Schwefel ist ein ziemlich häufiges chemisches Element in der Natur (an sechzehnter Stelle in der Erdkruste und an sechster Stelle in natürlichen Gewässern). Es gibt sowohl natürlichen Schwefel (den freien Zustand des Elements) als auch seine Verbindungen.
Schwefel in der Natur
Zu den wichtigsten natürlichen Schwefelmineralien gehören Eisenkies, Sphalerit, Bleiglanz, Zinnober, Antimonit. Der Weltozean enthält hauptsächlich in Form von Calcium-, Magnesium- und Natriumsulfaten, die die Härte natürlicher Gewässer verursachen.
Wie wird Schwefel gewonnen?
Die Gewinnung von Schwefelerzen erfolgt auf unterschiedliche Weise. Der Hauptweg zur Gewinnung von Schwefel besteht darin, ihn direkt auf dem Feld zu verhütten.
Beim Tagebau werden Bagger eingesetzt, um Gesteinsschichten zu entfernen, die das Schwefelerz bedecken. Nachdem die Erzschichten durch Explosionen zerkleinert wurden, werden sie zur Schwefelschmelze geschickt.
In der Industrie fällt Schwefel als Nebenprodukt von Prozessen in Schmelzöfen bei der Ölraffination an. Es ist in großen Mengen in Erdgas (zSchwefeldioxid oder Schwefelwasserstoff), dessen Extraktion sich an den Wänden der verwendeten Geräte ablagert. Der aus dem Gas abgeschiedene fein verteilte Schwefel wird in der chemischen Industrie als Rohstoff für die Herstellung verschiedener Produkte verwendet.
Diese Substanz kann auch aus natürlichem Schwefeldioxid gewonnen werden. Dazu wird die Claus-Methode verwendet. Es besteht in der Nutzung von „Schwefelgruben“, in denen Schwefel entgast wird. Das Ergebnis ist ein modifizierter Schwefel, der in der Asph altindustrie weit verbreitet ist.
Allotrope Hauptmodifikationen des Schwefels
Schwefel hat Allotropie. Eine große Zahl allotroper Modifikationen ist bekannt. Die bekanntesten sind rhombischer (kristalliner), monokliner (nadelförmiger) und plastischer Schwefel. Die ersten beiden Modifikationen sind stabil, die dritte verwandelt sich beim Erstarren in eine rhombische.
Schwefel charakterisierende physikalische Eigenschaften
Moleküle orthorhombischer (α-S) und monokliner (β-S) Modifikationen enth alten jeweils 8 Schwefelatome, die in einem geschlossenen Kreislauf durch kovalente Einfachbindungen verbunden sind.
Unter normalen Bedingungen hat Schwefel eine rhombische Modifikation. Es ist eine gelbe feste kristalline Substanz mit einer Dichte von 2,07 g/cm3. Schmilzt bei 113°C. Die Dichte von monoklinem Schwefel beträgt 1,96 g/cm3, sein Schmelzpunkt liegt bei 119,3 °C.
Schwefel dehnt sich beim Schmelzen aus und wird zu einer gelben Flüssigkeit, die bei 160 °C braun wird undverwandelt sich bei ca. 190 °C in eine zähe dunkelbraune Masse. Bei Temperaturen über diesem Wert nimmt die Viskosität von Schwefel ab. Bei etwa 300 °C geht es wieder in einen flüssigen Zustand über. Dies liegt daran, dass Schwefel beim Erhitzen polymerisiert und die Kettenlänge mit steigender Temperatur zunimmt. Und wenn die Temperatur mehr als 190 ° C erreicht, wird die Zerstörung von Polymereinheiten beobachtet.
Wenn die Schwefelschmelze in zylindrischen Tiegeln auf natürliche Weise abgekühlt wird, bildet sich der sogenannte Klumpenschwefel - große rhombische Kristalle mit einer verzerrten Form in Form von Oktaedern mit teilweise "geschnittenen" Flächen oder Ecken.
Wenn die geschmolzene Substanz schnell abgekühlt wird (z. B. mit k altem Wasser), kann plastischer Schwefel erh alten werden, der eine elastische gummiartige Masse von bräunlicher oder dunkelroter Farbe mit einer Dichte von 2,046 g ist /cm 3. Diese Modifikation ist im Gegensatz zur rhombischen und monoklinen instabil. Allmählich (über mehrere Stunden) verfärbt es sich gelb, wird spröde und verwandelt sich in eine Raute.
Beim Einfrieren von Schwefeldampf (stark erhitzt) mit flüssigem Stickstoff entsteht dessen violette Modifikation, die bei Temperaturen unter minus 80 °C stabil ist.
Schwefel löst sich in Gewässern praktisch nicht auf. Es zeichnet sich jedoch durch eine gute Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln aus. Schlechter Strom- und Wärmeleiter.
Der Siedepunkt von Schwefel liegt bei 444,6 °C. Der Siedevorgang wird begleitet von der Freisetzung von orange-gelben Dämpfen, die hauptsächlich aus S8-Molekülen bestehen, die beim anschließenden Erhitzen dissoziieren, was zur Bildung von Gleichgewichtsformen S führt 6, S4 und S2. Außerdem zersetzen sich große Moleküle beim Erhitzen, und bei Temperaturen über 900 Grad bestehen die Paare praktisch nur aus S2-Molekülen, , die bei 1500 ° C in Atome dissoziieren.
Was sind die chemischen Eigenschaften von Schwefel?
Schwefel ist ein typisches Nichtmetall. chemisch aktiv. Oxidierende- reduzierende Eigenschaften von Schwefel zeigen sich in Bezug auf eine Vielzahl von Elementen. Beim Erhitzen verbindet es sich leicht mit fast allen Elementen, was sein obligatorisches Vorhandensein in Metallerzen erklärt. Ausnahmen sind Pt, Au, I2, N2 und Edelgase. Die Oxidationsstufen, die Schwefel in Verbindungen aufweist, sind -2, +4, +6.
Die Eigenschaften von Schwefel und Sauerstoff führen dazu, dass es an der Luft brennt. Das Ergebnis dieser Wechselwirkung ist die Bildung von schwefelh altigen (SO2) und schwefelh altigen (SO3) Anhydriden, die zur Herstellung von Schwefel- und Schwefelsäure verwendet werden Säuren.
Bei Raumtemperatur zeigen sich die reduzierenden Eigenschaften von Schwefel nur in Bezug auf Fluor, bei der Reaktion, bei der Schwefelhexafluorid entsteht:
S + 3F2=SF6.
Interagiert beim Erhitzen (in Form einer Schmelze) mit Chlor, Phosphor, Silizium, Kohlenstoff. Durch Reaktionen mit Wasserstoff bildet es neben Schwefelwasserstoff Sulfane in Verbindung mit einem gemeinsamenFormel H2SX.
Die oxidierenden Eigenschaften von Schwefel werden bei der Wechselwirkung mit Metallen beobachtet. Teilweise sind recht heftige Reaktionen zu beobachten. Durch Wechselwirkung mit Metallen entstehen Sulfide (schwefelh altige Verbindungen) und Polysulfide (mehrschwefelh altige Metalle).
Bei längerem Erhitzen reagiert es mit konzentrierten oxidierenden Säuren und oxidiert gleichzeitig.
Betrachten Sie als Nächstes die Haupteigenschaften von Schwefelverbindungen.
Schwefeldioxid
Schwefeloxid (IV), auch Schwefeldioxid und Schwefelsäureanhydrid genannt, ist ein Gas (farblos) mit einem stechenden, erstickenden Geruch. Es neigt dazu, sich unter Druck bei Raumtemperatur zu verflüssigen. SO2 ist ein Säureoxid. Es zeichnet sich durch eine gute Wasserlöslichkeit aus. Dabei entsteht eine schwache, instabile schweflige Säure, die nur in wässriger Lösung existiert. Durch die Wechselwirkung von Schwefeldioxid mit Alkalien entstehen Sulfite.
Es hat eine ziemlich hohe chemische Aktivität. Am ausgeprägtesten sind die reduzierenden chemischen Eigenschaften von Schwefeloxid (IV). Solche Reaktionen werden von einer Erhöhung der Oxidationsstufe von Schwefel begleitet.
Die oxidierenden chemischen Eigenschaften von Schwefeloxid treten in Gegenwart starker Reduktionsmittel (wie Kohlenmonoxid) auf.
Schwefeltrioxid
Schwefeltrioxid (Schwefelsäureanhydrid) - das höchste Schwefeloxid (VI). Unter normalen Bedingungen ist es eine farblose, flüchtige Flüssigkeit mit einem erstickenden Geruch. Hat die Fähigkeit, bei Temperaturen einzufrierenunter 16,9 Grad. Dabei entsteht ein Gemisch verschiedener kristalliner Modifikationen von festem Schwefeltrioxid. Die stark hygroskopischen Eigenschaften von Schwefeloxid führen dazu, dass es in feuchter Luft „raucht“. Dabei bilden sich Schwefelsäuretröpfchen.
Schwefelwasserstoff
Schwefelwasserstoff ist eine binäre chemische Verbindung aus Wasserstoff und Schwefel. H2S ist ein giftiges farbloses Gas, das sich durch einen süßlichen Geschmack und einen Geruch nach faulen Eiern auszeichnet. Es schmilzt bei minus 86 °С, siedet bei minus 60 °С. Thermisch instabil. Bei Temperaturen über 400 °C zerfällt Schwefelwasserstoff in S und H2. Es zeichnet sich durch eine gute Löslichkeit in Ethanol aus. Es ist schlecht wasserlöslich. Durch Auflösen in Wasser entsteht schwache Schwefelwasserstoffsäure. Schwefelwasserstoff ist ein starkes Reduktionsmittel.
Entzündlich. Wenn es an der Luft brennt, kann eine blaue Flamme beobachtet werden. In hohen Konzentrationen kann es mit vielen Metallen reagieren.
Schwefelsäure
Schwefelsäure (H2SO4) kann von unterschiedlicher Konzentration und Reinheit sein. Im wasserfreien Zustand ist es eine farblose, geruchlose, ölige Flüssigkeit.
Die Temperatur, bei der die Substanz schmilzt, beträgt 10 °C. Der Siedepunkt liegt bei 296 °C. Es löst sich gut in Wasser auf. Beim Auflösen von Schwefelsäure bilden sich Hydrate und es wird viel Wärme freigesetzt. Der Siedepunkt aller wässrigen Lösungen beiDruck 760 mmHg. Kunst. 100 °C überschreitet. Eine Erhöhung des Siedepunktes tritt mit einer Erhöhung der Konzentration der Säure auf.
Die sauren Eigenschaften einer Substanz zeigen sich in Wechselwirkung mit basischen Oxiden und Basen. H2SO4 ist eine zweibasige Säure, aufgrund derer sie hauptsächlich sowohl Sulfate (mittlere Salze) als auch Hydrosulfate (Säuresalze) bilden kann die wasserlöslich sind.
Die Eigenschaften der Schwefelsäure zeigen sich am deutlichsten in Redoxreaktionen. Dies liegt daran, dass in der Zusammensetzung von H2SO4 Schwefel die höchste Oxidationsstufe (+6) hat. Ein Beispiel für die Manifestation der oxidierenden Eigenschaften von Schwefelsäure ist die Reaktion mit Kupfer:
Cu + 2H2SO4 =CuSO4 + 2H 2O + SO2.
Schwefel: nützliche Eigenschaften
Schwefel ist ein essentielles Spurenelement für lebende Organismen. Es ist ein wesentlicher Bestandteil von Aminosäuren (Methionin und Cystein), Enzymen und Vitaminen. Dieses Element ist an der Bildung der Tertiärstruktur des Proteins beteiligt. Die in Proteinen enth altene Menge an chemisch gebundenem Schwefel liegt zwischen 0,8 und 2,4 Gew.-%. Der Geh alt des Elements im menschlichen Körper beträgt etwa 2 Gramm pro 1 kg Körpergewicht (d. h. etwa 0,2 % sind Schwefel).
Die nützlichen Eigenschaften des Mikroelements sind kaum zu überschätzen. Schwefel schützt das Blutprotoplasma und ist ein aktiver Helfer des Körpers im Kampf gegen schädliche Bakterien. Die Blutgerinnung hängt von ihrer Menge ab, dh das Element hilftein ausreichendes Niveau h alten. Schwefel spielt auch eine wichtige Rolle bei der Aufrechterh altung der normalen Werte der Konzentration der vom Körper produzierten Galle.
Wird oft als „Schönheitsmineral“bezeichnet, weil es für die Erh altung gesunder Haut, Nägel und Haare unerlässlich ist. Schwefel hat die Fähigkeit, den Körper vor verschiedenen Arten von negativen Umwelteinflüssen zu schützen. Dies hilft, den Alterungsprozess zu verlangsamen. Schwefel reinigt den Körper von Giftstoffen und schützt vor Strahlung, was gerade angesichts der aktuellen Umweltsituation besonders wichtig ist.
Unzureichende Mengen an Mikroelementen im Körper können zu einer schlechten Ausscheidung von Toxinen, verminderter Immunität und Vitalität führen.
Schwefel ist an der bakteriellen Photosynthese beteiligt. Es ist ein Bestandteil von Bakteriochlorophyll, und Schwefelwasserstoff ist eine Wasserstoffquelle.
Schwefel: Eigenschaften und industrielle Anwendungen
Der am weitesten verbreitete Schwefel ist die Herstellung von Schwefelsäure. Die Eigenschaften dieser Substanz ermöglichen auch die Verwendung zur Vulkanisation von Gummi, als Fungizid in der Landwirtschaft und sogar als Medikament (kolloidaler Schwefel). Darüber hinaus wird Schwefel zur Herstellung von Streichhölzern und pyrotechnischen Sätzen verwendet, er ist Bestandteil der Schwefel-Bitumen-Zusammensetzungen zur Herstellung von Schwefelasph alt.
