорний порох. Адже сірка (разом з вугіллям і селітрою) -Неодмінно його компонент.

І зараз порохове виробництво споживає частина видобутої сірки, щоправда досить незначну. Нині сірка - один з найважливіших видів сировини для багатьох хімічних виробництв. І в цьому причина безперервного зростання світового виробництва сірки.

Походження сірки

Великі скупчення самородної сірки зустрічаються не так вже часто. Частіше вона присутня в деяких рудах. Руда самородної сірки - це порода з вкрапленнями чистої сірки.

Коли утворилися ці вкраплення - одночасно з супутніми породами чи пізніше? Від відповіді на це питання залежить напрямок пошукових і розвідувальних робіт. Але, незважаючи на тисячоліття спілкування із сірою, людство досі не має однозначної відповіді. Існує декілька теорій, автори яких дотримуються протилежних поглядів.

Теорія сингенезу (т. Е. Одночасного освіти сірки і які вміщали порід) передбачає, що освіта самородної сірки відбувалося в мілководних басейнах. Особливі бактерії відновлювали сульфати, розчинені у воді, до сірководню, який піднімався вгору, потрапляв у окислювальну зону і тут хімічним шляхом або за участю інших бактерій окислявся до елементарної сірки. Сірка осаджувалася на дно, і згодом містить сірку мул утворив руду.

Теорія епігенеза (вкраплення сірки утворилися пізніше, ніж основні породи) має декілька варіантів. Найпоширеніший з них припускає, що підземні води, проникаючи крізь товщі порід, збагачуються сульфатами. Якщо такі води стикаються з родовищами нафти або природного газу, то іони сульфатів відновлюються вуглеводнями до сірководню. Сірководень піднімається до поверхні і, окисляючи, виділяє чисту сірку в пустотах і тріщинах порід.

В останні десятиліття знаходить все нові підтвердження одна з різновидів теорії епігенеза - теорія метасоматоза (у перекладі з грецької «метасоматоз» означає заміщення). Відповідно до неї в надрах постійно відбувається перетворення гіпсу CaSO4-H2O і ангідриту CaSО4 в сірку і кальцит СаСО3. Ця теорія створена 1935 року радянськими вченими Л. М. Миропільська і Б. П. Кротовим. На її користь говорить, зокрема, такий факт.

У 1961 році в Іраку було відкрито родовище Мішрак. Сірка тут укладена в карбонатних породах, які утворюють звід, підтримуваний йдуть углиб опорами (в геології їх називають крилами). Крила ці складаються в основному з ангідриту і гіпсу. Така ж картина спостерігалася на вітчизняному родовищі Шор-Су.

Геологічне своєрідність цих родовищ можна пояснити тільки з позицій теорії метасоматоза: первинні гіпси і ангідрити перетворилися у вторинні карбонатні руди з вкрапленнями самородної сірки. Важливо не тільки сусідство мінералів - середнє вміст сірки в руді цих родовищ одно змістом хімічно зв'язаної сірки в ангідрит. А дослідження ізотопного складу сірки і вуглецю в руді цих родовищ дали прихильникам теорії метасоматоза додаткові аргументи.

Але є одне «але»: хімізм процесу перетворення гіпсу в сірку і кальцит поки не ясний, і тому немає підстав вважати теорію метасоматоза єдино правильною. На землі і зараз існують озера (зокрема, Сірчане озеро біля Серноводське), де відбувається сингенетичні відкладення сірки і сірконосних мул не містить пі гіпсу, ні ангідриту.

Все це означає, що різноманітність теорій і гіпотез про походження самородної сірки - результат не тільки і не стільки неповноти наших знань, скільки складності явищ, що відбуваються в надрах. Ще з елементарної шкільної математики всі ми знаємо, що до одного результату можуть призвести різні шляхи. Цей закон поширюється і на геохімію.

Видобуток сірки

Сірчані руди добувають різними способами-в залежності від умов залягання. Але в кожному разі доводиться приділяти багато уваги техніці безпеки. Покладам сірки майже завжди супроводжують скупчення отруйних газів - сполук сірки. До того ж не можна забувати про можливість її самозаймання.

Видобуток руди відкритим способом відбувається так. Крокуючі екскаватори знімають пласти порід, під якими залягає руда. Вибухами рудний пласт дроблять, після чого брили руди відправляють на збагачувальну фабрику, а звідти-на сіркоплавильний завод, де з концентрату витягують сірку. Методи вилучення-різні. Про деякі з них буде розказано нижче. А тут доречно коротко описати свердловинний метод видобутку сірки з-під землі, що дозволив Сполученим Штатам Америки та Мексиці стати найбільшими постачальниками сірки.

В кінці минулого століття на півдні Сполучених Штатів було відкрито найбагатші поклади сірчаної руди. Але підступитися до пластів було непросто: у шахти (а саме шахтним способом передбачалося розробляти родовище) просочувався сірководень і перекривав доступ до сірки. Крім того, пробитися до сірконосних пластів заважали піщані пливуни. Вихід знайшов хімік Герман Фраш, запропонував плавити сірку під "землею і через свердловини, подібні до нафтових, викачувати її на поверхню. Порівняно невисока (менше 120 ° С) температура плавлення сірки підтверджувала реальність ідеї Фраша. У 1890 році почалися випробування, що призвели до успіху.

В принципі установка Фраша дуже нескладна: труба в трубі. У простір між трубами подається перегріта вода і по ньому надходить у пласт. А по внутрішній яка обігрівається з усіх сторін, трубі піднімається розплавлена ​​сірка. Сучасний варіант установки Фраша доповнений третьої - найбільш вузької трубою. Через неї в свердловину подається стиснене повітря, що допомагає підняти розплавлену сірку на поверхню. Одне з основних переваг методу Фраша - в тому, що він дозволяє вже на першій стадії видобутку одержати порівняно чисту сірку. При розробці багатих руд цей метод досить ефективний.

Раніше вважалося, що метод підземної виплавки сірки застосуємо тільки в специфічних умовах «соляних куполів» тихоокеанського узбережжя США і Мексики. Проте досліди, проведені в Польщі та СРСР, спростували цю думку. У народній Польщі цим методом вже видобувають дуже багато сірки; в 1968. році пущені перші сірчані свердловини і в СРСР.

А руду, отриману в кар'єрах і шахтах, доводиться переробляти (часто з попереднім збагаченням), використовуючи для цього різні технологічні прийоми.

Відомо кілька методів отримання сірки з сірчаних руд: пароводяні, фільтраційні, термічні, центрифугальні і екстракційні.

Термічні методи вилучення сірки - найстаріші. Ще у XVIII столітті в Неаполітанському королівстві виплавляли сірку в купах - «сольфатарам». До цих пір в Італії виплавляють сірку в примітивних печах - «калькаронах». Тепло, необхідне для виплавлення сірки з руди, отримують, спалюючи частку видобутої сірки. Процес цей малоефективний, втрати досягають 45%.

Італія стала батьківщиною і пароводяних методів вилучення сірки з руд. У 1859 році Джузеппе Джилл отримав патент на свій апарат - попередник нинішніх автоклавів. Автоклавний метод (значно вдосконалений, звичайно) використовується і зараз у багатьох країнах.

У автоклавном процесі збагачений концентрат сірчаної руди, що містять до 80% сірки, у вигляді рідкої пульпи з реагентами подається насосами в автоклав. Туди ж під тиском подається водяну пару. Пульпа нагрівається до 130 ° С. Сірка, що міститься в концентраті, плавиться і відокремлюється від породи. Після недовгого відстою виплавлена ​​сірка зливається. Потім з автоклава випускаються «хвости» -взвесь порожньої породи у воді? Хвости містять досить багато сірки і знову надходять на збагачувальну фабрику.

У Росії автоклавний спосіб був вперше застосований інженером К. Г. Паткановим в 1896 році.

Сучасні автоклави - це величезні апарати заввишки з чотириповерховий будинок. Такі автоклави встановлені, зокрема, на сіркоплавильного заводі Роздольського горнохимического комбінату в Прикарпатті.

На деяких виробництвах, наприклад на великому сірчаному комбінаті в Тарнобжеге (Польща), порожню породу відокремлюють від розплавленої сірки на спеціальних фільтрах. Метод поділу на спеціальних центрифугах розроблений нещодавно в нашій країні. Словом, «руду золоту (точніше - золотаву) відокремлювати від породи порожній» можна по-різному.



По-різному і задовольняють свої потреби в сере різні країни. Мексика і США використовують в основному метод Фраша. Італія, що займає з видобутку сірки третє місце серед капіталістичних держав, продовжує добувати і переробляти (різними методами) сірчані руди сицилійських родовищ і провінції Марко. У Японії є значні запаси сірки вулканічного походження. Франція і Канада, що не мають самородної сірки, розвинули велике виробництво, її з газів. Немає власних сірчаних родовищ і в Англії та Німеччині. Свої потреби в сірчаної кислоти вони покривають за рахунок переробки серусодержащего сировини (переважно піриту), а елементарну сірку імпортують.

Росія повністю задовольняють свої потреби завдяки власним джерелам сировини.Після відкриття та освоєння багатих Прикарпатських родовищ СРСР і Польща значно збільшили виробництво сірки. Ця галузь промисловості продовжує розвиватися. Були побудовані нові великі підприємства на Україні, реконструйовані старі комбінати на Волзі і в Туркменії, розширено виробництво сірки з природного газу і відхідних газів.

Кристали в макромолекули

У тому, що сірка-самостійний хімічний елемент, а не з'єднання, перший переконався великий французький хімік Антуан Лоран Лавуазьє в XVIII столітті.

З тих пір уявлення про сірці як елементі змінилися не дуже сильно але значно заглибилися і доповнилися.

Зараз відомо, що елемент № 16 складається з суміші чотирьох стійких ізотопів з масовими числами 32, 33, 34 і 36. Це типовий неметал.

Лимонно-жовті кристали чистої сірки напівпрозорі. Форма кристалів не завжди однакова. Найчастіше зустрічається ромбічна сірка (найбільш стійка модифікація) - кристали мають вигляд октаедрів зі зрізаними кутами. У цю модифікацію при кімнатній (або близькою до кімнатної) температурі перетворюються всі інші модифікації. Відомо, наприклад, що при кристалізації з раплава (температура плавлення сірки 119,5 ° С) спочатку виходять голчасті кристали (моноклинная форма). Але ця модифікація нестійка, і при температурі нижче 95,6 ° С вона переходить в ромбічну. Подібний процес відбувається і з іншими модифікаціями сірки.

Нагадаємо відомий досвід - отримання пластичної сірки.

Якщо розплавлену сірку вилити в холодну воду, утворюється еластична, багато в чому схожа на гуму маса. Її можна отримати і у вигляді ниток. Але минає кілька днів, і маса перекрісталлізуется, стає жорсткою і ламкою.

Молекули кристалів сірки завжди складаються з восьми атомів (S8), а відмінність у властивостях модифікацій сірки пояснюється поліморфізмом - неоднаковим будовою кристалів. Атоми в молекулі сірки побудовані в замкнутий цикл

SSS

/ \

SS

\ /

SSS



При плавленні зв'язку в циклі рвуться, і циклічні молекули перетворюються на лінійні.

Незвичайного поводження серь приплавленні даються різні тлумачення. Одне з них - таке. При температурі від 155 до 187 °, мабуть, відбувається значне зростання молекулярного ваги, це підтверджується багаторазовим збільшенням в'язкості. При 187 ° С в'язкість розплаву сягає мало ні тисячі пуаз, виходить майже тверда речовина. Подальше зростання температури призводить до зменшення в'язкості (молекулярна вага падає). При 300 ° С сірка знову переходить в текучий стан, а при 444,6 ° С закипає.

У пари сірки з підвищенням температури число атомів у молекулі поступово зменшується:

S8 -> S6-> S4 -> S2. При 1700 ° С пари сірки одноатомни.



Коротко про з'єднаннях сірки

За поширеністю елемент, № 16 займає -15-е місце. Вміст сірки в земній корі становить 0,05% за вагою. Це чимало.

До того ж сірка хімічно активна і вступає 'в реакції з більшістю елементів. Тому в природі сірка зустрічається не тільки у вільному стані, а й у вигляді різноманітних неорганічних сполук. Особливо поширені сульфати, (головним чином лужних і лужноземельних, металів) і сульфіди (заліза, міді, цинку, свинцю). Сірка є і у вугіллі, сланцях, нафти, природних газах, в організмах тварин і рослин.

При взаємодії сірки з металами, як правило, виділяється досить багато тепла. У реакціях з киснем сірка дає кілька оксидів, з них найважливіші SО2 і SО3 - ангідриди сірчистої Н2SО3 і сірчаної Н2SО4 кислот. Поєднання сірки з воднем - сірководень Н2S - дуже отруйний, смердючий газ, завжди присутній в місцях гниття органічних залишків. Земна

кора в місцях, розташованих поблизу родовищ сірки, часто містить досить значні кількості сірководню. У водному розчині цей газ володіє кислотними властивостями. Зберігати його розчини на повітрі можна, він окислюється з виділенням сірки:

2H2S + О2 = 2Н2О + 2S.



Сірководень - сильний відновник. Цим його властивістю користуються у багатьох хімічних виробництвах.

Для чого потрібна сірка

Серед речей, що оточують нас, мало таких, для виготовлення яких не потрібні були б сірка та її сполуки. Папір і гума, ебоніт і сірники, тканини і ліки, косметика і пластмаси, вибухівка і фарба, добрива та отрутохімікати - ось далеко не повний перелік речей і речовин, для виробництва яких потрібен елемент № 16. Для того щоб виготовити, наприклад, автомобіль, потрібно витратити близько 14 кг сірки. Можна без перебільшення сказати, що промисловий потенціал країни досить точно визначається споживанням сірки.

Значну частину світового видобутку сірки поглинає паперова промисловість (сполуки сірки допомагають виділити целюлозу). Для того щоб зробити одну тонну целюлози, потрібно затратити понад 100 кг сірки. Багато елементарної сірки споживає і гумова промисловість - для вулканізації каучуков.

У сільському господарстві сірка застосовується як в елементарному вигляді, так і в різних з'єднаннях. Вона входить до складу мінеральних добрив і препаратів для боротьби зі шкідниками. Поряд з фосфором, калієм та іншими елементами сірка необхідна рослинам. Втім, більша частина вноситься в грунт сірки не засвоюється ними, але допомагає засвоювати фосфор. Сірку вводять в грунт разом з фосфоритного борошном. Наявні в грунті бактерії окислюють її, що утворюються сірчана і сірчиста кислоти реагують з фосфоритами, і в результаті виходять фосфорні сполуки, добре засвоювані рослинами.

Однак основний споживач сірки - хімічна промисловість. Приблизно половина видобутої у світі сірки йде виробництво сірчаної кислоти. Щоб отримати одну тонну H2SО4, потрібно спалити близько 300 кг сірки. А роль сірчаної кислоти: у хімічній промисловості порівняти з роллю хліба в нашому харчуванні.

Значна кількість сірки (і сірчаної кислоти) витрачається при виробництві вибухових речовин і сірників. Чиста »звільнена від домішок сірка потрібна для виробництва барвників і світних складів.

Сполуки сірки знаходять застосування в нафтохімічній промисловості. Зокрема, вони необхідні при. -виробництво антидетонаторов, мастильних речовин для апаратури надвисоких тисків; в охолоджуючих маслах, прискорюючих обробку .металла, міститься іноді до 18% сірки.

Перерахування прикладів, підтверджуючих першорядну важливість елемента № 16, можна було б продовжити, але «не можна обійняти неосяжне». Тому побіжно згадаємо, що сірка необхідна і таким галузям промисловості, як гірничодобувна, харчова, текстильна, і - поставимо крапку.

* * *

Наше століття вважається століттям «екзотичних» матеріалів - трансуранових елементів, титану, напівпровідників, і так далі. Але зовні невибагливий, давно відомий елемент № 16 продовжує залишатися абсолютно необхідним. Підраховано, що у виробництві 88 з 150 найважливіших хімічних продуктів використовують або саму сірку, або її сполуки.
Реферат з хімії

Тема: «Сірка»

Учениці 9 «ч» класу

Середньої школи № 27

Зима Анни


Бішкек 2001р.