Väävli füüsikalised omadused. Väävli kirjeldus

Väävel on aine, mida inimkond uurib peaaegu täielikult. Iidsetel aegadel peeti seda müstilisteks, ümbritsetud saladuste, legendide ja müütidega, mis tekkisid kõigi teadmata ees olevate inimeste ebausklikust hirmust. Kuid paljud väävli füüsikalised omadused olid inimestele teada isegi enne, kui Mendelejev pani elemendi perioodilisse tabelisse ja määrati selle numbrile 16. Seda ainet kasutati laialdaselt Homeri ajastu, lisaks võib selle kohta teavet (tinglikult usaldusväärne) leida Uued ja vanad Testamendid.

Keemiline element

Öösel oli üsna raske süstematiseerida sajandite jooksul kogutud teavet sellise aine kohta nagu väävel. See hõlmas paljusid teadlasi, kuid oli võimalik kindlaks määrata selle kuulumine keemiliste elementide klassi DI Mendelejevile. Perioodilises süsteemis tähistatakse seda numbriga 16. Väävel asub kolmandas perioodis, peamise alarühma kuuendal rühmal, aatomi mass on 32 ja tihedus (normaaltingimustes) on 2070 kg / m ³ .

Kasutus ajalugu

Ancient inimesed kasutasid aktiivselt väävli füüsikalisi omadusi, mida nad teadsid. Selle päritolu allikaks olid maa jumalad või maa-alused inimesed, kellel olid erilised omadused. Selle aine iseloomulik lõhn ja kergus, millega see süttis, olid kasulikud kiriku teenritel erinevate usuliste rituaalide ja "kurjade vaimude" väljasaatmisega. Hiljem kasutati väävlit sõjaliseks otstarbeks, see oli osa põlevatest segudest. Võimalik on väita, et seda kasutati "Kreeka tulekahju" loomiseks, mis inspireeris vaenlase vastu püha õudust. Igapäevaelus kasutati väävlit ja selle ühendeid kosmetoloogias, põllumajanduses, abiga pleegitatud kudesid ja eritunud parasiite. Vana-Hiinas tehti esimesed pürotehnilised eksperimendid väävliga. Saadud segud ei olnud veel pulber, kuid selle aluseks oli selle valemi loomine, mida muuseas moderniseeriti tänapäeva tingimustes. Kuid algetapis oli selle aluseks just väävel. Keemia, täpsemalt selle aja alkeemia, nimetab seda elementi "kõigi metallide isa". See järeldus põhineb paljude maakide väävlisisaldusel ja selle suurenenud põlemisel. Dispell selle müüt õnnestub Lavoisier aastal 1789. Teadur andis elemendi mittemetallidele ja nagu täiendavad uuringud näitasid, oli õige. Meditsiinis kasutati väävliühendeid antiseptiliste ja antiparasiidivastaste ainetena.

Looduses

Maakoore kivimites leidub sageli väävlit. Kättesaadavuse ja levimuse poolest on see kõigi keemiliste elementide seas 16. kohal. Väävliaatomi struktuur võimaldab selle aine puhtal kujul (teatud looduslikes tingimustes). Kuid enamikul juhtudel on see osa mitmesugustest maakidest, ühendites moodustab see sulfiide ja sulfaate. Kõige tavalisemad on selle seosed metallidega: rauapüriid (püriit), kinavari, plii läikiv (galena), tsinkvärv (sphaleriit). Maailma ookeanis on magneesiumi, kaltsiumi ja naatriumi sulfaate. Praeguseks on tuvastatud enam kui 200 mineraalainete nimed. Teine - massiosa osakaal - rühm on kips, kieseriit, Glauberi sool. Väävel on osa valgumolekulidest, st see sisaldub loomorganismides. Orgaanilised ühendid on väga laialdaselt esindatud: õli, gaasid ja looduslik söe. Peamine väävli ja selle derivaatide allikaks on vulkaanipursked, kuid inimtegevus (tööstuslik, majanduslik) on seda protsessi kiirendanud ja rikastanud. Märkimisväärne kogus seda ainet hoitakse põhjavees, savides, kipsis, järvede ja merede põhjas, õlis, maagaasil ja kivis, solonchakides ja ookeanide vetes. Biosfääris olev väävli tsükkel toimub mikroorganismide abiga, aidates sellega kaasa, ja niiskus, mis aurustub tohutu veekogu pinnast, sademete kujul ja jõgede jäätmevoogud ulatuvad tagasi merre ja ookeanidesse.

Pealkiri

Alkeemia arendamise ajal oli mitmeid nimetusi, mis tähistavad tänapäevast väävli keemilist elementi. Nende ainete tähendus ei ole täiesti selge, võibolla see puudutab ühendeid, maagi või väävligaasi. Mendelejevi perioodilises süsteemis tähistatakse väävlit tähisega S (väävel). See ladinakeelne nimetus ei ole selge päritolu, ilmselt laenatud vana kreeka keelest ja seda saab tõlgendada kui "põletust". Vene keeles kasutatav termin on väga iidne juured. Sõna "väävel" tähendas ebameeldivalt lõhnavaid aineid, põlevaid segusid. Samuti on nime päritolu versioon aine värvi kohta: "helekollane", "hall", st määratlemata. Niinimetatud kõik kohad. Aine teine nimi, mida tänapäeval ei kasutata, on "vilets". Samuti kannab mõistet tuleohtlikkus ja halb lõhn. Filoloogid jõudsid järeldusele, et selle sõna "kill" on sanskriti juur, mis on tõenäoliselt seotud vääveldioksiidi omadustega.

Väävli füüsikalised omadused

Sõltuvalt allotroopsest modifikatsioonist võivad elemendi sidemed varieeruda. On tavaks eristada kolme tüüpi retsept (stabiilne aatomite ahel), mis moodustasid: rombist, plastikust, monokliinilisest. Väävlisisalduse värvus, füüsikalised omadused sõltuvad modifikatsioonist. Kõige stabiilsemad ja sagedasemad on tsüklilised ühendid S ₈ . See on selline kett, mis on iseloomulik kristalsele väävlile - hõre aine, millel on kollakas värvus. Plast- ja monokliinilised modifikatsioonid on ebastabiilsed ja kantakse tsüklilisele struktuurile mõne aja pärast tootmist spontaanselt. Sellisel juhul sisaldab väävli valem sümbolit S ₄ või S ₆ . Normaalsetes tingimustes (toatemperatuuril) on rombiline kett stabiilne ühend: kuumutamise ajal läheb aine vedelate agregaatide olekusse, seejärel paksub. Järkjärgulised jahutusvormid moodustavad monokliinse väävli nõelakristallid, mis on tumekollase värvusega. Kui sula aine interakteerub külma veega, moodustub plast allotroopne modifikatsioon, millel on kummile sarnane struktuur ja mis koosneb mitmest polümeeri ahelast, mustvalge kollane (tume) värv. Kõige tavalisem on väävli kirjeldus tahkise kollase ainega, mis ei puutu kokku veega, jäädes selle pinnale. Lahustitena võib kasutada orgaanilisi ühendeid: tärpentine, süsinikdisulfiid jne. Normaaltingimustes tavaline tavaline vävel on järgmised termodünaamilised omadused:

1. Suhteline tihedus on 2070 g / cm3.
2. Soojusjuhtivus on 300 K.
3. Sulamistemperatuur on 112 ° C.
4. Molaarne soojusmaht on 22,6 Joules.
5. Keemistemperatuur on 444 ° C.
6. Molaarmaht on 15,5 cm3 / mol.

Kuumutamise ajal väheneb väävli aatomite arv molekulis. 300 ° C juures on see piisavalt aktiivne liikuv vedelik, temperatuuri suurendatakse kuni aurude tekitamiseni temperatuurini 450 ° C. Monoaatomilist väävlit saab aine kuumutamisel saavutada 1760 ° C-ni (S8-S6-S4-S2-S). See aine on elektrilise voolu ja kuumuse halb juht, mida kasutatakse selle rakendamisel laialdaselt.

Keemilised omadused

Väävel reageerib kõikide metallidega, mille tulemusena moodustuvad sulfiidid. Enamikul juhtudel vajab keemiline reaktsioon katalüsaatorit, sellisel juhul toimib kuumutamine. Tavalistes tingimustes (toatemperatuuril) toimub ühendus ainult elavhõbedaga. Seda omadust kasutatakse selle aurude neutraliseerimiseks, mis moodustuvad metallipihustite vastasmõju hapnikuga. Element ei mängi plaatina, iiridiumi, kulda. Saadetud sulfiidid on tuleohtlikud ühendid, mis süttivad piisavalt intensiivset põletust. Väljas puhastatud väävel reageerib hapnikuga. Seda ühendit iseloomustab värvitu gaas (sulfuroosanhüdriid) ja põlemine. Soojendamisel pöörduv reaktsioon vesinikuga (analoogselt süsiniku ja räni abil), saadud gaase nimetatakse vesiniksulfiidiks, süsinikdisulfiidiks. Nagu kõik teised perioodilise tabeli VI rühma elemendid, mõjutab väävel hermeetilises torus halogeenidega (fluor, broom, kloor, fosfor). Toatemperatuuril on reaktsioon võimalik ainult fluoriga. Väävelkloriid on keemiatööstuses kõige laialdasemalt kasutatav aine. Kui vesi ja happelised lahused ei suhelda, on leelisega ühendid pöörduvad - need moodustuvad katalüsaatori toimel. Paljud olemasolevad happed ja soolad moodustuvad väävliühendi (vajalik tingimus on temperatuur) hapniku ja vesinikuga.

Elektrooniline struktuur

Väävliaatomi struktuur võimaldab element avalduda oksüdeerijana ja redutseerijana ning keemilises reaktsioonis on erinev valents. See on tingitud elektronide levikust tasemetel. Aatomi tuum on laenguga +16 aatomi massiga 32 (16 prootonit ja neutronit) raadiusega 127 pm. Väävliskeem (elektrooniline) on järgmine: S + 16) 2) 8) 6; Vaikses asukohas - 1S ² 2S ² 2P ⁶ 3S ² 3P ⁴ . Kolmandal tasemel on väävliaatomil viis okupeerimata orbitaali, seega on selle ühendite valents erinev järgmistes piirides: -2, +2, + 4, + 6, mis sõltuvad selle ergastamise astmest.

Hoiused

Toodetud väävli kogus suureneb igal aastal. Selle põhjuseks on suhteliselt palju rakendusi, mis on pidevalt kasvanud tehnoloogiliste läbimurrete ja juba tuntud keemiliste elementide põhjaliku uurimise tõttu. Looduses on väävel naturaalses vormis ja see moodustab osa paljudest maakidest. Sõltuvalt sellest kasutatakse erinevaid ekstraktsioonimeetodeid. Stratiformi hoiused on levinud Ameerika Ühendriikides, Iraagis, Keskvolgas ja Karpaatide piirkonnas. Need on kõige kasumlikumad protsentides, nad toodavad 50-60% väävlit. Karbonaadid ja sulfaatkivid asuvad suurtes kihtides, ulatudes kümneid meetri sügavusele ja mitusada pikkusele. Naftasaaduste intensiivse kaevandamise piirkondade jaoks on iseloomulikud soolasisaldus. Suurimad hoiused hõlmavad Mehhiko lahe tsooni, mida paralleelselt arendavad Ameerika Ühendriigid, Tšiili ja Mehhiko. Kõige kaasaegsemad, hiljuti moodustunud hoiused on vulkaanilised sademed. Nende päritolu on seotud maakoores tektooniliste vigadega ja vulkaanide mõjuga. Seega on need hoiused Vaikses ookeanis. Aktiivselt kapten neid tsoone Jaapan ja Venemaa. Euraasia territooriumil on sagedasemad looduslike väävlite hoiused, mis on üsna iidse päritoluga ja asuvad peamiselt pinnakihtides. Uurali mäed, Sitsiilia saar, Volga piirkond, Lviv piirkond on välja kujunenud hoiused, mis on tänapäevani välja töötatud. Maailma toodang väävlit ületab 50 miljonit tonni aastas, 30% - tükid, 33% - gaasi ja naftatooted, 14% - tööstusheidete töötlemine, 16% sulfiididest, 6% sulfaatidest.

Ekstraheerimismeetodid

Sõltuvalt väävlit sisaldavate maakide esinemise sügavusest kasutatakse erinevaid ekstraktsiooni ja edasise töötlemise meetodeid. Väävli füüsikalised omadused esiplaanile, olenemata ekstraheerimise meetodist, viitavad protsessi ohutusele. Reeglina kaasneb selle aine hoiustega mürgiste gaaside suur kogunemine ja iseenesest põlemine ei ole välistatud. Ekspluatatsioonide abil kihtide abil eemaldatakse pinna maagi kihid - see meetod on kõige vähem ohtlik (kui kõik tehnoloogilised nõuded on täidetud). Puhastatud väävel on saadud edaspidise töötlemise tulemusena asjaomastel ettevõtetel, kus see tarnitakse karjääridest. Puhastus- ja rikastusviisid on erinevad: termiline, tsentrifugaal, filtreerimine, auruvett, ekstraheerimine.

Maa-alustes kihtides on väävli tootmine palju raskem. Kaevandamismeetod - kaasneva gaasi eraldamise tõttu - on praktiliselt kättesaamatu, seetõttu on alates 1895. aastast Herman Frachi meetodit edukalt kasutatud. See on rikaste hoiuste väljaarendamisel kõige tõhusam ja annab märkimisväärse kokkuhoiu veokulude ja maagi edasiseks töötlemiseks, sest see tähendab puhta aine toodangut. Paigaldamise põhimõte on lihtne: väävlit sisaldavad maakihid töödeldakse sooja veega, mida juhitakse läbi toru. Selle sees on veel kaks silindrilist isoleeritud anumat, mis on mõeldud lõpptoote gaasivarustuseks ja väljumiseks. Madala sulamistemperatuuri tõttu väävel vähesel hulgal lisanditest väljub surve all olevast pinnast.

Taotlus

Peamine väävli tarbija on keemiatööstus, mida selle elemendi põhjal ei saa ilma happeta eksisteerida. Tekstiili, nafta rafineerimine, toit, tselluloos, kaevandamise tootmissegmendid ei saa ilma selle aineta. Väävli valem võimaldab kasutada selle ühendeid lõhkeainete, vasktorude, kummide, kosmeetikavahendite, ravimite jms tootmiseks. Põllumajandus, mida me kaalume, on osa mullas väetistest (suurendab fosfori metaboliseeritavat protsenti) ja mürki, mis ravivad erinevaid seemneid Kahjurid. Värvainete ja helendavate kompositsioonide tootmiseks kasutatakse puhastatud väävlit. Selle elemendi kaevandamise, töötlemise ja kasutamise astmega saab hinnata kogu riigi tööstuslikku potentsiaali. Enamik viimastest arengutest paljudes teadmistemahukates majandussektorites põhineb väävli ja selle ühendite kasutamisel. Seda keemilist elementi, mida inimkond on iidsetel aegadel kasutanud, on jätkuvalt aktiivselt osalenud tehnoloogilise evolutsiooni protsessis, on raske hinnata selle potentsiaali.