SĒRS: VĒSTURE, ĪPAŠĪBAS, STRUKTŪRA, IEGŪŠANA, LIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Sērs ir nemetāliskas elements rezultātā, saskaņā ar skābekli, grupa halkogēni no periodiskās tabulas. Tas ir īpaši, kas atrodas 16 grupā ar 3. periodu, un ir pārstāvēta ar ķīmisko simbolu S. savu dabisko izotopu, ³² S ir līdz šim visvairāk bagātīgāka (aptuveni 94% no visiem sēra atomiem).

Tas ir viens no visbagātākajiem elementiem uz Zemes, un tas veido apmēram 3% no kopējās masas. Citiem vārdiem sakot, ja tiktu ņemts viss sērs uz planētas, varētu uzcelt divus dzeltenus mēnešus; viena vietā būtu trīs satelīti. Tas var pieņemt dažādus oksidācijas stāvokļus (+2, -2, +4 un +6), tāpēc tā sāļi ir daudz un bagātina zemes garozu un kodolu.

Sēra kristāli. Avots: Pixabay.

Sērs ir dzeltenas, sliktas smakas un elles sinonīms. Galvenais slikto smaku iemesls ir atvasinātie savienojumi; īpaši sodas un organiskās. No pārējiem tā minerāli ir cietie, un tiem ir krāsas, kas ietver dzeltenu, pelēku, melnu un baltu (cita starpā).

Tas ir viens no elementiem, kas visvairāk demonstrē lielu skaitu alotropu. To var atrast kā mazas, diskrētas S ₂ vai S ₃ molekulas ; kā gredzeni vai cikli, kas ir ortorombisks un monokliniskais sērs S _8, kas ir visstabilākais un bagātīgākais no visiem; un kā spirālveida ķēdes.

Tas ir atrodams ne tikai zemes garozā minerālu veidā, bet arī mūsu ķermeņa bioloģiskajās matricās. Piemēram, tas ir aminoskābēs cistīns, cisteīns un metionīns, dzelzs olbaltumvielās, keratīnā un dažos vitamīnos. Tas atrodas arī ķiplokos, greipfrūtos, sīpolos, kāpostos, brokoļos un ziedkāpostos.

Ķīmiski tas ir mīksts elements, un, ja nav skābekļa, tas veido sērainus minerālus un sulfātus. Tas deg ar zilganu liesmu un var parādīties kā amorfa vai kristāliska cieta viela.

Neskatoties uz to, ka tas ir ļoti svarīgi sērskābes, ļoti kodīgas vielas, sintēzei un kam piemīt nepatīkamas smakas, tas faktiski ir labdabīgs elements. Sēru var uzglabāt jebkurā telpā bez lieliem piesardzības pasākumiem, ja vien nav iespējams izvairīties no ugunsgrēkiem.

Sēra vēsture

Bībelē

Sērs ir viens no vecākajiem elementiem cilvēces vēsturē; tik daudz, ka tā atklājums ir neskaidrs, un nav zināms, kura no senām civilizācijām to izmantoja pirmo reizi (4000 gadus pirms Kristus). Pašās Bībeles lappusēs viņu var atrast kā pavadošu ugunsgrēku un elli.

Tiek uzskatīts, ka domājamā sēra smaka no elles ir saistīta ar vulkānu izvirdumiem. Pirmajam atklājējam, protams, ir nācies saskarties ar šī elementa mīnām, piemēram, putekļu zemēm vai dzelteniem kristāliem vulkāna tuvumā.

Senatne

Šī dzeltenīgā cietviela drīz demonstrēja ievērojamu dziedinošo efektu. Piemēram, ēģiptieši izmantoja sēru, lai ārstētu plakstiņu iekaisumu. Tas arī atbrīvoja no kašķa un pūtītēm - lietojumprogrammu, ko šodien var redzēt sēra ziepēs un citos dermatoloģiskos priekšmetos.

Romieši šo elementu izmantoja savos rituālos kā fumigāciju un balinātāju. Kad tas izdeg, tas izdala SO ₂ - gāzi, kas applūst telpās, sajaucoties ar mitrumu un nodrošinot antibakteriālu vidi, kas spēj nogalināt kukaiņus.

Romieši, tāpat kā grieķi, atklāja augstu sēra degtspēju, tāpēc tas kļuva par uguns sinonīmu. Tā zilganās liesmas krāsai ir jābūt apgaismojušai romiešu cirkus. Tiek uzskatīts, ka grieķi no savas puses izmantoja šo elementu, lai izveidotu aizdedzinošus ieročus.

Ķīnieši no savas puses uzzināja, ka, sajaucot sēru ar sālskābi (KNO ₃ ) un oglēm, viņi ir izveidojuši materiālu melno pulveri, kas ir vēsturiski pagriezies, un tā laika tautās izraisīja lielas prasības un interesi par šo minerālu.

Mūsdienu laiki

It kā šaujampulveris nebija pietiekams iemesls, lai iekārotu sēru, drīz parādījās sērskābe un tās rūpnieciskais pielietojums. Un ar sērskābes stienīti tika izmērīts valsts bagātības vai labklājības līmenis attiecībā pret šī savienojuma patēriņa līmeni valstī.

Tikai 1789. gadā izcils ķīmiķis Antuāns Lavoisjērs spēja atpazīt sēru un klasificēt to kā elementu. Tad 1823. gadā vācu ķīmiķis Eilhards Mičerlihs atklāja, ka sērs pārsvarā var kristalizēties divos veidos: romboedrijā un monoklinikā.

Sēra vēsture sekoja tā paša savienojumu un pielietojuma gaitai. Ar sērskābes milzīgo rūpniecisko nozīmi to pavadīja gumijas vulkanizācija, penicilīna sintēze, mīnu izmantošana, sēram bagātas jēlnaftas rafinēšana, augsnes uzturs utt.

Īpašības

Ārējais izskats

Trausla cieta viela pulvera vai kristāla formā. Tās krāsa ir blāvi citrona dzeltena, tā ir bez garšas un bez smaržas.

Šķidruma izskats

Šķidrais sērs ir unikāls ar to, ka tā sākotnējā dzeltenā krāsa kļūst sarkanīga un pastiprinās un kļūst tumšāka, ja tiek pakļauta augstām temperatūrām. Kad tas izdeg, tas izstaro spilgti zilas liesmas.

Molārā masa

32 g / mol.

Kušanas punkts

115,21 ° C.

Vārīšanās punkts

445 ° C.

aizdegšanās punkts

160 ° C.

Pašaizdegšanās temperatūra

232 ° C.

Blīvums

2,1 g / ml. Tomēr citi allotropi var būt mazāk blīvi.

Molārā siltuma jauda

22,75 J / mol K

Kovalentais rādiuss

105 ± 3 pm.

Elektronegativitāte

2,58 pēc Polainga skalas.

Polaritāte

SS saites ir apolāras, jo abiem sēra atomiem ir vienāda elektronegativitāte. Tas padara visus tā cikliskos vai ķēdes formas alotropus nepolārus; un tāpēc tā mijiedarbība ar ūdeni nav efektīva, un to nevar tajā izšķīdināt.

Tomēr sēru var izšķīdināt apolāros šķīdinātājos, piemēram, oglekļa disulfīdā, CS ₂ un aromātiskos savienojumos (benzols, toluols, ksilols utt.).

Jonu

Sērs var veidot dažādus jonus, parasti anjonus. Vispazīstamākais no tiem ir sērs, S ^2- . S ^2- raksturo ir lielgabarīta un ir mīksta Lewis bāzi.

Tā kā tā ir mīksta bāze, teorijā teikts, ka tai būs tendence veidot savienojumus ar mīkstajām skābēm; piemēram, pārejas metāla katjonus, ieskaitot Fe ²⁺ , Pb ²⁺ un Cu ²⁺ .

Struktūra un elektroniskā konfigurācija

Sēra vainags

S8 molekula, visstabilākā un bagātīgākā sēra allotropa. Avots: Benjah-bmm27.

Sērs var rasties visdažādākajos allotropos; un tām savukārt ir kristāliskas struktūras, kuras tiek modificētas dažādos spiedienos un / vai temperatūrās. Tāpēc sērs ir elements, kas bagāts ar allotropiem un polimorfiem, un tā cieto struktūru izpēte ir bezgalīgs teorētiski-eksperimentālā darba avots.

Kāpēc šāda strukturāla sarežģītība? Sākumā kovalentās saites sērā (SS) ir ļoti spēcīgas, un tās pārspēj tikai oglekļa, CC un ūdeņraža, HH.

Sērs, atšķirībā no oglekļa, nemēdz veidot tetraedrus, bet bumerangus; ka ar to leņķiem saliec un gredzenu, lai stabilizētu sēra ķēdes. Vispazīstamākais gredzens no visiem, kas pārstāv arī stabilāko sēra allotropu, ir S ₈ , “sēra vainags” (augšējais attēls).

Ņemiet vērā, ka visas SS saites S ₈ izskatās kā atsevišķi bumerangi, kā rezultātā gredzens ar krokām un nemaz nav plakans. Šie S ₈ vainagi mijiedarbojas caur Londonas spēkiem, orientējoties tādā veidā, ka tie rada struktūras modeļus, kas nosaka ortorombisko kristālu; ko sauc par S ₈ α (S-α vai vienkārši ortorombisks sērs).

Polimorfi

Sēra vainags ir viens no daudzajiem šī elementa alotropiem. S ₈ α ir šīs vainaga polimorfs. Ir vēl divi (starp svarīgākajiem), kurus sauc par S ₈ β un S ₈ γ (attiecīgi S-β un S-γ). Abi polimorfi izkristalizējas monoklīniskās struktūrās, S ₈ γ ir blīvāki (gamma sērs).

Visi trīs ir dzeltenas cietas vielas. Bet kā jūs iegūstat katru polimorfu atsevišķi?

S ₈ β sagatavo, karsējot S ₈ α līdz 93 ° C, pēc tam ļaujot lēnām atdzist, lai palēninātu pāreju atpakaļ uz ortorombisko fāzi (α). Tikmēr S ₈ γ iegūst, kad S ₈ α izkausē 150 ° C, atkal ļaujot tam lēnām atdzist; tas ir blīvākais no sēra vainaga polimorfiem.

Citi cikliski allotropi

Kronis S ₈ nav vienīgais cikliskais alotrops. Ir citi, piemēram, S ₄ , S ₅ (analogs ciklopentāna), S ₆ (pārstāvis sešstūris, piemēram, cikloheksānu), S ₇ , S ₉ , un S _10-20 ; pēdējais nozīmē, ka var būt gredzeni vai cikli, kas satur no desmit līdz divdesmit sēra atomiem.

Katrs no tiem attēlo dažādus cikliskos sēra alotropus; savukārt, lai to uzsvērtu, viņiem ir polimorfu vai polimorfu struktūru šķirnes, kas ir atkarīgas no spiediena un temperatūras.

Piemēram, S ₇ ir līdz četriem zināmiem polimorfiem: α, β, γ un δ. Augstākas molekulmasas locekļi vai vainagi ir organiskas sintēzes produkti, un dabā tie nav pārsvarā.

Sēra ķēdes

Sēra ķēde. Avots: OpenStax

Tā kā struktūrā tiek iekļauts vairāk sēra atomu, to tendence gredzeniem samazinās un sēra ķēdes paliek atvērtas un pieņem spirālveida pārveidojumus (it kā spirāles vai skrūves).

Tātad rodas vēl viena apjomīga sēra alotropu saime, kas nesastāv no gredzeniem vai cikliem, bet no ķēdēm (piemēram, tāda, kā parādīts iepriekš redzamajā attēlā).

Kad šīs SS ķēdes paralēli izkārtojas kristālā, tās notver piemaisījumus un galu galā definē šķiedrainu cietu vielu, ko sauc par šķiedru sēru jeb S-ψ. Ja starp šīm paralēlajām ķēdēm ir kovalentas saites, kas tās savstarpēji savieno (kā tas notiek ar gumijas vulkanizāciju), mums ir lamināta sērs.

Kad sērs S ₈ kūst, iegūst dzeltenīgu šķidru fāzi, kas var kļūt tumša, ja temperatūra tiek paaugstināta. Tas notiek tāpēc, ka SS saites ir salauztas, un tāpēc notiek termiskās depolimerizācijas process.

Šim šķidrumam, atdzesējot, piemīt plastmasas un pēc tam stiklveida īpašības; tas ir, tiek iegūts stiklveida un amorfs sērs (S-χ). Tās sastāvs sastāv gan no gredzeniem, gan no sēra ķēdēm.

Un, kad no amorfā sēra iegūst šķiedru un lamināru allotropa maisījumu, tiek iegūts Crystex - komerciāls produkts, ko izmanto gumijas vulkanizēšanai.

Mazi alotropi

Lai arī tie ir atstāti pēdējie, tie ir ne mazāk svarīgi (vai interesanti) kā augstāku molekulāro masu allotropi. S ₂ un S ₃ molekulas ir O ₂ un O ₃ sulfurētās versijas . Pirmajā divi sēra atomi ir savienoti ar dubulto saiti, S = S, un otrajā ir trīs atomi ar rezonanses struktūru, S = SS.

Gan S _2, gan S ₃ ir gāzveida. S ₃ parāda ķiršu sarkanu krāsu. Abiem ir pietiekami daudz bibliogrāfisko materiālu, lai katrs segtu atsevišķu rakstu.

Elektroniskā konfigurācija

Sēra atoma elektronu konfigurācija ir:

3s ² 3p ⁴

Tas var iegūt divus elektronus, lai pabeigtu savu valenta oktetu, un tādējādi tā oksidācijas stāvoklis ir -2. Tāpat tas var zaudēt elektronus, sākot ar diviem tā 3p orbitālēs, tā oksidācijas stāvoklis ir +2; Ja jūs zaudējat vēl divus elektronus, ja to 3p orbitāles ir tukšas, jūsu oksidācijas stāvoklis būs +4; un, ja jūs zaudēsit visus elektronus, tas būs +6.

Iegūšana

Mineraloģiski

Sērs ir daļa no daudziem minerāliem. Starp tiem ir pirīts (FeS ₂ ), galena (PbS), covellite (CuS) un citi sulfātu un sulfīdu minerāli. Apstrādājot tos, var iegūt ne tikai metālus, bet arī sēru pēc vairākām reduktīvām reakcijām.

To tīrā veidā var iegūt arī vulkāniskās ventilācijas atverēs, kur, temperatūrai paaugstinoties, tas kūst un izplūst lejup; Un, ja tas aizdegas, tas naktī izskatīsies kā zilgana lava. Ar smagu darbu un smagu fizisko darbu sēru var novākt tāpat, kā tas tika darīts diezgan bieži Sicīlijā.

Sērs atrodams arī pazemes raktuvēs, kurās tiek sūknēts pārkarsēts ūdens, lai to izkausētu un pārvietotu uz virsmu. Šis iegūšanas process ir pazīstams kā Frasch process, kas šobrīd ir maz izmantots.

Eļļa

Mūsdienās lielāko daļu sēra iegūst no naftas rūpniecības, jo tā organiskie savienojumi ietilpst jēlnaftas un tās rafinēto atvasinājumu sastāvā.

Ja neapstrādāts vai rafinēts produkts ir bagāts ar sēru un tiek pakļauts hidrodesulfurizācijai, tas izdalīs lielu daudzumu H ₂ S (smirdīga gāze, kas smaržo pēc sapuvušām olām):

RSR + 2 H ₂ → 2 RH + H ₂ S

Pēc tam, kad H ₂ S ķīmiski apstrādā Clauss procesā, to apkopo ar šādiem ķīmiskajiem vienādojumiem:

3 O ₂ + 2 H ₂ S → 2 SO ₂ + 2 H ₂ O

SO ₂ + 2 H ₂ S → 3 S + 2 H ₂ O

Lietojumprogrammas

Daži no sēra izmantošanas veidiem ir minēti turpmāk un vispārīgi:

- Tas ir būtisks elements gan augiem, gan dzīvniekiem. Tas atrodas pat divās aminoskābēs: cisteīnā un metionīnā.

- Tā ir sērskābes izejviela - savienojums, kas iesaistīts neskaitāmu komerciālu produktu sagatavošanā.

- Farmaceitiskajā rūpniecībā to izmanto sēra atvasinājumu sintēzei, penicilīns ir pazīstamākais no piemēriem.

- Ļauj vulkanizēt gumijas, savstarpēji savienojot polimēru ķēdes ar SS saitēm.

- Tā dzeltenā krāsa un maisījumi ar citiem metāliem padara to vēlamu pigmenta rūpniecībā.

- Lai sajauktu ar neorganisku matricu, piemēram, smiltīm un akmeņiem, bitumena aizstāšanai tiek sagatavots betons un sēra asfalts.

Riski un piesardzības pasākumi

Sērs pats par sevi ir nekaitīga, netoksiska viela, un tas arī nerada potenciālu risku, ja vien tas nereaģē, veidojot citus savienojumus. Tā sulfātu sāļi nav bīstami, un ar tiem var rīkoties bez lielākiem piesardzības pasākumiem. Tomēr tas neattiecas uz gāzveida atvasinājumiem: SO ₂ un H ₂ S, kas ir ļoti toksiski.

Ja tas ir šķidrā fāzē, tas var izraisīt nopietnus apdegumus. Ja to norij lielos daudzumos, tas var izraisīt H ₂ S veidošanos zarnās. Pretējā gadījumā tas nerada risku tiem, kas to sakošļā.

Kopumā sērs ir drošs elements, kam nav nepieciešami pārāk daudz piesardzības pasākumu, izņemot to, lai tas būtu prom no uguns un spēcīgiem oksidētājiem.

Atsauces

1. Šiveris un Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija. (Ceturtais izdevums). Mc Graw Hill.
2. Laura Crapanzano. (2006). Sēra polimorfisms: strukturālie un dinamiskie aspekti. Fizika .Université Joseph-Fourier - Grenoble I. Angļu valoda. fftel-00204149f
3. Wikipedia. (2019. gads). Sēra alotropi. Atgūts no: en.wikipedia.org
4. Meyer Beat. (1976). Elementārais sērs. Chemical Reviews, 76. sēj., 3. nr.
5. Dr Doug Stewart. (2019. gads). Sēra elementa fakti. Chemicool. Atgūts no: chemicool.com
6. Donalds V. Deiviss un Randals A. Detro. (2015). Sēra vēsture. Gruzijas līča sēra korporācija. Atgūts no: georgiagulfsulfur.com
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. gada 11. janvāris). 10 interesanti sēra fakti. Atgūts no: domaco.com
8. Boone, C .; Bonds, C .; Hallmans, A .; Dženkinss, J. (2017). Sēra vispārīgā faktu lapa; Nacionālais pesticīdu informācijas centrs, Oregonas Valsts universitātes paplašināšanas pakalpojumi. npic.orst.edu