1. Історична довідка.

2. Фізичні властивості.

3. Хімічні властивості.

4. Видобуток сірчаних руд і отримання сірки.

5. Застосування сірки.

Сірка S - хімічний елемент VI групи періодично системи Мендеева, атомний номер 16, атомна маса 32,064. Тверде крихка речовина жовтого кольору.

Історична довідка.

Сірка в самородному стані, а також у вигляді сполук, наприклад сульфідів, відома з найдавніших часів. Жерці використовували її в складі «священних кадило» при деяких релігійних обрядах. Різні горючі суміші для військових цілей також містили сірку. Ще у Гомера згадуються «сірчані випари» і смертельне дія продуктів горіння сірки. Вона входила до складу «грецького вогню», що наводили жах на супротивників.

У 941 р. під стінами Царгорода було знищено флот київського князя Ігоря. У літописному зводі подій «Повість временних літ», складеному в Києві, так описаний похід Ігоря: «Наче блискавку ... що на небі, греки мають у себе і пускали її, спалюючи нас, тому ми і не здолали їх ». Дружинники князя захищалися від «грецького вогню» щитами, волячими шкурами, але зазнали поразки. Греки викидали палаючу суміш через мідні труби, встановлені на бортах візантійських кораблів. Склад цієї суміші був невідомий. Греки тримали його в таємниці. Припускають, що до неї входили нафта, різні горючі масла, смола, селітра, клен, сірка та речовини, які фарбували полум'я.

Горючість сірки, легкість, з якою вона з'єднується з металами, пояснюють причину, чому її вважали «принципом горючості» і обов'язковою складовою частиною металевих руд. Наївна вірування алхіміків про сере виражено в невеликому вірші Н. А. Михайловим:

Сім металів створив світ. Мідь, залізо, срібло,

За кількістю семи планет: Злато, олово, свинець ...

Дав нам Космос на добро Сину мій! сірка їм батько !..

У VIII-IX ст. у творах арабських алхіміків розглядається ртутно-сірчана теорія складу металів, згідно з якою походження всіх металів пояснювалося поєднанням сірки і ртуті. Ці погляди зберігалися в Європі аж до XVIII ст. Народження металів в середні віки, звичайно, мислилося при благословенні католицької церкви, як це і зображено в ілюстрації до книги «Сім ключів мудрості», приписується алхімік Базиль Валентину.

Елементарну природу сірки встановив француз Антуан Лоран Лавуазьє (за освітою юрист, а за покликанням хімік) у своїх дослідах по спалювання.

Давньоруська назва «сірка» вживається дуже давно. Мабуть, воно походить від санскритського слова «сира», що означає світло-жовтий. Але є й інша давньоруське назву сірки - «жупел» (сірка горюча).

Сірка -це порошок жовтого кольору. Для неї характерно кілька модифікацій, що відрізняються один від одного будовою молекул і деякими властивостями. Так, ромбічна і моноклініческая сірка завжди складається з восьміатомних кільцеподібних молекул S8.

                                            Відмінність у властивостях кристалічних модифікацій сірки обумовлено не числом атомів у молекулі, як наприклад в молекулах кисню і озону, а однаковою структурою кристалів. На малюнку 5 показано зовнішній вигляд кристалів ромбічної і моноклініческой сірки. Ромбічна сірка зазвичай жовтого, а моноклініческая блідо-жовтого кольору.

Третя модифікація сірки пластична. Вона складається з нерегулярно розташованих зигзагоподібних ланцюгів Sn, де п сягає кількох тисяч. Інші модифікації сірки побудовані з молекул S2 (пурпурова) і S6 (помаранчево-жовта).

Скільки б аллотропних видозмін ні утворював хімічний елемент, за певних заданих умовах абсолютно стійким з них, як правило, виявляється лише якесь одне. Для сірки найстійкішою аллотропной модифікацією при звичайних умовах при нормальному тиску і температурі не вище 95,6 ° С є ромбічна сірка. У неї при кімнатній температурі (або близької до кімнатної) перетворюються всі інші форми. Наприклад, при кристалізації з розплаву сірки спочатку виходять голчасті кристали моноклініческой форми, які при температурі нижче 95,6 ° С переходять в ромбічні. При температурі вище 95,6 ° С стійка моноклініческая сірка.

Подібні перетворення відбуваються і з іншими модифікаціями сірки. Так, якщо розплавлену сірку вилити в холодну воду, утворюється еластична, багато в чому схожа на гуму коричнева маса. Перехід з однієї аллотропной форми в іншу супроводжується поглинанням теплоти:

S D S - Q кДж

кристал - пласти-

вої чна

Таку пластичну сірку можна отримати в умовах шкільної лабораторії. Вона нестійка і через деякий час стане крихкою, придбає жовтий колір, тобто поступово буде перетворюватися на ромбічну.

Фізичні властивості.

Плавлення сірки відбувається в інтервалі температур 112-119,3 ° С (в залежності від чистоти зразка). При цьому зі збільшенням температури до 155 ° С в'язкість розплаву зменшується і зростає в тисячі разів в інтервалі температур 155-187 ° С. Потім знову настає спад. На малюнку 10 показано, як змінюється в'язкість розплаву сірки при нагріванні. Є декілька пояснень цього явища. Одне з них такий, Із зростанням температури від 155 до 187 ° С, ймовірно, відбувається значне зростання молекулярної маси. Кільцеві молекули Ss руйнуються й утворюються інші - у вигляді довгих ланцюгів з декількох тисяч атомів. В'язкість розплаву збільшується. При 187 ° С вона досягає величини понад 90 н • сек/м2, тобто майже як у твердої речовини. Подальше підвищення температури веде до розриву ланцюгів, і рідина знову стає рухомий, в'язкість

розплаву зменшується. При 300 ° С сірка переходить в текуче стан, а при 444,6 ° С закипає. В залежності від температури в її парах виявляють молекули S8, S6, S4, S2. При 1760 ° С пари сірки одноатомних. Таким чином, зі збільшенням температури кількість атомів в молекулі поступово зменшується:

S8 "S6" S4 "S2" S

Зміна складу молекул викликає зміна забарвлення парів сірки від оранжево-жовтого до солом'яно-жовтого.

Сірка в звичайних умовах мають різний колір (див. вище). Забарвлення цих речовин обумовлена здатністю поглинати якусь частину спектру білого світу. У результаті цього вони пофарбовані в який-небудь додатковий (до кольору поглинання променів) колір. Додатковими, або взаімокомпенсірующімі, до білого кольору є наступні пари поєднання кольорів: червоний - синій, жовтий -- синій, зелений - пурпурний і т. д. «Віднімання» будь-якого кольору з білого дає додаткову забарвлення речовини. Так, ромбічна сірка поглинає синій колір, тому вона пофарбована в жовтий, кристалічний Моноклінна селен червоного кольору, тому що поглинає блакитний.

Сірка зовсім не проводить струму та при терті заряджається негативним електрикою, тому з неї роблять кола електричних машин, у яких електричний заряд збуджується за допомогою тертя. Дуже погано проводить сірка і тепло. Якщо в ній міститься менше 0,1% домішок, то при зігріванні шматка сірки в руці чується своєрідний тріск, і трапляється, що шматок розпадається на частини. Це відбувається через напруг, що виникають у шматку внаслідок його нерівномірного розширення у зв'язку з малою теплопровідністю сірки.

Хімічні властивості.

Сірка в звичайних умовах з воднем не з'єднується. Лише при нагріванні відбувається оборотна реакція:

Н2 + S D H2S + 20,92 кДж/моль

Рівновага її при 350 ° С зміщений вправо, а при більш високій температурі - ліворуч.

Всі елементи VI групи взаємодіють з галогенами. Відомі галогеніди сірки, селену і телуру та інших елементів групи. Наприклад, хлорид або бромід сірки одержують при нагріванні сірки з галогенами в запаяної трубці:

2S + Br2 = 83 Br2

2S + Cl2 = S2Cl2

Хлорид сірки S2Cl2 є добрим розчинником багатьох хімічних сполук сірки. Зокрема, у хімічній промисловості його використовують як розчинник сірки в процесі вулканізації каучуку.

Сірка з водою і розведеними кислотами не взаємодіють, у той час як телур окислюється водою при температурі 100-160 ° С:

Ті + 2Н2О == ТеO2 + 2Н2 #

З лугами сірка взаємодіють з утворенням сульфідів і сульфітів (реакція обра-тімая):

3S + 6КОН D 2К2S + К2SО4 + ЗH2O

Сірка, так само як і кисень, взаємодіє з усіма металами, крім золота, платини, іридію, з утворенням сульфідів. Ці реакції відбуваються зазвичай при нагріванні, але з деякими металами і без нагрівання. Так, зі ртуттю сірка вступає в реакцію в звичайних умовах при простому зіткненні речовин. Якщо в лабораторії розлили ртуть (виникла небезпека отруєння парами ртуті), її спочатку збирають, а ті ділянки, де ртутні краплі не можна витягти, засипають порошкоподібної сіркою. Відбувається реакція з утворенням нешкідливого сульфіду ртуті (II), або кіноварі:

Hg + S = HgS

У шкільних умовах можна легко отримати сульфіди деяких металів, наприклад CuzS. Для цього в пробірку, закріплену в штативі, вносять трохи сірки і нагрівають її до кипіння. Потім щипцями вводять в пари сірки попередньо підігріту смужку мідної фоль-ги. Мідь енергійно взаємодіє із сіркою: 2 Сu + S = Cu2S                                                ВИДОБУТОК СЕРНА руд і ОТРИМАННЯ Сірки

В давнину і в середні віки сірку добували примітивним способом. В землю вкопують великий глиняний горщик, на який ставили інший, але з від-верст за день. Останній заповнювали породою, утримуючи

щей сірку, і потім нагрівали. Сірка плавилася і стікала в нижній горщик.

В даний час руди добувають різними способами, залежно від умов їх залягання. Але в будь-якому випадку велика увага приділяється техніці безпеки. Адже часто покладів сірчаних руд супроводжують скупчення отруйного газу - сірководню. Та й сама сірка може самозайматися. При відкритому способі видобутку сірки крокуючий екскаватор знімає пласти порід, під якими залягає руда. Рудні пласти дроблять вибухами і далі брили руди відправляють на

сероплавільіий завод, де з них витягують сірку. Якщо сірка залягає глибоко і в значній кількості, то її отримують за методом Фраша. У цьому випадку сірку розплавляють під землею і через свердловину, подібно до нафти, викачують на поверхню, тобто цей спосіб заснований на легкоплавкості сірки і її порівняно невеликий щільності.

Установка Фраша досить бурх проста: труба в трубі. У простір між трубами подається перегріта вода і по ньому йде в пласт, а по внутрішній трубі, яка обігрівається з усіх боків, піднімається

                                            розплавлена сірка. У сучасному варіанті установка Фраша доповнена третє, більш вузької, трубою. Через неї в сверд, ВТУ подається стиснене повітря, який піднімає на поверхню розплавлений-у сірку.

Руда, отримана з шахт, кар'єрів, звичайно переробляється з попереднім збагаченням. Відомо кілька методів вилучення сірки з руд: пароводяні, фільтраційні, термічні, центріфугальние і екстракційний.        

                               Калькарона                                             

Термічні методи добування сірки з руд найбільш старі. Ще у XVIII ст. в Неаполітанському королівстві сірку виплавляли в купах-«сольфаторах». До цих пір в Італні виплавляють сірку в примітивних печах-калькаронах. Калькарона-один із самих старих сіркоплавильний печей. Це відкрита зверху камера циліндричної форми. Зазвичай калькарони мали у своєму розпорядженні на виступах скель або поглиблювали в землю. Шматки руди в такі печі укладали певним чином:

внизу-великі, зверху-маленькі. При цьому обов'язково залишали вертикальні ходи для тяги. Цей процес є малоефективним: 45% втрат, так як частка сірки спалюють для отримання теплоти, необхідної при виплавці сірки з руди.

Італія стала батьківщиною і другого методу вилучення сірки з руд-пароводяного, попередника автоклавного. У цьому процесі сірчана руда, що містить до 80% сірки, надходить в автоклав. Туди ж під тиском подають водяну пару. Пульпу нагрівають до 130 ° С. Сірка, що міститься в концентраті, плавиться і відокремлюється від по-роди. Після недовгого відстою сірку зливають і тільки потім з автоклава випускають суспензія порожньої породи у воді - «хвости». Останні містять досить багато сірки і знову надходять на збагачувальну фабрику. Сучасні автоклави-це величезні апарати заввишки з чотириповерховий будинок. Такі автоклави встановлені у нас в Прикарпатті, зокрема на сіркоплавильний заводі Роздольського гірничохімічної комбінату.

Іноді пусту породу відокремлюють від розплавленої сірки на спеціальних фільтрах. У нашій країні використовують метод поділу на центрифугах.

Проте сірка, отримана виплавкою з руди (будівельне сірка), звичайно містить ще багато домішок. Подальшу очищення її виробляють перегонкою у рафінованих печах, де сірка нагрівається до кипіння. Пари сірки надходять в викладену цеглою камеру. Спочатку, поки камера холодна, сірка переходить в твердий стан і осідає на стінках у вигляді світло-жовтого порошку (сірчаний колір). Коли камера нагріється вище 120 ° С, пари конденсуються в рідину, яку випускають з камери у форми, де вона і застигає у вигляді паличок. Отримана в такий спосіб сірка називається Черенкова.

Способи отримання сірки в різних країнах неоднакові. Так, у США та Мексиці застосовують у основному ме-тод Фраша. В Італії (вона займає третє місце з видобутку сірки серед капіталістичних держав) використовують різні методи переробки сірчаних сицилійських руд і руд з Марокко. Японія має значні запаси сірки вулканічного походження. Франція і Канада, що не мають самородної сірки, розвинули її велике виробництво з газів. В Англії та ФРН переробляють сировину, яка містить сірку (FeS2), а елементарну сірку купують, тому що в цих країнах немає власних сірчаних родовищ.

                                            СРСР і соціалістичних-ські країни завдяки власним джерелам сировини застосовують різноманітні методи видобутку сірки. За по-останню роки зросла виробництво сірки із природного і газів, що відходять кольоровий металургії.

Зазвичай в сере, яку одержують з руд, залишається після її очищення 0,6% домішок, а в сере, отриманої з газів, - тільки 0,2%. При цьому газова сірка значно дешевше.

У теперішній час в Узбекистані пущена перша черга Мубарекского газоперерабативаюшего заводу-одного з найбільших підприємств вітчизняної газовій хімічної промисловості. Близько селища Мубарек Кашкадар'їнській області було виявлено потужне родовище природного газу, що містить 6% сіро-водню. Сірку стали отримувати з сірководню при нагріванні його в присутності каталізаторів. Щодня нове підприємство буде переробляти 4,7 млрд. м3 природного газу і випускати 220 тис. т чистої сірки. Отримуючи сірку в цей спосіб, попутно очищають великі кількості природного газу від домішок. ЗАСТОСУВАННЯ сірки

Основним споживачем сірки є хімічна промисловість. Приблизно половина що видобувається в світі сірки йде на виробництво сірчаної кислоти, роль якої в хімічній промисловості велика. Щоб отримати 1 т сірчаної кислоти, потрібно спалити 300 кг сірки.

Велика кількість сірки витрачається на виробництво чорного пороху, сірковуглецю, різних барвників, що світяться складів і бенгальських вогнів.

                                         Значну частину світової видобутку сірки поглинає паперова промисловість. Для того щоб провести 1 7 целюлози, потрібно затратити понад 100 кг сірки.

У гумової промисловості сірка застосовується для перетворення каучуку в гуму. Свої цінні властивості (пружність, еластичність і ін) каучук набуває після змішування з сіркою і нагрівання до певної температури. Такий процес носить назву вулканізації. Остання може бути гарячою і холодною. У пер-вом випадку

каучук нагрівають з сіркою до 130-160 ° С. Цей спосіб був запропонований в 1839 р. Ч. Гудіром. У другому випадку процес ведуть без нагрівання, обробляючи каучук хлоридом сірки S2C12. Холодна вулканізація була запропонована в 1J846 р. А. Паркс. Сутність вулканізації полягає в утворенні нових зв'язків між полімерними групами. При цьому містки можуть містити 1, 2, 3 і т. д. атомів сірки:

Склад, розподіл і енергія зв'язків-С-Sn-С-

визначають багато найважливіших фізико-механічні властивості вулканізованої матеріалів. Якщо до каучуку приєднується 0,5-5% сірки, то утворюється м'яка гума (автомобільні покришки, камери, м'ячі, трубки і т. д.). Приєднання до каучуку 30-50% сірки призводить до утворення жорсткого нееластичного матеріалу-ебоніту. Він являє собою тверду речовину і є хорошим електричним ізолятором.

У сільському господарстві сірка застосовується як в елементарному виді, так і у вигляді сполук. Встановлено, що потреба рослин у цьому елементі трохи менше фосфору. Сірчані добрива впливають не тільки на кількість, але й якість врожаю. Дослідами доведено, що сірчані добрива впливають на морозостійкість злаків. Вони сприяють утворенню органічних речовин, що містять сульфогідрільние групи-S-Н. Це призводить до зміни внутрішньої структури білків, їх гідрофільності, що підвищує морозостійкість рослин в цілому. Застосовують сірку в сільському господарстві і для боротьби з хворобами рослин, головним чином винограду і бавовнику.

У медицині використовується як елементарна сірка, так і її сполуки. Наприклад, мелкодисперсная сера-основа мазей, необхідних для лікування різних грибкових захворювань шкіри. Всі сульфамідні препарати, (сульфідін, сульфазол, норсульфазол, сульфодімезін, стрептоцид та ін)-це органічні сполуки сірки, наприклад:

Зростає кількість сірки, що добувається з надр землі, з промислових газів, при очищенні палива. У світі зараз уже виробляється на 10% сірки більше, ніж використовується. Їй шукають нові сфери застосування, передбачають використовувати в будівельній індустрії. У Канаді вже виготовлений сірчаний пінопласт, який буде застосований у будівництві шосейних доріг і при прокладанні трубопроводів в умовах вічної мерзлоти. У Монреалі по-стрункий одноповерховий будинок, що складається з незвичайних блоків: 70% піску та 30% сірки. Готується блоки в металевих формах спікання при температурі 120 ° С. За міцності і стійкості вони не поступаються цементним. Захист їх від окислення досягається фарбуванням будь-яким синтетичним лаком. Можна споруджувати гаражі, магазини, склади та дачі. З'явилися відомості й про інших будівельних матеріалах, що містять сірку. Виявилося, що за допомогою сірки можна одержувати відмінні асфальтові покриття, здатні при спорудженні автострад замінювати триразове кількість гравію. Така, наприклад, суміш 13,5% сірки, 6% асфальту і 80,5% піску.