сірка

1. Історія відкриття
2. походження назви
3. походження сірки
4. отримання
5. Виробники
6. застосування
7. властивості
8. Хімічні властивості
9. біологічна роль
10. Пожежонебезпечні властивості сірки
11. Пожежі на складах сірки
12. Див. такоже

Зовнішній вигляд простої речовини Властивості атома ім'я , символ , номер

Сірка / Sulfur (S), 16

атомна маса

( молярна маса )

32,066 а. е. м. ( г / моль )

[Ne] 3s2 3p4

радіус атома

127 пм

Хімічні властивості ковалентний радіус

102 пм

радіус іона

30 (+ 6e) 184 (-2e) пм

електронегативність

2,58 (шкала Полінга)

електродний потенціал

0

ступені окислення

+6, +4, +2, 0, -1, -2

енергія іонізації

(Перший електрон)

999,0 (10,35) кДж / моль ( еВ )

Термодинамічні властивості щільність (при н. у. )

2,070 г / см³

386 К (112,85 ° С)

Температура кипіння

717,824 К (444,67 ° С)

теплота плавлення

1,23 кДж / моль

теплота випаровування

10,5 кДж / моль

Питома теплоємність

22,61 [1] Дж / (K моль)

молярний об'єм

15,5 см ³ / моль

Кристалічна ґратка структура ґратки

орторомбические

параметри решітки

a = 10,437 b = 12,845 c = 24,369 Å

Інші характеристики теплопровідність

(300 K) 0,27 Вт / (м · К)

сірка - елемент 16-й групи (за застарілою класифікації - головної підгрупи VI групи), третього періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва , з атомним номером 16. Виявляє неметалічні властивості. Позначається символом S ( лат. sulphur). У водневих і кисневих з'єднаннях знаходиться в складі різних іонів , Утворює багато кислоти і солі . багато сірковмісні солі малорастворіми в воді .

Найважливіші природні сполуки сірки: FeS2 - залізний колчедан або пірит , ZnS - цинкова обманка або сфалерит ( вюрцит ), PbS - свинцевий блиск або галенит , HgS - кіновар , Sb2S3 - антимоніт . Крім того, сірка присутня в нафти , природному вугіллі , природних газах і сланцях . Сірка - шостий елемент за змістом в природних водах , Зустрічається в основному у вигляді сульфат-іона і обумовлює «постійну» жорсткість прісної води. Життєво важливий елемент для вищих організмів, складова частина багатьох білків , Концентрується в волоссі.

Історія відкриття

Сірка в самородному стані, а також у вигляді сірчистих сполук відома з найдавніших часів. З запахом палаючої сірки, задушливим дією сірчистого газу і огидним запахом сірководню людина познайомився, ймовірно, ще в доісторичні часи. Саме через цих властивостей сірка використовувалася жерцями у складі священних курінь при релігійних обрядах. Сірка вважалася твором надлюдських істот зі світу духів або підземних богів. Дуже давно сірка стала застосовуватися в складі різних горючих сумішей для військових цілей. вже у Гомера описані «сірчані випари», смертельне дію виділень палаючій сірки. Сірка, ймовірно, входила до складу « грецького вогню », Який наводив жах на ворогів. Близько VIII ст. китайці стали використовувати її в піротехнічних сумішах, зокрема, в суміші типу пороху . Горючість сірки, легкість, з якою вона з'єднується з металами з утворенням сульфідів (наприклад, на поверхні шматків металу), пояснюють те, що її вважали «принципом горючості» і обов'язковою складовою частиною металевих руд. пресвітер Теофіл (XII ст.) Описує спосіб окисного випалу сульфідної мідної руди, відомий, ймовірно, ще в стародавньому Єгипті. В період арабської алхімії виникла ртутно-сірчана теорія складу металів, згідно з якою сірка шанували обов'язкової складової частиною (батьком) всіх металів. Надалі вона стала одним з трьох принципів алхіміків, а пізніше «принцип горючості» став основою теорії флогістону . Елементарну природу сірки встановив Лавуазьє в своїх дослідах зі спалювання. З введенням пороху в Європі почався розвиток видобутку природної сірки, а також розробка способу отримання її з пиритов; останній був поширений у стародавній Русі. Вперше в літературі він описаний у Агріколи . Таким чином, точно походження сірки не встановлено, але, як сказано вище, цей елемент використовувався до Різдва Христового, а значить знаком людям з давніх часів.

походження назви

Слово «сірка», відоме в давньоруській мові з XV ст., Запозичене з старослов'янської «Сѣра» - «сірка, смола», взагалі «горюча речовина, жир». Етимологія слова не з'ясована до теперішніх часів, оскільки початкове спільнослов'янське назва речовини втрачено і слово дійшло до сучасної російської мови в спотвореному вигляді [2] .

За припущенням Фасмера [3] , «Сірка» походить від лат. sera - «віск» або лат. serum - «сироватка».

Латинське sulphur (що відбувається з еллінізованого написання етимологічного sulpur) імовірно сходить до індоєвропейського кореня * swelp - «горіти» [4] .

походження сірки

Великі скупчення самородної сірки зустрічаються не так вже й часто. Найчастіше вона присутня в деяких рудах. Руда самородної сірки - це порода з вкрапленнями чистої сірки.

Від того, утворилися ці вкраплення одночасно з супутніми породами чи пізніше, залежить напрям пошукових і розвідувальних робіт. Існує кілька абсолютно різних теорій з цього питання.

Теорія сингенезу (тобто одночасного освіти сірки і які вміщали порід) передбачає, що освіта самородної сірки відбувалося в мілководних басейнах. Особливі бактерії відновлювали сульфати, розчинені у воді, до сірководню, який піднімався вгору, потрапляв в окислювальну зону і тут хімічним шляхом або за участю інших бактерій окислюється до елементарної сірки. Сірка осаджувалася на дно, і згодом містить сірку мул утворив руду.

Теорія епігенеза (вкраплення сірки утворилися пізніше, ніж основні породи) має кілька варіантів. Найпоширеніший з них передбачає, що підземні води, проникаючи крізь товщі порід, збагачуються сульфатами. Якщо такі води стикаються з родовищами нафти або природного газу, то іони сульфатів відновлюються вуглеводнями до сірководню. Сірководень піднімається до поверхні і, окислюючись, виділяє чисту сірку в пустотах і тріщинах порід.

В останні десятиліття знаходить все нові підтвердження одна з різновидів теорії епігенеза - теорія метасоматоза (в перекладі з грецького «метасоматоз» означає заміщення). Відповідно до неї в надрах постійно відбувається перетворення гіпсу CaSO4-H2O та ангідриту CaSO4 в сірку і кальцит СаСО3. Ця теорія створена в 1935 році радянськими вченими Л. М. Миропільська і Б. П. Кротовим. В її користь говорить, зокрема, такий факт.

В 1961 році в Іраку було відкрито родовище Мішрак. Сірка тут міститься в карбонатних породах, які утворюють звід, підтримуваний йдуть углиб опорами (в геології їх називають крилами). Крила ці складаються в основному з ангідриту і гіпсу. Така ж картина спостерігалася на вітчизняному родовищі Шор-Су.

Геологічна своєрідність цих родовищ можна пояснити тільки з позицій теорії метасоматоза: первинні гіпси і ангідрити перетворилися на вторинні карбонатні руди з вкрапленнями самородної сірки. Важливо не тільки сусідство мінералів - середній вміст сірки в руді цих родовищ одно змісту хімічно пов'язаної сірки в ангідрит. А дослідження ізотопного складу сірки і вуглецю в руді цих родовищ дали прибічникам теорії метасоматоза додаткові аргументи.

Але є одне «але»: хімізм процесу перетворення гіпсу в сірку і кальцит поки не ясний, і тому немає підстав вважати теорію метасоматоза єдино правильною. На землі і зараз існують озера (зокрема, Сірчане озеро поблизу Серноводське), де відбувається сингенетичні відкладення сірки і сірконосних мул не містить ні гіпсу, ні ангідриту.

Все це означає, що різноманітність теорій і гіпотез про походження самородної сірки - результат не тільки і не стільки неповноти наших знань, скільки складності явищ, що відбуваються в надрах. Ще з елементарної шкільної математики все ми знаємо, що до одного результату можуть привести різні шляхи. Цей закон поширюється і на геохімії.

отримання

У стародавні часи і в середні віки сірку добували, вкопуючи в землю великий глиняний горщик, на який ставили інший, з отвором в дні. Останній заповнювали породою, що містить сірку, і потім нагрівали. Сірка плавилася і стікала в нижній горщик.

В даний час сірку одержують головним чином шляхом виплавки самородної сірки безпосередньо в місцях її залягання під землею. Сірчані руди видобувають різними способами - залежно від умов залягання. Покладів сірки майже завжди супроводжують скупчення отруйних газів - сполук сірки. До того ж не можна забувати про можливість її самозаймання.

Видобуток руди відкритим способом відбувається так. Крокуючі екскаватори знімають пласти порід, під якими залягає руда. Вибухами рудний пласт дроблять, після чого брили руди відправляють на сіркоплавильний завод, де з концентрату витягують сірку.

У 1890 р Герман Фраш, запропонував плавити сірку під землею і через свердловини, подібні нафтовим, викачувати її на поверхню. Порівняно невисока (113 ° C ) Температура плавлення сірки підтверджувала реальність ідеї Фраша. У 1890 р почалися випробування, що призвели до успіху.

Відомо кілька методів отримання сірки з сірчаних руд: пароводяні, фільтраційні, термічні, центрифугальні і екстракційні.

Також сірка в великих кількостях міститься в природному газі в газоподібному стані (у вигляді сірководню, сірчистого ангідриду). При видобутку вона відкладається на стінках труб і устаткування, виводячи їх з ладу. Тому її вловлюють з газу якомога швидше після видобутку. Отримана хімічно чиста мелкодисперсная сірка є ідеальним сировиною для хімічної та гумової промисловості.

Найбільше родовище самородної сірки вулканічного походження знаходиться на острові Ітуруп з запасами категорії A + B + C1 - 4227 тис. тонн і категорії C2 - 895 тис. тонн, що достатньо для будівництва підприємства потужністю 200 тис. тонн гранульованої сірки в рік.

Виробники

Основними виробниками сірки в Росії є підприємства ВАТ Газпром : ТОВ Газпром видобуток Астрахань і ТОВ Газпром видобуток Оренбург, які отримують її як побічний продукт при очищенні газу.

застосування

Сірку застосовують для виробництва сірчаної кислоти , вулканізації каучуку , як фунгіцид в сільському господарстві і як сірка колоїдна - лікарський засіб . Також сірка в складі серобітумних композицій застосовується для отримання сероасфальта, а в якості заступника портландцементу - для отримання серобетона.

властивості

Фізичні властивості

Сірка істотно відрізняється від кисню здатністю утворювати стійкі ланцюжки і цикли з атомів. Найбільш стабільні циклічні молекули S8, які мають форму корони, що утворюють ромбічну і моноклинную сірку. Це кристалічна сірка - крихке речовина жовтого кольору. Крім того, можливі молекули з замкнутими (S4, S6) ланцюгами і відкритими ланцюгами. Такий склад має пластична сірка, речовина коричневого кольору, яка виходить при різкому охолодженні розплаву сірки (пластична сірка вже через кілька годин стає крихкою, набуває жовтий колір і поступово перетворюється на ромбічну). Формулу сірки найчастіше записують просто S, так як вона, хоча і має молекулярну структуру, є сумішшю простих речовин з різними молекулами. В воді сірка нерозчинні, деякі її модифікації розчиняються в органічних розчинниках , наприклад, в сероуглероде , скипидарі . Плавлення сірки супроводжується помітним збільшенням обсягу (приблизно 15%). Розплавлена ​​сірка являє собою жовту легкорухливою рідиною, яка вище 160 ° C перетворюється в дуже в'язку темно-коричневу масу. Найбільшу в'язкість розплав сірки набуває при температурі 190 ° C; подальше підвищення температури супроводжується зменшенням в'язкості і вище 300 ° C розплавлена ​​сірка знову стає рухомий. Це пов'язано з тим, що при нагріванні сірки вона поступово полімеризується, збільшуючи довжину ланцюжка з підвищенням температури. При нагріванні сірки понад 190 ° C полімерні ланки починають руйнуватися. Сірка може служити простим прикладом Електрети . При терті сірка набуває сильний негативний заряд [5] .

Хімічні властивості

на повітрі сірка горить, утворюючи сірчистий ангідрид - безбарвний газ з різким запахом:

За допомогою спектрального аналізу встановлено, що насправді процес окислення сірки в двоокис являє собою ланцюгову реакцію і відбувається з утворенням ряду проміжних продуктів: моноокиси сірки S2O2, молекулярної сірки S2, вільних атомів сірки S і вільних радикалів моноокиси сірки SO [6] .

Відновлювальні властивості сірки виявляються в реакціях сірки і з іншими неметаллами , Однак при кімнатній температурі сірка реагує тільки з фтором :

Розплав сірки реагує з хлором , При цьому можливе утворення двох нижчих хлоридів [7] :

При нагріванні сірка також реагує з фосфором , Утворюючи суміш сульфідів фосфору [8] , Серед яких - вищий сульфід P2S5:

Крім того, при нагріванні сірка реагує з воднем , вуглецем , кремнієм :

( сірководень ) ( сірковуглець )

При нагріванні сірка взаємодіє з багатьма металами , Часто - вельми бурхливо. Іноді суміш металу з сіркою спалахує при підпалюванні. При цьому взаємодії утворюються сульфіди :

.

розчини сульфідів лужних металів реагують з сіркою з утворенням полісульфідів:

З складних речовин слід відзначити перш за все реакцію сірки з розплавленої лугом , В якій сірка диспропорционирует аналогічно хлору :

.

Отриманий сплав називається сірчаної печінкою.

З концентрованими кислотами-окислювачами ( HNO3 , H2SO4 ) Сірка реагує тільки при тривалому нагріванні:

(Конц.) (Конц.)

біологічна роль

Сірка - один з біогенних елементів . Сірка входить до складу деяких амінокислот ( цистеїн , метіонін ), вітамінів ( біотин , тіамін ), ферментів . Сірка бере участь в утворенні третинної структури білка (формування дисульфідних містків ). Також сірка бере участь в бактеріальному фотосинтезі (сірка входить до складу бактериохлорофилла, а сірководень є джерелом водню). Окислювально-відновні реакції сірки - джерело енергії в хемосинтезом [9] .

Людина містить приблизно 2 г сірки на 1 кг своєї ваги.

Пожежонебезпечні властивості сірки

Тонкоподрібненого сірка схильна до хімічного самозаймання в присутності вологи, при контакті з окислювачами, а також в суміші з вугіллям, жирами , маслами . Сірка утворює вибухові суміші з нітратами , хлорат і перхлоратами . Самозаймається при контакті з хлорним вапном .

Засоби гасіння: розпорошена вода, повітряно-механічна піна [10] .

За даними В. Маршалла пил сірки відноситься до розряду вибухонебезпечних, але для вибуху необхідна досить висока концентрація пилу - близько 20 г / м³ (20 000 мг / м³), така концентрація в багато разів перевищує гранично допустиму концентрацію для людини в повітрі робочої зони - 6 мг / м³ [11] .

Пари утворюють з повітрям вибухову суміш [12] .

Горіння сірки протікає тільки в розплавленому стані аналогічно горіння рідин. Верхній шар палаючої сірки кипить, створюючи пари, які утворюють слабосветящіхся полум'я заввишки до 5 см [13] . Температура полум'я при горінні сірки становить 1820 ° C [14] .

Так як повітря за обсягом складається приблизно з 21% кисню і 79% азоту і при горінні сірки з одного обсягу кисню виходить один обсяг SO2, то максимальне теоретично можливе зміст SO2 в газовій суміші складає 21%. На практиці горіння відбувається з деяким надлишком повітря, і об'ємне зміст SO2 в газовій суміші менше теоретично можливого, складаючи зазвичай 14 ... 15% [6] .

виявлення горіння сірки пожежною автоматикою є важкою проблемою. Полум'я складно виявити людським оком або відеокамерою, спектр блакитного полум'я лежить в основному в ультрафіолетовому діапазоні . Тепловиділення при пожежі призводить до температури нижче, ніж при пожежах інших поширених пожежонебезпечних речовин. Для виявлення горіння тепловим сповіщувачем необхідно розміщувати його безпосередньо близько до сере. Полум'я сірки не випромінює в інфрачервоному діапазоні . Таким чином воно не буде виявлено поширеними інфрачервоними сповіщувачами. Ними будуть виявлятися лише вторинні загоряння. Полум'я сірки не виділяє парів води. Таким чином детектори ультрафіолетових сповіщувачів полум'я , Що використовують з'єднання нікелю, не працюватимуть.

Для ефективного виявлення полум'я рекомендується використовувати ультрафіолетові сповіщувачі з детекторами на основі молібдену . Вони мають спектральний діапазон чутливості 1850 ... 2650 ангстрем , Який підходить для виявлення горіння сірки [15] .

Для виконання вимог пожежної безпеки на складах сірки необхідно:

• конструкції і технологічне устаткування повинні регулярно очищатися від пилу;
• приміщення складу має постійно провітрюватися природною вентиляцією при відкритих дверях;
• дроблення грудок сірки на решітці бункера повинно проводитися дерев'яними кувалдами або інструментом з неіскристого матеріалу;
• конвеєри для подачі сірки в виробничі приміщення повинні бути забезпечені металошукачами;
• в місцях зберігання і застосування сірки необхідно передбачати пристрої (бортики, пороги з пандусом і т. п.), що забезпечують в аварійній ситуації запобігання розтікання розплаву сірки за межі приміщення або відкритого майданчика;
• на складі сірки забороняється:
  • виробництво всіх видів робіт із застосуванням відкритого вогню;
  • складувати і зберігати промаслений ганчір'я і ганчірки;
  • при ремонті застосовувати інструмент з іскродающего матеріалу [16] .

Пожежі на складах сірки

У грудні 1995 року на відкритому складі сірки підприємства, розташованого в місті Сомерсет-Уест Західній Капській провінції Південно-Африканської Республіки сталася велика пожежа, загинули дві людини [17] [18] .

16 січня 2006 року близько п'ятої вечора на череповецком підприємстві «Амофос» загорівся склад з сіркою. Загальна площа пожежі - близько 250-ти квадратних метрів. Повністю ліквідувати його вдалося лише на початку другого ночі. Жертв і постраждалих немає [19] .

15 березня 2007 рано вранці на ТОВ «Балаковської завод волоконних матеріалів» сталася пожежа на закритому складі сірки. Площа пожежі склала 20 кв.м. На пожежі працювало 4 пожежні розрахунки з особовим складом в 13 чоловік. Приблизно через півгодини пожежа була ліквідована. Ніхто не постраждав [20] .

4 і 9 березня 2008 року відбулася загоряння сірки в Атирауської області в сховище сірки ТШО на Тенгізського родовищі. У першому випадку вогнище спалаху вдалося загасити швидко, в другому випадку сірка горіла 4 години. Обсяг горіли відходів нафтопереробки, до яких по казахстанським законам віднесена сірка, склав понад 9 тисяч кілограмів [21] .

У квітні 2008 недалеко від селища Кряж Самарської області загорівся склад, на якому зберігалося 70 тонн сірки. Пожежі була присвоєна друга категорія складності. До місця події виїхали 11 пожежних розрахунків і рятувальники. У той момент, коли пожежні опинилися біля складу, горіла ще не вся сірка, а тільки її невелика частина - близько 300 кілограмів. Площа загоряння разом з ділянками сухої трави, прилеглими до складу, склала 80 квадратних метрів. Пожежникам вдалося швидко загасити полум'я і локалізувати пожежу: осередки загоряння були засипані землею і залиті водою [22] .

У липні 2009 в Дніпродзержинську горіла сірка. Пожежа сталася на одному з коксохімічних підприємств в Баглійському районі міста. Вогонь охопив понад вісім тонн сірки. Ніхто зі співробітників комбінату не постраждав [23] .

В кінці липня 2012 року під Уфою в селищі Тимашевой загорівся склад з сірої площею 3200 квадратних метрів. На місце виїхало 13 одиниць техніки, в гасінні пожежі задіяний 31 пожежний. Сталося забруднення атмосферного повітря продуктами горіння. Загиблих і постраждалих немає. [24] .

Див. такоже

Примітки

1. ↑ Хімічна енциклопедія: у 5 т. / Редкол.: Зефиров Н. С. (гол. Ред.). - Москва: Радянська енциклопедія, 1995. - Т. 4. - С. 319. - 639 с. - 20 000 прим. - ISBN 5-85270-039-8
2. ↑ Етимологічний словник російської мови Семенова
3. ↑ Фасмер М. Етимологічний словник російської мови, тому 3. - М .: Прогрес. - 1964 - 1973. - С. 603.
4. ↑ Mallory JP, Adams DQ The Oxford Introduction To Proto-Indo-European And Indo-European World. - Oxford: University Press. - 2006. - С. 124.
5. ↑ Б. В. Некрасов. Основи Загальної хімії. - 3-е изд., Виправлене і доп. - М.: Хімія, 1973. - Т. 1. - 656 с.
6. ↑ 1 2 Непенін Н. Н. Технологія целюлози. Виробництво сульфітної целюлози. - М.: «Лісова промисловість», 1976. - С. 151.
7. ↑ Ключников Н. Г. Неорганчіескій синтез. М., Просвітництво, 1971, С. 267-269
8. ↑ Ремі Г. Курс неорганічної хімії. - М.: «Видавництво іноземної літератури», 1961. - С. 695.
9. ↑ Т.Л.Богданова, Е.А.Солодова. Біологія: Довідник для старшокласників та вступників до ВНЗ. - М .: АСТ-ПРЕСС КНИГА. - 2011. - С. 85.
10. ↑ А. Я. Корольченко, Д. А. Корольченко. Вогнестійкість и засоби їх Гасіння. Довідник: в 2-х ч. - 2-е изд., Перераб і доп. - М.: Асі. «Пожнаука», 2004. - Т. 2. - 396 с.
11. ↑ Е. П. Білобров, А. В. Сидоров «Еколого-гігієнічні наслідки вибухів пилу і пожеж комовой сірки, які супроводжують її перевантаження в порту Маріуполь»
12. ↑ РД 50-290-81 Методичні вказівки. Аналізатори вмісту сірки в нафті. Методи і засоби перевірки - завантажити безкоштовно
13. ↑ В. Аксютін, П. Щеглов, В. Жолобов, С. Алексанянц «Ліквідація пожеж при аварійних ситуаціях з небезпечними вантажами »
14. ↑ Теребнев В. В. Довідник керівника гасіння пожежі. Тактичні можливості пожежних підрозділів. - М.: Пожкніга, 2004. - С. 99.
15. ↑ http://www.det-tronics.com/utcfs/ws-462/Assets/77-1022_sulfur_fire_detection.pdf
16. ↑ ППБО 157-90 Правила пожежної безпеки в лісовій промисловості 5.11. Склади сірки і негашеного вапна
17. ↑ South African sulphur fire
18. ↑ AECI fire puts sulphur stockpiles in spotlight-01/01/1996 ECN
19. ↑ Радіо «Трансмит»: Новини: Пожежа на череповецком «Амофос»! Напередодні близько п'ятої вечора на цьому підприємстві загорівся склад з сіркою
20. ↑ В Балаково згорів склад з сіркою - Інформаційне агентство Погляд-інфо
21. ↑ ТОВ «Тенгизшевройл» оштрафують за дві пожежі в сховищі сірки | Інформаційний портал ZAKON.KZ
22. ↑ KP.RU // МНСники шукають власника сараю з сіркою, який горів під Самарою
23. ↑ Коксохім горів в Дніпродзержинську
24. ↑ Під Уфою горів склад з сіркою

література

ПОСИЛАННЯ