De subgroep van chalcogenen omvat zwavel - dit is de tweede van de elementen die een groot aantal ertsafzettingen kunnen vormen. Sulfaten, sulfiden, oxiden en andere zwavelverbindingen zijn zeer wijdverbreid, belangrijk in de industrie en de natuur. Daarom zullen we in dit artikel bekijken wat ze zijn, wat zwavel zelf is, de eenvoudige substantie ervan.
Zwavel en zijn kenmerken
Dit element heeft de volgende positie in het periodiek systeem.
- Zesde groep, hoofdsubgroep.
- Derde kleine periode.
- Atoommassa - 32, 064.
- Rangnummer - 16, hetzelfde aantal protonen en elektronen, neutronen ook 16.
- Verwijst naar niet-metalen elementen.
- In formules wordt het gelezen als "es", de naam van het element zwavel, Latijnse zwavel.
Er zijn vier stabiele isotopen in de natuur met massagetallen 32, 33, 34 en 36. Dit element is het zesde meest voorkomende element in de natuur. Verwijst naar biogene elementen, omdat het deel uitmaakt van belangrijke organische stoffenmoleculen.
Elektronische structuur van het atoom
Zwavelverbindingen danken hun diversiteit aan de eigenaardigheden van de elektronische structuur van het atoom. Het wordt uitgedrukt door de volgende configuratieformule: 1s22s22p63s 2 3p4.
De gegeven volgorde geeft alleen de stationaire toestand van het element weer. Het is echter bekend dat als er extra energie aan een atoom wordt gegeven, elektronen op de 3p- en 3s-subniveaus kunnen worden afgebroken, gevolgd door een andere overgang naar 3d, die vrij blijft. Hierdoor verandert niet alleen de valentie van het atoom, maar ook alle mogelijke oxidatietoestanden. Hun aantal neemt aanzienlijk toe, evenals het aantal verschillende stoffen met de deelname van zwavel.
Oxidatietoestanden van zwavel in verbindingen
Er zijn verschillende hoofdvarianten van deze indicator. Voor zwavel is het:
- -2;
- +2;
- +4;
- +6.
Hiervan is S+2 de meest zeldzame, de rest is overal verspreid. De chemische activiteit en het oxiderende vermogen van de gehele stof hangt af van de mate van oxidatie van zwavel in verbindingen. Dus verbindingen met -2 zijn bijvoorbeeld sulfiden. Daarin is het element dat we overwegen een typisch oxidatiemiddel.
Hoe hoger de waarde van de oxidatietoestand in de verbinding, hoe meer uitgesproken het oxiderende vermogen van de stof zal zijn. Dit is gemakkelijk te verifiëren als we ons de twee belangrijkste zuren herinneren die zwavel vormt:
- H2SO3 - zwavelhoudend;
- H2SO4 - zwavelzuur.
Het is bekend datde laatste is een veel stabielere, sterke verbinding, met een zeer sterk oxiderend vermogen in hoge concentratie.
Eenvoudige stof
Als een eenvoudige stof is zwavel gele mooie kristallen met een gelijkmatige, regelmatige, langwerpige vorm. Hoewel dit slechts een van zijn vormen is, omdat er twee belangrijke allotrope modificaties van deze stof zijn. De eerste, monokliene of ruitvormige, is een geel kristallijn lichaam dat niet in water kan oplossen, maar alleen in organische oplosmiddelen. Verschilt in kwetsbaarheid en een mooie vorm van de structuur gepresenteerd in de vorm van een kroon. Smeltpunt - ongeveer 1100C.
Als je het tussenliggende moment bij het verwarmen van een dergelijke wijziging niet mist, kun je op tijd een andere toestand detecteren - plastic zwavel. Het is een rubberachtige bruine viskeuze oplossing, die bij verdere verwarming of snelle afkoeling weer een ruitvorm krijgt.
Als we het hebben over chemisch zuivere zwavel verkregen door herhaalde filtratie, dan zijn het heldere gele kleine kristallen, breekbaar en volledig onoplosbaar in water. Kan ontbranden bij contact met vocht en zuurstof in de lucht. Verschillen in vrij hoge chemische activiteit.
In de natuur zijn
In de natuur zijn er natuurlijke afzettingen waaruit zwavelverbindingen worden gewonnen en zwavel zelf als een eenvoudige stof. Daarnaast is zijbevat:
- in mineralen, ertsen en gesteenten;
- in het lichaam van dieren, planten en mensen, omdat het deel uitmaakt van veel organische moleculen;
- in aardgas, olie en kolen;
- in olieschalie en natuurlijke wateren.
Enkele van de rijkste mineralen in zwavel kunnen worden genoemd:
- cinnaber;
- pyriet;
- sphalerite;
- antimoniet;
- galena en anderen.
Het grootste deel van de tegenwoordig geproduceerde zwavel gaat naar de sulfaatproductie. Een ander deel wordt gebruikt voor medische doeleinden, landbouw, industriële processen voor de productie van stoffen.
Fysieke eigenschappen
Ze kunnen worden beschreven met verschillende punten.
- Onoplosbaar in water, oplosbaar in koolstofdisulfide of terpentijn.
- accumuleert bij langdurige wrijving een negatieve lading.
- Smeltpunt is 110 0C.
- Kookpunt 190 0C.
- Wanneer het 300 bereikt 0C verandert in vloeistof, gemakkelijk mobiel.
- Zuiver stof kan spontaan ontbranden eigenschappen zijn zeer goed.
- Van zichzelf heeft het praktisch geen geur, maar waterstof-zwavelverbindingen geven een scherpe geur van rotte eieren af. Evenals enkele gasvormige binaire vertegenwoordigers.
De fysieke eigenschappen van de stof in kwestie zijn al sinds de oudheid bekend bij mensen. Het is vanwege zijn brandbaarheid dat zwavel zijn naam heeft gekregen. In oorlogen werden verstikkende en giftige dampen gebruikt, die worden gevormd tijdens de verbranding van deze verbinding, zoalswapens tegen vijanden. Bovendien zijn zwavelhoudende zuren altijd van groot industrieel belang geweest.
Chemische eigenschappen
Thema: "Zwavel en zijn verbindingen" in de scheikundecursus op school kost niet één les, maar meerdere. Het zijn er tenslotte veel. Dit komt door de chemische activiteit van deze stof. Het kan zowel oxiderende eigenschappen vertonen met sterkere reductiemiddelen (metalen, boor en andere) als reducerende eigenschappen met de meeste niet-metalen.
Ondanks een dergelijke activiteit vindt onder normale omstandigheden echter alleen interactie met fluor plaats. Alle andere hebben verwarming nodig. Er zijn verschillende categorieën stoffen waarmee zwavel een wisselwerking kan hebben:
- metalen;
- niet-metalen;
- alkali;
- sterk oxiderende zuren - zwavelzuur en salpeterzuur.
Zwavelverbindingen: variëteiten
Hun diversiteit zal worden verklaard door de ongelijke waarde van de oxidatietoestand van het hoofdelement - zwavel. Op basis hiervan kunnen we dus verschillende hoofdsoorten stoffen onderscheiden:
- verbindingen met oxidatietoestand -2;
- +4;
- +6.
Als we klassen beschouwen, en niet de valentie-index, dan vormt dit element moleculen zoals:
- zuren;
- oxiden;
- waterstof zwavelverbindingen;
- zout;
- binaire verbindingen met niet-metalen (koolstofdisulfide, chloriden);
- organische stof.
Laten we nu de belangrijkste bekijken en voorbeelden geven.
Stoffen met een oxidatietoestand van -2
Zwavelverbindingen 2 zijn de conformaties met metalen, evenals met:
- koolstof;
- waterstof;
- fosfor;
- silicium;
- arseen;
- boor.
In deze gevallen werkt het als een oxidatiemiddel, omdat alle vermelde elementen meer elektropositief zijn. Laten we eens kijken naar enkele van de belangrijkste.
- Koolstofdisulfide - CS2. Transparante vloeistof met een karakteristiek aangenaam aroma van ether. Het is giftig, ontvlambaar en explosief. Het wordt gebruikt als oplosmiddel voor de meeste soorten oliën, vetten, niet-metalen, zilvernitraat, harsen en rubbers. Het is ook een belangrijk onderdeel bij de productie van kunstzijde - viscose. In de industrie wordt het in grote hoeveelheden gesynthetiseerd.
- Waterstofsulfide of waterstofsulfide - H2S. Een kleurloos gas met een zoete smaak. De geur is scherp, uiterst onaangenaam en doet denken aan een rot ei. Giftig, onderdrukt het ademhalingscentrum, omdat het koperionen bindt. Daarom vinden verstikking en dood plaats wanneer ze door hen worden vergiftigd. Op grote schaal gebruikt in de geneeskunde, organische synthese, zwavelzuurproductie en als energie-efficiënte grondstof.
- Metaalsulfiden worden veel gebruikt in de geneeskunde, bij de productie van sulfaat, bij de productie van verven, bij de productie van fosforen en op andere plaatsen. De algemene formule is MexSy.
Verbindingen met een oxidatietoestand van +4
Zwavelverbindingen 4 -het is voornamelijk een oxide en de overeenkomstige zouten en een zuur. Het zijn allemaal vrij veel voorkomende verbindingen die een bepaalde waarde hebben in de industrie. Ze kunnen ook als oxidatiemiddel werken, maar vaker hebben ze reducerende eigenschappen.
De formules voor zwavelverbindingen met een oxidatietoestand van +4 zijn als volgt:
- oxide - zwaveldioxide SO2;
- zuur - zwavelhoudend H2SO3;
- zouten hebben de algemene formule Mex(SO3)y.
Een van de meest voorkomende is zwaveldioxide of anhydride. Het is een kleurloze substantie met de geur van een verbrande lucifer. Gevormd in grote clusters tijdens vulkaanuitbarstingen, is het op dit moment gemakkelijk te herkennen aan de geur.
Lost op in water onder vorming van gemakkelijk ontbindend zuur - zwavelhoudend. Het gedraagt zich als een typisch zuuroxide, vormt zouten, waaronder SO32- als een sulfietion. Dit anhydride is het belangrijkste gas dat de vervuiling van de omringende atmosfeer aantast. Dit is de oorzaak van zure regen. In de industrie wordt het gebruikt bij de productie van sulfaat.
Verbindingen waarin zwavel een oxidatietoestand heeft van +6
Deze omvatten in de eerste plaats zwavelzuuranhydride en zwavelzuur met hun zouten:
- sulfaten;
- hydrosulfaten.
Omdat het zwavelatoom daarin in de hoogste mate van oxidatie is, zijn de eigenschappen van deze verbindingen heel begrijpelijk. Het zijn sterke oxidatiemiddelen.
Zwaveloxide (VI) - zwavelzuuranhydride - is eenvluchtige kleurloze vloeistof. Kenmerkend is een sterk vochtopnemend vermogen. Rookt buiten. Wanneer opgelost in water, geeft het een van de sterkste minerale zuren - zwavelzuur. De geconcentreerde oplossing is een zware olieachtige enigszins geelachtige vloeistof. Als het anhydride wordt opgelost in zwavelzuur, wordt een speciale verbinding, oleum genaamd, verkregen. Het wordt industrieel gebruikt bij de productie van zuur.
Onder zouten - sulfaten - verbindingen zoals:
- gips CaSO4 2H2O;
- bariet BaSO4;
- mirabilite;
- loodsulfaat en anderen.
Ze worden gebruikt in de bouw, chemische synthese, medicijnen, de vervaardiging van optische instrumenten en brillen, en zelfs in de voedingsindustrie.
Hydrosulfaten worden veel gebruikt in de metallurgie, waar ze als vloeimiddel worden gebruikt. En ze helpen ook om veel complexe oxiden om te zetten in oplosbare sulfaatvormen, die in de overeenkomstige industrieën worden gebruikt.
De studie van zwavel in de scheikundecursus op school
Wanneer is de beste tijd voor leerlingen om te leren wat zwavel is, wat de eigenschappen zijn, wat een zwavelverbinding is? 9e leerjaar is de beste periode. Dit is niet het allereerste begin, wanneer alles nieuw en onbegrijpelijk is voor kinderen. Dit is de middenweg in de studie van de chemische wetenschap, wanneer de eerder gelegde basis zal helpen om het onderwerp volledig te begrijpen. Daarom is het de tweede helft van het afstudeerjaar die wordt uitgetrokken voor de behandeling van deze kwesties.klas. Tegelijkertijd is het hele onderwerp verdeeld in verschillende blokken, waarin een aparte les "Zwavelverbindingen. Grade 9" is.
Dit komt door hun overvloed. De kwestie van de industriële productie van zwavelzuur wordt ook afzonderlijk beschouwd. Over het algemeen wordt voor dit onderwerp gemiddeld 3 uur uitgetrokken.
Maar organische zwavelverbindingen worden pas in de 10e klas meegenomen voor studie, wanneer organische problemen worden overwogen. Ze worden ook beïnvloed in de biologie op de middelbare school. Zwavel maakt immers deel uit van organische moleculen als:
- thioalcoholen (thiolen);
- eiwitten (tertiaire structuur waarop disulfidebruggen worden gevormd);
- thioaldehyden;
- thiofenolen;
- thioethers;
- sulfonzuren;
- sulfoxides en anderen.
Ze zijn geclassificeerd als een speciale groep organozwavelverbindingen. Ze zijn niet alleen belangrijk in de biologische processen van levende wezens, maar ook in de industrie. Zo vormen sulfonzuren de basis van veel medicijnen (aspirine, sulfanilamide of streptocide).
Bovendien is zwavel een constant bestanddeel van verbindingen zoals sommige:
- aminozuren;
- enzymen;
- vitaminen;
- hormonen.
