Schwefel ist eines der häufigsten Elemente der Erdkruste. Am häufigsten kommt es in der Zusammensetzung von Mineralien vor, die zusätzlich Metalle enth alten. Sehr interessant sind die Vorgänge, die beim Erreichen des Siede- und Schmelzpunktes von Schwefel ablaufen. Wir werden diese Prozesse sowie die damit verbundenen Schwierigkeiten in diesem Artikel analysieren. Aber tauchen wir zuerst in die Geschichte der Entdeckung dieses Elements ein.
Verlauf
Schwefel ist in seiner natürlichen Form sowie in der Zusammensetzung von Mineralien seit der Antike bekannt. In altgriechischen Texten wird die giftige Wirkung seiner Verbindungen auf den menschlichen Körper beschrieben. Das bei der Verbrennung von Verbindungen dieses Elements freigesetzte Schwefeldioxid kann tatsächlich für Menschen tödlich sein. Um das 8. Jahrhundert herum begann man in China Schwefel zur Herstellung pyrotechnischer Mischungen zu verwenden. Kein Wunder, denn in diesem Land soll das Schießpulver erfunden worden sein.
Schon im alten Ägypten kannten die Menschen eine Methode, schwefelh altiges Erz auf Kupferbasis zu rösten. So wurde das Metall abgebaut. Schwefel entwich als giftiges Gas SO2.
Obwohl er seit der Antike berühmt war, kam das Wissen darüber, was Schwefel ist, dank der Arbeit des französischen Naturforschers AntoineLavoisier. Er war es, der feststellte, dass es sich um ein Element handelt und seine Verbrennungsprodukte Oxide sind.
Hier ist so eine kurze Geschichte der Bekanntschaft der Menschen mit diesem chemischen Element. Als nächstes werden wir ausführlich über die Prozesse sprechen, die in den Eingeweiden der Erde stattfinden und zur Bildung von Schwefel in seiner jetzigen Form führen.
Wie entsteht Schwefel?
Es gibt ein verbreitetes Missverständnis, dass dieses Element am häufigsten in seiner ursprünglichen (d. h. reinen) Form vorkommt. Dies ist jedoch nicht ganz richtig. Nativer Schwefel wird am häufigsten als Einschluss in anderen Erzen gefunden.
Im Moment gibt es mehrere Theorien über die Herkunft des Elements in seiner reinsten Form. Sie deuten auf einen Unterschied in der Entstehungszeit von Schwefel und den Erzen hin, in denen er eingestreut ist. Die erste, die Theorie der Syngenese, geht von der Bildung von Schwefel zusammen mit Erzen aus. Ihr zufolge haben einige Bakterien, die im Ozean leben, die Sulfate im Wasser zu Schwefelwasserstoff reduziert. Letzteres wiederum stieg auf, wo es mit Hilfe anderer Bakterien zu Schwefel oxidiert wurde. Sie fiel zu Boden, vermischt mit Schlick, und anschließend bildeten sie zusammen Erz.
Die Essenz der Theorie der Epigenese ist, dass der Schwefel im Erz später als er selbst gebildet wurde. Hier gibt es mehrere Filialen. Wir werden nur über die gebräuchlichste Version dieser Theorie sprechen. Es besteht daraus: Grundwasser, das durch Ansammlungen von Sulfaterzen fließt, wird mit ihnen angereichert. Dann werden Sulfationen durch Öl- und Gasfelder durch Kohlenwasserstoffe zu Schwefelwasserstoff reduziert. An die Oberfläche aufsteigender Schwefelwasserstoff wird oxidiertLuftsauerstoff zu Schwefel, der sich im Gestein ablagert und Kristalle bildet. Diese Theorie hat in letzter Zeit immer mehr Bestätigungen gefunden, aber die Frage nach der Chemie dieser Umwandlungen bleibt offen.
Von der Entstehung des Schwefels in der Natur kommen wir zu seinen Modifikationen.
Allotropie und Polymorphie
Schwefel kommt, wie viele andere Elemente des Periodensystems, in der Natur in verschiedenen Formen vor. In der Chemie nennt man sie allotrope Modifikationen. Es gibt rhombischen Schwefel. Sein Schmelzpunkt ist etwas niedriger als der der zweiten Modifikation: monoklin (112 und 119 Grad Celsius). Und sie unterscheiden sich in der Struktur der Elementarzellen. Rhombischer Schwefel ist dichter und stabiler. Es kann, wenn es auf 95 Grad erhitzt wird, in eine zweite Form übergehen - monoklin. Das Element, das wir diskutieren, hat Analoga im Periodensystem. Die Polymorphie von Schwefel, Selen und Tellur wird noch immer von Wissenschaftlern diskutiert. Sie haben eine sehr enge Beziehung zueinander und alle Modifikationen, die sie bilden, sind sehr ähnlich.
Und dann analysieren wir die Prozesse, die beim Schmelzen von Schwefel ablaufen. Aber bevor Sie loslegen, sollten Sie ein wenig in die Theorie des Aufbaus des Kristallgitters und der Phänomene eintauchen, die bei Phasenübergängen von Materie auftreten.
Woraus besteht ein Kristall?
Wie Sie wissen, liegt die Substanz im gasförmigen Zustand in Form von Molekülen (oder Atomen) vor, die sich zufällig im Raum bewegen. in flüssiger Materieseine konstituierenden Teilchen sind gruppiert, haben aber dennoch eine ziemlich große Bewegungsfreiheit. In einem festen Aggregatzustand ist alles etwas anders. Hier steigt der Ordnungsgrad auf seinen Maximalwert an und die Atome bilden ein Kristallgitter. Natürlich gibt es Schwankungen darin, aber sie haben eine sehr kleine Amplitude, und das kann nicht als freie Bewegung bezeichnet werden.
Jeder Kristall kann in Elementarzellen unterteilt werden - solche aufeinanderfolgenden Verbindungen von Atomen, die sich im gesamten Volumen der Probenverbindung wiederholen. Hier ist klarzustellen, dass solche Zellen kein Kristallgitter sind, und hier befinden sich die Atome innerhalb des Volumens einer bestimmten Figur und nicht an ihren Knoten. Sie sind für jeden Kristall individuell, können aber je nach Geometrie in mehrere Haupttypen (Syngonie) eingeteilt werden: triklin, monoklin, rhombisch, rhomboedrisch, tetragonal, hexagonal, kubisch.
Lassen Sie uns kurz jede Art von Gittern analysieren, da sie in mehrere Unterarten unterteilt sind. Und beginnen wir damit, wie sie sich voneinander unterscheiden können. Erstens sind dies die Verhältnisse der Seitenlängen und zweitens der Winkel zwischen ihnen.
Die trikline Syngonie, die niedrigste von allen, ist also ein Elementargitter (Parallelogramm), bei dem alle Seiten und Winkel einander nicht gleich sind. Ein weiterer Vertreter der sogenannten unteren Kategorie von Syngonien ist monoklin. Hier sind zwei Ecken der Zelle 90 Grad und alle Seiten haben unterschiedliche Längen. Der nächste Typ, der zur niedrigsten Kategorie gehört, ist die rhombische Syngonie. Es hat drei ungleiche Seiten, aber alle Winkel der Figursind gleich 90 Grad.
Lassen Sie uns zur mittleren Kategorie übergehen. Und ihr erstes Mitglied ist die tetragonale Syngonie. Hier ist es analog leicht zu erraten, dass alle Winkel der Figur, die sie darstellt, gleich 90 Grad sind und auch zwei der drei Seiten einander gleich sind. Der nächste Vertreter ist die rhomboedrische (trigonale) Syngonie. Hier wird es etwas interessanter. Dieser Typ wird durch drei gleiche Seiten und drei Winkel definiert, die gleich, aber nicht gerade sind.
Die letzte Variante der mittleren Kategorie ist die sechseckige Syngonie. Es ist noch schwieriger, es zu definieren. Diese Option ist auf drei Seiten aufgebaut, von denen zwei gleich sind und einen Winkel von 120 Grad bilden, und die dritte in einer Ebene senkrecht zu ihnen liegt. Wenn wir drei Zellen der sechseckigen Syngonie nehmen und aneinanderfügen, erh alten wir einen Zylinder mit sechseckiger Grundfläche (deshalb hat er einen solchen Namen, weil „hexa“auf Lateinisch „sechs“bedeutet).
Nun, die Spitze aller Syngonien, die Symmetrie in alle Richtungen hat, ist kubisch. Sie ist die einzige, die der höchsten Kategorie angehört. Hier können Sie sofort erahnen, wie es sich charakterisieren lässt. Alle Winkel und Seiten sind gleich und bilden einen Würfel.
Also, wir haben die Analyse der Theorie über die Hauptgruppen von Syngonien abgeschlossen und werden nun ausführlicher über die Struktur verschiedener Schwefelformen und die daraus folgenden Eigenschaften berichten.
Die Struktur des Schwefels
Wie bereits erwähnt, hat Schwefel zwei Modifikationen: rhombisch und monoklin. Nach dem TheorieteilSicherlich wurde deutlich, wie sie sich unterscheiden. Aber der springende Punkt ist, dass sich die Struktur des Gitters je nach Temperatur ändern kann. Der springende Punkt liegt im eigentlichen Prozess der Umwandlungen, die auftreten, wenn der Schmelzpunkt von Schwefel erreicht wird. Dann ist das Kristallgitter vollständig zerstört und die Atome können sich mehr oder weniger frei im Raum bewegen.
Aber zurück zur Struktur und den Eigenschaften einer solchen Substanz wie Schwefel. Die Eigenschaften chemischer Elemente hängen weitgehend von ihrer Struktur ab. Beispielsweise hat Schwefel aufgrund der Besonderheiten der Kristallstruktur die Eigenschaft der Flotation. Seine Partikel werden von Wasser nicht benetzt und anhaftende Luftblasen ziehen sie an die Oberfläche. So schwimmt stückiger Schwefel, wenn er in Wasser getaucht wird. Dies ist die Grundlage für einige Methoden, dieses Element aus einer Mischung ähnlicher Elemente zu trennen. Und dann werden wir die Hauptmethoden zum Extrahieren dieser Verbindung analysieren.
Produktion
Schwefel kann bei verschiedenen Mineralien vorkommen und daher in unterschiedlichen Tiefen. Abhängig davon werden unterschiedliche Extraktionsverfahren gewählt. Wenn die Tiefe gering ist und keine Ansammlungen von Gasen im Untergrund vorhanden sind, die den Abbau stören, wird das Material offen abgebaut: Gesteinsschichten werden entfernt und bei Fund von schwefelh altigem Erz zur Verarbeitung geschickt. Aber wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind und Gefahren bestehen, wird die Bohrlochmethode verwendet. Es muss den Schmelzpunkt von Schwefel erreichen. Dazu werden spezielle Anlagen verwendet. Eine Vorrichtung zum Schmelzen von stückigem Schwefel ist bei diesem Verfahren lediglich erforderlich. Aber über diesen Prozess - ein wenigspäter.
Im Allgemeinen besteht bei der Gewinnung von Schwefel in irgendeiner Weise ein hohes Vergiftungsrisiko, da sich meistens Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid ablagern, die für den Menschen sehr gefährlich sind.
Um die Nachteile und Vorteile einer bestimmten Methode besser zu verstehen, machen wir uns mit den Methoden zur Verarbeitung von schwefelh altigem Erz vertraut.
Extraktion
Auch hier gibt es mehrere Tricks, die auf ganz anderen Eigenschaften des Schwefels beruhen. Darunter sind Thermal, Extraktion, Dampf-Wasser, Zentrifugal und Filtration.
Die bewährtesten davon sind thermisch. Sie beruhen darauf, dass die Siede- und Schmelzpunkte von Schwefel niedriger sind als die der Erze, mit denen er „verheiratet“wird. Das einzige Problem ist, dass es viel Energie verbraucht. Um die Temperatur zu h alten, musste früher ein Teil des Schwefels verbrannt werden. Trotz ihrer Einfachheit ist diese Methode ineffektiv und die Verluste können einen Rekordwert von 45 Prozent erreichen.
Wir folgen dem Zweig der historischen Entwicklung, also gehen wir zum Dampf-Wasser-Verfahren über. Im Gegensatz zu thermischen Verfahren werden diese Verfahren noch in vielen Betrieben eingesetzt. Seltsamerweise basieren sie auf derselben Eigenschaft - dem Unterschied im Siedepunkt und Schmelzpunkt von Schwefel von denen der assoziierten Metalle. Der einzige Unterschied besteht darin, wie die Erwärmung erfolgt. Der gesamte Prozess findet in Autoklaven statt - speziellen Anlagen. Dort wird angereichertes Schwefelerz geliefert, das bis zu 80 % des abgebauten Elements enthält. Dann wird heißes Wasser unter Druck in den Autoklaven gepumpt. Dampf. Beim Erwärmen auf 130 Grad Celsius schmilzt Schwefel und wird aus dem System entfernt. Natürlich bleiben die sogenannten Schwänze zurück - im Wasser schwimmende Schwefelpartikel, die durch die Kondensation von Wasserdampf entstehen. Sie werden entfernt und wieder in den Prozess eingeführt, da sie auch viele der Elemente enth alten, die wir benötigen.
Eine der modernsten Methoden - Zentrifuge. Übrigens wurde es in Russland entwickelt. Kurz gesagt, seine Essenz besteht darin, dass die Schmelze einer Mischung aus Schwefel und Mineralien, die es begleitet, in eine Zentrifuge getaucht wird und sich mit hoher Geschwindigkeit dreht. Das schwerere Gestein tendiert aufgrund der Zentrifugalkraft vom Zentrum weg, während der Schwefel selbst höher bleibt. Dann werden die entstandenen Schichten einfach voneinander getrennt.
Es gibt noch ein weiteres Verfahren, das bis heute in der Produktion eingesetzt wird. Es besteht darin, Schwefel durch spezielle Filter von Mineralien zu trennen.
In diesem Artikel betrachten wir ausschließlich thermische Verfahren zur Gewinnung eines für uns zweifellos wichtigen Elements.
Schmelzvorgang
Die Untersuchung der Wärmeübertragung beim Schmelzen von Schwefel ist ein wichtiges Thema, da dies einer der wirtschaftlichsten Wege ist, dieses Element zu extrahieren. Wir können die Parameter des Systems während des Heizens kombinieren, und wir müssen ihre optimale Kombination berechnen. Zu diesem Zweck werden eine Untersuchung der Wärmeübertragung und eine Analyse der Merkmale des Schwefelschmelzprozesses durchgeführt. Für diesen Prozess gibt es mehrere Arten von Installationen. Der Schwefelschmelzkessel ist einer davon. Mit diesem Produkt erh alten Sie den Artikel, den Sie suchen- nur ein Helfer. Heute gibt es jedoch eine spezielle Anlage - eine Vorrichtung zum Schmelzen von Stückschwefel. Es kann effektiv in der Produktion eingesetzt werden, um hochreinen Schwefel in großen Mengen herzustellen.
Zu diesem Zweck wurde 1890 eine Anlage erfunden, die es ermöglicht, Schwefel in der Tiefe zu schmelzen und mit einem Rohr an die Oberfläche zu pumpen. Sein Design ist recht einfach und effektiv in der Wirkung: Zwei Rohre befinden sich ineinander. Auf 120 Grad (Schmelzpunkt von Schwefel) überhitzter Dampf zirkuliert durch das Außenrohr. Das Ende des Innenrohrs erreicht die Ablagerungen des von uns benötigten Elements. Beim Erhitzen mit Wasser beginnt Schwefel zu schmelzen und tritt aus. Alles ist ganz einfach. In der modernen Version enthält die Installation ein weiteres Rohr: Es befindet sich im Rohr mit Schwefel und es wird Druckluft durchströmt, wodurch die Schmelze schneller aufsteigt.
Es gibt mehrere weitere Methoden, und eine davon erreicht den Schmelzpunkt von Schwefel. Zwei Elektroden werden in den Untergrund abgesenkt und ein Strom wird durch sie geleitet. Da Schwefel ein typisches Dielektrikum ist, leitet es keinen Strom und beginnt sehr heiß zu werden. Dadurch schmilzt es und wird mit Hilfe eines Rohres wie bei der ersten Methode abgepumpt. Wenn sie Schwefel zur Herstellung von Schwefelsäure schicken wollen, dann wird er unterirdisch angezündet und das entstehende Gas wird abgeführt. Es wird weiter zu Schwefeloxid (VI) oxidiert und dann in Wasser gelöst, wodurch das Endprodukt erh alten wird.
Wir haben das Schmelzen von Schwefel, das Schmelzen von Schwefel und Methoden seiner Gewinnung analysiert. Jetzt ist es an der Zeit herauszufinden, warum solch komplexe Methoden benötigt werden. Tatsächlich ist die Analyse des Prozesses des Schmelzens von Schwefel undTemperaturkontrollsystem ist erforderlich, um das Endprodukt der Extraktion gut zu reinigen und effektiv anzuwenden. Schließlich ist Schwefel eines der wichtigsten Elemente, das in vielen Bereichen unseres Lebens eine Schlüsselrolle spielt.
Bewerbung
Es macht keinen Sinn zu sagen, wo Schwefelverbindungen verwendet werden. Es ist einfacher zu sagen, wo sie nicht zutreffen. Schwefel findet sich in Gummi und Gummiprodukten, im Gas, das an Haush alte geliefert wird (dort wird es benötigt, um ein Leck zu identifizieren, falls eines auftritt). Dies sind die häufigsten und einfachsten Beispiele. Tatsächlich sind die Anwendungen von Schwefel zahllos. Sie alle aufzuzählen ist einfach unrealistisch. Aber wenn wir uns dazu verpflichten, stellt sich heraus, dass Schwefel eines der wichtigsten Elemente für die Menschheit ist.
Schlussfolgerung
In diesem Artikel haben Sie erfahren, was der Schmelzpunkt von Schwefel ist und warum dieses Element für uns so wichtig ist. Wenn Sie sich für diesen Prozess und sein Studium interessieren, haben Sie wahrscheinlich etwas Neues für sich gelernt. Dies können beispielsweise Merkmale des Schmelzens von Schwefel sein. In jedem Fall sind der Perfektion keine Grenzen gesetzt, und die Kenntnis der in der Industrie ablaufenden Prozesse wird niemanden von uns stören. Sie können die technologischen Feinheiten der Prozesse der Gewinnung, Gewinnung und Verarbeitung von Schwefel und anderen in der Erdkruste enth altenen Elementen selbstständig weiter beherrschen.
