SVOVL: HISTORIE, EGENSKABER, STRUKTUR, OPNÅELSE, ANVENDELSER - KEMI

Den svovl er en ikke-metalliske element leads, under oxygen, gruppen af chalcogener i det periodiske system. Det er specifikt placeret i gruppe 16 med periode 3 og er repræsenteret af det kemiske symbol S. Af dets naturlige isotoper er ³² S langt den mest rigelige (ca. 94% af alle svovlatomer).

Det er et af de mest rigelige elementer på Jorden, der udgør omkring 3% af dens samlede masse. Med andre ord, hvis al svovl på planeten blev taget, kunne to gule måner bygges; der ville være tre satellitter i stedet for en. Den kan adoptere forskellige oxidationstilstande (+2, -2, +4 og +6), så dens salte er adskillige og beriger jordskorpen og kernen.

Svovlkrystaller. Kilde: Pixabay.

Svovl er synonymt med gul, dårlig lugt og helvede. Hovedårsagen til dens dårlige lugt skyldes dens afledte forbindelser; især sodavand og organiske. Af resten er dets mineraler solide og har farver, der inkluderer gul, grå, sort og hvid (blandt andre).

Det er et af de elementer, der mest præsenterer et stort antal allotropes. Det kan findes som små, diskrete molekyler af S ₂ eller S ₃; som ringe eller cyklusser, idet den orthorhombiske og monokliniske svovl S _{8 er} den mest stabile og rigelige af alle; og som spiralformede kæder.

Det findes ikke kun i jordskorpen i form af mineraler, men også i vores biologiske matrixer. For eksempel er det i aminosyrerne cystin, cystein og methionin, i jernproteiner, keratin og i nogle vitaminer. Den findes også i hvidløg, grapefrugt, løg, kål, broccoli og blomkål.

Kemisk er det et blødt element, og i fravær af ilt danner det svovlholdige mineraler og sulfater. Det brænder med en blålig flamme og kan forekomme som et amorft eller krystallinsk fast stof.

På trods af at det er vigtigt for syntese af svovlsyre, et stærkt ætsende stof og har ubehagelige lugte, er det faktisk et godartet element. Svovl kan opbevares i ethvert rum uden større forholdsregler, så længe brand undgås.

Historie om svovl

I Bibelen

Svovl er et af de ældste elementer i menneskehedens historie; så meget, at dens opdagelse er usikker, og det vides ikke, hvilken af de gamle civilisationer, der brugte den for første gang (4000 år før Kristus). I selve siderne i Bibelen kan han findes ledsagende helvede og helvede.

Den formodede lugt af svovl fra helvede antages at have at gøre med vulkanudbrud. Dens første opdager må helt sikkert have stødt på miner fra dette element, såsom støvlander eller gule krystaller i nærheden af en vulkan.

antikken

Dette gulaktige faste stof demonstrerede snart bemærkelsesværdige helingseffekter. For eksempel brugte egypterne svovl til behandling af betændelse i øjenlågene. Det lettede også fnat og acne, en applikation, der kan ses i dag i svovlsæber og andre dermatologiske genstande.

Romerne brugte dette element i deres ritualer, som et fumigant og blegemiddel. Når det brænder, frigiver det SO ₂, en gas, der oversvømmer lokalerne, blandet med fugtigheden og giver et antibakterielt miljø, der er i stand til at dræbe insekter.

Romerne opdagede ligesom grækerne den høje brændbarhed af svovl, hvorfor det blev synonymt med ild. Farven på dens blålige flammer skal have oplyst de romerske cirkus. Det menes, at grækerne på deres side brugte dette element til at skabe brandende våben.

Kineserne lærte for deres del at ved at blande svovl med saltpeter (KNO ₃) og kul, skabte de det sorte pulver af materiale, der satte en historisk vending, og som vækkede store krav og interesse for dette mineral i datidens nationer.

Moderne tider

Som om kruttet ikke var grund nok til at begjære svovl, kom svovlsyre og dens industrielle anvendelser snart op. Og med stangen af svovlsyre blev mængden af rigdom eller velstand i et land målt i forhold til dets forbrugsniveauer for denne forbindelse.

Det var først i 1789, at den strålende kemiker Antoine Lavoisier var i stand til at genkende svovl og klassificere det som et element. I 1823 opdagede den tyske kemiker Eilhard Mitscherlich, at svovl overvejende kan krystallisere på to måder: rhombohedral og monoklin.

Svovlhistorien fulgte det samme forløb af dets forbindelser og anvendelser. Med svovlsyrens enorme industrielle betydning ledsages den af vulkanisering af gummi, syntese af penicillin, udnyttelse af miner, raffinering af rå olie rig på svovl, ernæring af jord osv.

Ejendomme

Fysisk fremtoning

Skør fast stof i pulver eller krystalform. Dens farve er kedelig citrongul, den er smagløs og har ingen lugt.

Flydende udseende

Flydende svovl er unikt, idet den oprindelige gule farve bliver rødlig og intensiveres og mørkere, hvis den udsættes for høje temperaturer. Når det brænder, udsender det lyseblå flammer.

Molar masse

32 g / mol.

Smeltepunkt

115,21 ° C

Kogepunkt

445 ° C

tændingspunkt

160 ° C

Selvantændelsestemperatur

232 ° C

Massefylde

2,1 g / ml. Imidlertid kan andre allotrope være mindre tætte.

Molær varmekapacitet

22,75 J / mol K

Kovalent radius

105 ± 15:00.

elektronegativitet

2.58 på Pauling-skalaen.

polaritet

SS-bindinger er apolære, fordi begge svovlatomer har den samme elektronegativitet. Dette gør alle dets allotrope, cykliske eller kædeformede, ikke-polære; og derfor er dets interaktioner med vand ineffektive, og det kan ikke opløses i det.

Imidlertid kan svovl opløses i ikke-polære opløsningsmidler, såsom carbondisulfid, CS ₂ og aromater (benzen, toluen, xylen, etc.).

Ion

Svovl kan danne forskellige ioner, normalt anioner. Den bedst kendte af alle er svovl, S ^2-. S ^2- er kendetegnet ved at være voluminøs og har en blød Lewis-base.

Fordi det er en blød base, siger teorien, at den vil have en tendens til at danne forbindelser med bløde syrer; såsom overgangsmetallkationer, herunder Fe2 ⁺, Pb ²⁺ og Cu2 ⁺.

Struktur og elektronisk konfiguration

Svovlkronen

S8-molekyle, den mest stabile og rigelige allotrope svovl. Kilde: Benjah-bmm27.

Svovl kan forekomme i en lang række allotroper; og disse har til gengæld krystallinske strukturer, der modificeres under forskellige tryk og / eller temperaturer. Derfor er svovl et element, der er rig på allotrope og polymorfe, og studiet af dets faste strukturer repræsenterer en uendelig kilde til teoretisk-eksperimentelt arbejde.

Hvorfor sådan strukturel kompleksitet? Til at begynde med er de kovalente bindinger i svovl (SS) meget stærke og overgås kun af kulstof, CC og af brint, HH.

I modsætning til kulstof har svovl ikke en tendens til at danne tetrahedra, men boomeranger; det med deres vinkler foldes og ringer for at stabilisere svovlkæderne. Den mest kendte ring af alle, der også repræsenterer den mest stabile allotrope svovl, er S ₈, "svovlkronen" (øverste billede).

Bemærk, at alle SS-links i S ₈ ligner individuelle boomeranger, hvilket resulterer i en ring med plov og slet ikke fladt. Disse S _8- kroner interagerer gennem Londons kræfter og orienterer sig på en sådan måde, at de skaber strukturelle mønstre, der definerer en orthorhombisk krystal; kaldet S ₈ α (S-α, eller blot orthorhombisk svovl).

polymorfe

Svovlkronen er en af de mange allotroper til dette element. S ₈ α er en polymorf af denne krone. Der er to andre (blandt de vigtigste) kaldet S ₈ β og S ₈ γ (henholdsvis S-β og S-γ). Begge polymorfer krystalliserer til monokliniske strukturer, hvor S ₈ y er tættere (gammasvovl).

Alle tre er gule faste stoffer. Men hvordan får du hver polymorf hver for sig?

S ₈ β fremstilles ved opvarmning S ₈ α til 93 ° C, derefter lade sin langsomme afkøling til bremse sin overgang tilbage til den orthorhombiske fase (den α). Og S ₈ γ, på den anden side, opnås, når S ₈ a smelter ved 150 ° C, igen gør det muligt at afkøle langsomt; det er den tætteste af svovlkronepolymorfer.

Andre cykliske allotroper

Kronen S ₈ er ikke den eneste cykliske allotrope. Der er andre såsom S ₄, S ₅ (analogt med cyclopentan), S ₆ (ved en sekskant som cyclohexan), S ₇, S ₉, og S _10-20; sidstnævnte betyder, at der kan være ringe eller cyklusser, der indeholder fra ti til tyve svovlatomer.

Hver af dem repræsenterer forskellige cykliske allotroper af svovl; og til gengæld for at understrege det har de forskellige polymorfe eller polymorfe strukturer, der afhænger af tryk og temperatur.

For eksempel, S ₇ har op til fire kendte polymorfer: α, β, γ, og δ. Medlemmerne eller kronerne med højere molekylære masser er produkter af organisk syntese og dominerer ikke i naturen.

Svovlkæder

Svovlkæde. Kilde: OpenStax

Efterhånden som flere svovlatomer er inkorporeret i strukturen, mindskes deres tendens til ring, og svovlkæderne forbliver åbne og anvender spiralformede konformationer (som om de var spiraler eller skruer).

Og således opstår en anden omfangsrig familie af svovlatototrope, der ikke består af ringe eller cyklusser, men af kæder (som den på billedet ovenfor).

Når disse SS-kæder sidestilles parallelt i krystallen, fælder de urenheder og ender med at definere et fibrøst fast stof kaldet fibrøst svovl eller S-ψ. Hvis der mellem disse parallelle kæder er kovalente bindinger, der forbinder dem (som det sker med vulkaniseringen af gummi), har vi laminært svovl.

Når svovl S ₈ smelter, opnås en gullig flydende fase, der kan blive mørk, hvis temperaturen hæves. Dette skyldes, at SS-bindinger er brudt, og derfor opstår en termisk depolymerisationsproces.

Denne væske, når den afkøles, viser plastiske og derefter glasagtige egenskaber; dvs. en glasagtig og amorf svovl (S-χ) opnås. Dets sammensætning består af både ringe og svovlkæder.

Og når der opnås en blanding af fibrøs og laminær allotrope fra amorf svovl, produceres Crystex, et kommercielt produkt, der anvendes til gummivulkanisering.

Små allotropes

Selvom de sidst er tilbage, er de ikke mindre vigtige (eller interessante) end allotroperne med højere molekylære masser. S ₂ og S ₃ molekyler er de sulfuriserede versioner af O ₂ og O ₃. I det første er to svovlatomer forbundet med en dobbeltbinding, S = S, og i den anden er der tre atomer med resonansstrukturer, S = SS.

Både S ₂ og S ₃ er gasformige. S ₃ viser en kirsebærrød farve. Begge har nok bibliografisk materiale til at hver dække en individuel artikel.

Elektronisk konfiguration

Elektronkonfigurationen for svovlatomet er:

3s ² 3p ⁴

Den kan få to elektroner for at fuldføre sin valentoktet og således have en oxidationstilstand på -2. Ligeledes kan det miste elektroner, startende med to i dets 3p orbitaler, hvor dens oxidationstilstand er +2; hvis du mister yderligere to elektroner, med deres 3p orbitaler tomme, vil din oxidationstilstand være +4; og hvis du mister alle elektronerne, vil det være +6.

Indhentning

mineralogiske

Svovl er en del af mange mineraler. Blandt dem er pyrit (FeS ₂), galena (PbS), covellit (CuS) og andre sulfat- og sulfidmineraler. Ved at bearbejde dem kan ikke kun metaller udvindes, men også svovl efter en række reduktionsreaktioner.

Det kan også fås på en ren måde i vulkanhuller, hvor temperaturen stiger og smelter ned ad bakke, når temperaturen stiger; Og hvis det tænder, vil det se ud som blålig lava om natten. Gennem hård arbejdskraft og anstrengende fysisk arbejde kan svovl høstes, ligesom det blev gjort ganske ofte på Sicilien.

Svovl kan også findes i underjordiske miner, som er lavet til at pumpe overophedet vand for at smelte det og flytte det til overfladen. Denne opnåelsesproces er kendt som Frasch-processen, der i øjeblikket er lidt brugt.

Olie

I dag kommer det meste af svovlet fra olieindustrien, da dets organiske forbindelser er en del af sammensætningen af råolie og dets raffinerede derivater.

Hvis et råt eller raffineret produkt er rigt på svovl og undergår hydroafsvovling, vil det frigive store mængder af H ₂ S (stinkende gas, der lugter som rådne æg):

RSR + 2 H ₂ → 2 RH + H ₂ S

H ₂ S derpå kemisk behandlet i Clauss processen, sammenfattet med de følgende kemiske ligninger:

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

Applikationer

Nogle af anvendelserne til svovl er nævnt nedenfor og på en generel måde:

- Det er et vigtigt element for både planter og dyr. Det er endda til stede i to aminosyrer: cystein og methionin.

- Det er råmaterialet til svovlsyre, en forbindelse, der er involveret i fremstillingen af utallige kommercielle produkter.

- I den farmaceutiske industri bruges det til syntese af svovlderivater, idet penicillin er det bedst kendte af eksemplerne.

- Tillader vulkanisering af gummi ved at forbinde polymerkæderne med SS-bindinger.

- Dens gule farve og dens blandinger med andre metaller gør det ønskeligt i pigmentindustrien.

- Blandet med en uorganisk matrix, såsom sand og klipper, beton og svovlasfalt er klar til at erstatte bitumen.

Risici og forholdsregler

Svovl i sig selv er et ufarligt, ikke-giftigt stof, og det udgør heller ingen potentielle risici, medmindre det reagerer på dannelse af andre forbindelser. Dets sulfatsalte er ikke farlige og kan håndteres uden større forsigtighedsregler. Dette er ikke tilfældet, men med dens gasformige derivater: SO ₂ og H ₂ S, begge meget giftige.

Hvis det er i flydende fase, kan det forårsage alvorlige forbrændinger. Hvis det sluges i store mængder, kan det udløse produktionen af H ₂ S i tarmen. Ellers repræsenterer det ikke nogen risiko for dem, der tygger det.

Generelt er svovl et sikkert element, der ikke kræver for mange forholdsregler, undtagen for at holde det væk fra ild og stærke oxidationsmidler.

Referencer

Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
Laura Crapanzano. (2006). Polymorfisme af svovl: Strukturelle og dynamiske aspekter. Fysik. Universitet Joseph-Fourier - Grenoble I. Engelsk. fftel-00204149f
Wikipedia. (2019). Allotropes svovl. Gendannet fra: en.wikipedia.org
Meyer Beat. (1976). Elementært svovl. Chemical Reviews, bind 76, nr. 3.
Dr. Doug Stewart. (2019). Fakta om svovlelement. Chemicool. Gendannes fra: chemicool.com
Donald W. Davis og Randall A. Detro. (2015). Svovlhistorie. Georgia Gulf Sulphur Corporation. Gendannes fra: georgiagulfsulfur.com
Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (11. januar 2019). 10 interessante svovlfakta. Gendannes fra: thoughtco.com
Boone, C.; Bond, C.; Hallman, A.; Jenkins, J. (2017). Generelt faktaark om svovl; National Pesticid Information Center, Oregon State University Extension Services. npic.orst.edu

SVOVL: HISTORIE, EGENSKABER, STRUKTUR, OPNÅELSE, ANVENDELSER - KEMI - 2025