18.12: Хімія сірки

Last updated
Save as PDF

Page ID: 106100

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Опишіть властивості, підготовку та використання сірки

Сірка існує в природі як елементарні відкладення, а також сульфіди заліза, цинку, свинцю та міді, а також сульфати натрію, кальцію, барію та магнію. Сірководень часто є компонентом природного газу і зустрічається у багатьох вулканічних газах, як показано на малюнку\(\PageIndex{1}\). Сірка входить до складу багатьох білків і необхідна для життя.

Русло води всередині вулкана з парою, що надходить з води. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Вулканічні гази містять сірководень. (кредит: Даніель Джулі/Вікісховище)

Процес Фреша, проілюстрований на малюнку\(\PageIndex{2}\), має важливе значення при видобутку вільної сірки з величезних підземних родовищ в Техасі та Луїзіані. Перегріта вода (170° C і тиск 10 атм) витісняється по крайній з трьох концентричних труб до підземного родовища. Гаряча вода розтоплює сірку. Сама внутрішня труба проводить стиснене повітря в рідку сірку. Повітря змушує рідку сірку, змішану з повітрям, витікати вгору по вихідній трубі. Перенесення суміші у великі відстійники дозволяє твердій сірці відокремлюватися при охолодженні. Ця сірка є чистою від 99,5% до 99,9% і не вимагає очищення для більшості застосувань.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Процес Фреша використовується для видобутку сірки з підземних родовищ.

Більша кількість сірки також надходить із сірководню, відновленого під час очищення природного газу.

Сірка існує в декількох аллотропних формах. Стабільна форма при кімнатній температурі містить восьмичленні кільця, і тому справжньою формулою є S ₈. Однак хіміки зазвичай використовують S для спрощення коефіцієнтів в хімічних рівняннях; ми будемо слідувати цій практиці в цій книзі.

Як і кисень, який також входить до групи 16, сірка проявляє чітко неметалічну поведінку. Він окислює метали, даючи різноманітні бінарні сульфіди, в яких сірка проявляє негативну ступінь окислення (2−). Елементарна сірка окислює менше електронегативних неметалів, а більше електронегативних неметалів, таких як кисень та галогени, окислять її. Інші сильні окислювачі також окислюють сірку. Наприклад, концентрована азотна кислота окислює сірку до сульфат-іона, з одночасним утворенням оксиду азоту (IV):

\[\ce{S}(s)+\ce{6HNO3}(aq)⟶\ce{2H3O+}(aq)+\ce{SO4^2-}(aq)+\ce{6NO2}(g) \nonumber \]

Хімія сірки зі ступенем окислення 2− схожа на хімію кисню. На відміну від кисню, однак, сірка утворює багато сполук, в яких проявляє позитивні ступені окислення.

Резюме

Сірка (група 16) реагує майже з усіма металами і легко утворює сульфідний іон S ²⁻, в якому він має ступінь окислення 2−. Сірка реагує з більшістю неметалів.

Глосарій

Фреш-процес: важливе значення при видобутку вільної сірки з величезних підземних родовищ