Zwavel is een scheikundig element dat zich in de zesde groep en derde periode van het periodiek systeem bevindt. In dit artikel gaan we uitgebreid in op de chemische en fysische eigenschappen, productie, gebruik, enzovoort. Het fysieke kenmerk omvat kenmerken als kleur, elektrisch geleidbaarheidsniveau, zwavelkookpunt, enz. De chemische beschrijft de interactie met andere stoffen.
Zwavel in termen van natuurkunde
Dit is een kwetsbare substantie. Onder normale omstandigheden bevindt het zich in een vaste aggregatietoestand. Zwavel heeft een citroengele kleur.
En voor het grootste deel hebben alle verbindingen gele tinten. Lost niet op in water. Het heeft een lage thermische en elektrische geleidbaarheid. Deze eigenschappen kenmerken het als een typisch niet-metaal. Ondanks dat de chemische samenstelling van zwavel helemaal niet ingewikkeld is, kan deze stof verschillende variaties hebben. Het hangt allemaal af van de structuur van het kristalrooster, met behulp waarvan atomen zijn verbonden, maar ze vormen geen moleculen.
Dus de eerste optie is ruitvormige zwavel. Ze is toevallighet meest stabiel. Het kookpunt van dit type zwavel is vierhonderdvijfenveertig graden Celsius. Maar om ervoor te zorgen dat een bepaalde stof in een gasvormige aggregatietoestand komt, moet deze eerst door een vloeibare toestand gaan. Het smelten van zwavel vindt dus plaats bij een temperatuur van honderddertien graden Celsius.
De tweede optie is monokliene zwavel. Het zijn naaldvormige kristallen met een donkergele kleur. Het smelten van zwavel van het eerste type, en vervolgens de langzame afkoeling ervan, leidt tot de vorming van dit type. Deze variëteit heeft bijna dezelfde fysieke kenmerken. Het kookpunt van zwavel van dit type is bijvoorbeeld nog steeds dezelfde vierhonderdvijfenveertig graden. Bovendien is er zo'n verscheidenheid van deze stof als plastic. Het wordt verkregen door het in koud water te gieten dat bijna tot kokend rhombisch is verwarmd. Het kookpunt van zwavel van dit type is hetzelfde. Maar de stof heeft het vermogen om uit te rekken als rubber.
Een ander onderdeel van het fysieke kenmerk waar ik het over wil hebben, is de ontstekingstemperatuur van zwavel.
Dit cijfer kan variëren, afhankelijk van het type materiaal en de oorsprong ervan. De ontstekingstemperatuur van technische zwavel is bijvoorbeeld honderdnegentig graden. Dit is een vrij laag cijfer. In andere gevallen kan het vlampunt van zwavel tweehonderdachtenveertig graden en zelfs tweehonderdzesenvijftig zijn. Het hangt allemaal af van het materiaal waaruit het is gewonnen, welke dichtheid het heeft. Maar het kan worden geconcludeerddat de verbrandingstemperatuur van zwavel vrij laag is, vergeleken met andere chemische elementen, is het een ontvlambare stof. Bovendien kan zwavel soms worden gecombineerd tot moleculen die uit acht, zes, vier of twee atomen bestaan. Nu we zwavel vanuit het oogpunt van natuurkunde hebben bekeken, gaan we verder met de volgende sectie.
Chemische karakterisering van zwavel
Dit element heeft een relatief lage atoommassa, het is tweeëndertig gram per mol. Het kenmerk van het zwavelelement omvat een dergelijk kenmerk van deze stof als het vermogen om verschillende graden van oxidatie te hebben. Daarin verschilt het van bijvoorbeeld waterstof of zuurstof. Gezien de vraag wat de chemische eigenschap van het zwavelelement is, is het onmogelijk om niet te vermelden dat het, afhankelijk van de omstandigheden, zowel reducerende als oxiderende eigenschappen vertoont. Beschouw dus in volgorde de interactie van een bepaalde stof met verschillende chemische verbindingen.
Zwavel en eenvoudige stoffen
Eenvoudig zijn stoffen die slechts één chemisch element in hun samenstelling hebben. De atomen kunnen samengaan tot moleculen, zoals bijvoorbeeld in het geval van zuurstof, of ze kunnen niet combineren, zoals het geval is bij metalen. Dus zwavel kan reageren met metalen, andere niet-metalen en halogenen.
Interactie met metalen
Dit soort proces vereist een hoge temperatuur. Onder deze omstandigheden vindt een additiereactie plaats. Dat wil zeggen, metaalatomen combineren met zwavelatomen, waardoor complexe stoffen sulfiden worden gevormd. Als u bijvoorbeeld verwarmttwee mol kalium, gemengd met één mol zwavel, we krijgen één mol van het sulfide van dit metaal. De vergelijking kan als volgt worden geschreven: 2K + S=K2S.
Reactie met zuurstof
Dit is zwavelverbranding. Als resultaat van dit proces wordt het oxide gevormd. De laatste kan van twee soorten zijn. Daarom kan de verbranding van zwavel in twee fasen plaatsvinden. De eerste is wanneer één mol zwavel en één mol zuurstof één mol zwaveldioxide vormen. Je kunt de vergelijking van deze chemische reactie als volgt schrijven: S + O2=SO2. De tweede stap is de toevoeging van nog een zuurstofatoom aan het dioxide. Dit gebeurt wanneer bij hoge temperaturen één mol zuurstof wordt toegevoegd aan twee mol zwaveldioxide. Het resultaat is twee mol zwaveltrioxide. De vergelijking voor deze chemische interactie ziet er als volgt uit: 2SO2 + O2=2SO3. Als gevolg van deze reactie wordt zwavelzuur gevormd. Door de twee beschreven processen uit te voeren, is het dus mogelijk om het resulterende trioxide door een straal waterdamp te leiden. En we krijgen sulfaatzuur. De vergelijking voor zo'n reactie wordt als volgt geschreven: SO3 + H2O=H2 SO 4.
Interactie met halogenen
De chemische eigenschappen van zwavel zorgen ervoor dat het, net als andere niet-metalen, kan reageren met deze groep stoffen. Het omvat verbindingen zoals fluor, broom, chloor, jodium. Zwavel reageert met elk van hen, behalve de laatste. Een voorbeeld is het proces van fluorering van de beschouwdeons een element van het periodiek systeem. Door het genoemde niet-metaal te verhitten met een halogeen, kunnen twee variaties van fluoride worden verkregen. Het eerste geval: als we één mol zwavel en drie mol fluor nemen, krijgen we één mol fluoride, waarvan de formule SF6 is. De vergelijking ziet er als volgt uit: S + 3F2=SF6. Daarnaast is er een tweede optie: als we één mol zwavel en twee mol fluor nemen, krijgen we één mol fluoride met de chemische formule SF4. De vergelijking wordt als volgt geschreven: S + 2F2=SF4. Zoals u kunt zien, hangt het allemaal af van de verhoudingen waarin de componenten worden gemengd. Op precies dezelfde manier is het mogelijk om het proces van chlorering van zwavel (er kunnen ook twee verschillende stoffen worden gevormd) of bromering uit te voeren.
Interactie met andere eenvoudige stoffen
De karakterisering van het zwavelelement houdt daar niet op. De stof kan ook een chemische reactie aangaan met waterstof, fosfor en koolstof. Door de interactie met waterstof wordt sulfidezuur gevormd. Als gevolg van de reactie met metalen kunnen hun sulfiden worden verkregen, die op hun beurt ook worden verkregen door directe reactie van zwavel met hetzelfde metaal. De toevoeging van waterstofatomen aan zwavelatomen vindt alleen plaats onder omstandigheden van zeer hoge temperatuur. Wanneer zwavel reageert met fosfor, wordt het fosfide gevormd. Het heeft de volgende formule: P2S3. Om één mol van deze stof te krijgen, moet je twee mol fosfor nemen en drie mol zwavel. Wanneer zwavel een interactie aangaat met koolstof, wordt het carbide van het beschouwde niet-metaal gevormd. De chemische formule ziet er als volgt uit: CS2. Om één mol van deze stof te krijgen, moet je één mol koolstof en twee mol zwavel nemen. Alle hierboven beschreven additiereacties treden alleen op wanneer de reactanten tot hoge temperaturen worden verwarmd. We hebben de interactie van zwavel met eenvoudige stoffen overwogen, laten we nu verder gaan met de volgende paragraaf.
Zwavel en complexe verbindingen
Complex zijn die stoffen waarvan de moleculen uit twee (of meer) verschillende elementen bestaan. Door de chemische eigenschappen van zwavel kan het reageren met verbindingen zoals alkaliën en geconcentreerd sulfaatzuur. De reacties met deze stoffen zijn nogal eigenaardig. Overweeg eerst wat er gebeurt als het niet-metaal in kwestie wordt gemengd met alkali. Als je bijvoorbeeld zes mol kaliumhydroxide neemt en er drie mol zwavel aan toevoegt, krijg je twee mol kaliumsulfide, één mol van dit metaalsulfiet en drie mol water. Dit soort reactie kan worden uitgedrukt door de volgende vergelijking: 6KOH + 3S=2K2S + K2SO3 + 3H2 O. Volgens hetzelfde principe treedt interactie op als natriumhydroxide wordt toegevoegd. Overweeg vervolgens het gedrag van zwavel wanneer er een geconcentreerde oplossing van sulfaatzuur aan wordt toegevoegd. Als we één mol van de eerste en twee mol van de tweede stof nemen, krijgen we de volgende producten: zwaveltrioxide in een hoeveelheid van drie mol, en ook water - twee mol. Deze chemische reactie kan alleen plaatsvinden als de reactanten tot een hoge temperatuur worden verwarmd.
Het item in kwestie krijgenniet-metaal
Er zijn verschillende manieren waarop je zwavel uit verschillende stoffen kunt halen. De eerste methode is om het te isoleren van pyriet. De chemische formule van de laatste is FeS2. Wanneer deze stof tot een hoge temperatuur wordt verwarmd zonder toegang tot zuurstof, kan een ander ijzersulfide - FeS - en zwavel worden verkregen. De reactievergelijking is als volgt geschreven: FeS2=FeS + S. De tweede methode om zwavel te verkrijgen, die vaak in de industrie wordt gebruikt, is de verbranding van zwavelsulfide onder de conditie van een kleine hoeveelheid zuurstof. In dit geval kunt u het beschouwde niet-metaal en water krijgen. Om de reactie uit te voeren, moet u de componenten in een molaire verhouding van twee tot één nemen. Als resultaat krijgen we de eindproducten in verhoudingen van twee tot twee. De vergelijking voor deze chemische reactie kan als volgt worden geschreven: O. Bovendien kan zwavel worden verkregen tijdens verschillende metallurgische processen, bijvoorbeeld bij de productie van metalen zoals nikkel, koper en andere.
Industrieel gebruik
Het niet-metaal dat we overwegen heeft zijn breedste toepassing gevonden in de chemische industrie. Zoals hierboven vermeld, wordt het hier gebruikt om er sulfaatzuur uit te verkrijgen. Bovendien wordt zwavel gebruikt als component voor de vervaardiging van lucifers, omdat het een ontvlambaar materiaal is. Het is ook onmisbaar bij de productie van explosieven, buskruit, sterretjes, enz. Bovendien wordt zwavel gebruikt als een van de ingrediënten in producten voor ongediertebestrijding. BIJgeneeskunde, wordt het gebruikt als onderdeel bij de vervaardiging van geneesmiddelen voor huidziekten. Ook wordt de betreffende stof gebruikt bij de productie van verschillende kleurstoffen. Bovendien wordt het gebruikt bij de vervaardiging van fosforen.
Elektronische structuur van zwavel
Zoals je weet, bestaan alle atomen uit een kern, die protonen bevat - positief geladen deeltjes - en neutronen, dwz deeltjes zonder lading. Elektronen draaien rond de kern met een negatieve lading. Om een atoom neutraal te laten zijn, moet het hetzelfde aantal protonen en elektronen in zijn structuur hebben. Als er meer van de laatste zijn, is dit al een negatief ion - een anion. Als daarentegen het aantal protonen groter is dan het aantal elektronen, is dit een positief ion of kation. Het zwavelanion kan werken als een zuurresidu. Het maakt deel uit van de moleculen van stoffen zoals sulfidezuur (waterstofsulfide) en metaalsulfiden. Bij elektrolytische dissociatie wordt een anion gevormd, wat optreedt wanneer een stof wordt opgelost in water. In dit geval ontleedt het molecuul in een kation, dat kan worden weergegeven als een metaal- of waterstofion, evenals een kation - een ion van een zuurresidu of een hydroxylgroep (OH-).
Aangezien het ordinale getal van zwavel in het periodiek systeem zestien is, kunnen we concluderen dat dit het aantal protonen in zijn kern is. Op basis hiervan kunnen we zeggen dat er ook zestien elektronen ronddraaien. Het aantal neutronen vind je door het serienummer van het chemische element af te trekken van de molaire massa: 32- 16=16. Elk elektron roteert niet willekeurig, maar in een bepaalde baan. Omdat zwavel een chemisch element is dat tot de derde periode van het periodiek systeem behoort, zijn er drie banen rond de kern. De eerste heeft twee elektronen, de tweede heeft acht en de derde heeft zes. De elektronische formule van het zwavelatoom wordt als volgt geschreven: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
Prevalentie in de natuur
Kortom, het beschouwde chemische element wordt gevonden in de samenstelling van mineralen, die sulfiden zijn van verschillende metalen. Allereerst is het pyriet - ijzerzout; het is ook lood, zilver, koperglans, zinkblend, cinnaber - kwiksulfide. Bovendien kan zwavel ook deel uitmaken van mineralen, waarvan de structuur wordt weergegeven door drie of meer chemische elementen.
Bijvoorbeeld chalcopyriet, mirabilite, kieseriet, gips. U kunt elk van hen in meer detail bekijken. Pyriet is een ferrosulfide, of FeS2. Het heeft een lichtgele kleur met een gouden glans. Dit mineraal is vaak als onzuiverheid te vinden in lapis lazuli, dat veel wordt gebruikt om sieraden te maken. Dit komt door het feit dat deze twee mineralen vaak een gemeenschappelijke afzetting hebben. Koperglans - chalcociet of chalcosine - is een blauwgrijze substantie, vergelijkbaar met metaal. Loodglans (galena) en zilverglans (argentite) hebben vergelijkbare eigenschappen: ze zien er allebei uit als metalen en hebben een grijze kleur. Cinnaber is een bruinrood dof mineraal met grijze vlekken. Chalcopyriet, chemischwaarvan de formule CuFeS2 is, - goudgeel, het wordt ook wel gouden blende genoemd. Zinkblende (sfaleriet) kan een kleur hebben van amber tot vurig oranje. Mirabilite - Na2SO4x10H2O - transparante of witte kristallen. Het wordt ook wel Glauber's zout genoemd, dat in de geneeskunde wordt gebruikt. De chemische formule van kieseriet is MgSO4xH2O. Het verschijnt als een wit of kleurloos poeder. De chemische formule van gips is CaSO4x2H2O. Bovendien maakt dit chemische element deel uit van de cellen van levende organismen en is het een belangrijk sporenelement.
