KÜKÜRT: TARIHÇE, ÖZELLIKLER, YAPI, ELDE ETME, KULLANIMLAR - KIMYA - 2024

Sülfür , oksijen altında metalik olmayan bir eleman uçları, periyodik tablonun Kalkojenler grubudur. Spesifik olarak periyot 3 ile grup 16'da bulunur ve kimyasal sembol S ile temsil edilir. Doğal izotopları arasında ³² S, açık arayla en bol olanıdır (tüm sülfür atomlarının yaklaşık% 94'ü).

Toplam kütlesinin yaklaşık% 3'ünü oluşturan, dünyadaki en bol bulunan elementlerden biridir. Başka bir deyişle, gezegendeki tüm kükürt alınmış olsaydı, iki sarı ay inşa edilebilirdi; Bir yerine üç uydu olurdu. Çeşitli oksidasyon durumlarını (+2, -2, +4 ve +6) benimseyebilir, bu nedenle tuzları çoktur ve yerkabuğunu ve çekirdeğini zenginleştirir.

Kükürt kristalleri. Kaynak: Pixabay.

Kükürt, sarı, kötü kokular ve cehennem ile eş anlamlıdır. Kötü kokularının ana nedeni, türetilmiş bileşikleridir; özellikle gazlı içecekler ve organik olanlar. Geri kalanın mineralleri katıdır ve sarı, gri, siyah ve beyazı (diğerleri arasında) içeren renklere sahiptir.

En çok sayıda allotrop sunan unsurlardan biridir. Bu S küçük, ayrı moleküller olarak bulunabilir ₂ veya S ₃ ; halkalar veya döngüler olarak, ortorombik ve monoklinik sülfür S ₈ , en kararlı ve en bol olanıdır; ve sarmal zincirler olarak.

Sadece yer kabuğunda mineral şeklinde değil, aynı zamanda vücudumuzun biyolojik matrislerinde de bulunur. Örneğin sistin, sistein ve metiyonin amino asitlerinde, demir proteinlerinde, keratinde ve bazı vitaminlerde bulunur. Ayrıca sarımsak, greyfurt, soğan, lahana, brokoli ve karnabaharda bulunur.

Kimyasal olarak yumuşak bir elementtir ve oksijen yokluğunda sülfürlü mineraller ve sülfatlar oluşturur. Mavimsi bir alevle yanar ve şekilsiz veya kristal bir katı olarak görünebilir.

Oldukça aşındırıcı bir madde olan sülfürik asidin sentezi için gerekli olmasına ve hoş olmayan kokulara sahip olmasına rağmen, aslında iyi huylu bir elementtir. Yangınlardan kaçınıldığı sürece kükürt herhangi bir alanda büyük önlemler alınmadan depolanabilir.

Kükürt tarihi

İncil'de

Kükürt, insanlık tarihindeki en eski unsurlardan biridir; Öyle ki keşfi belirsizdir ve eski uygarlıklardan hangisinin onu ilk kez kullandığı bilinmemektedir (Milattan 4000 yıl önce). İncil'in sayfalarında cehennem ateşi ve cehenneme eşlik ediyor bulunabilir.

Cehennemden gelen sözde sülfür kokusunun volkanik patlamalarla ilgili olduğuna inanılıyor. İlk keşifçisi, bir yanardağın çevresindeki toz toprakları veya sarı kristaller gibi bu elementin madenlerine mutlaka rastlamış olmalıdır.

eskilik

Bu sarımsı katı çok geçmeden kayda değer iyileştirici etkiler gösterdi. Örneğin Mısırlılar, göz kapaklarının iltihaplanmasını tedavi etmek için kükürt kullandılar. Ayrıca günümüzde kükürtlü sabunlarda ve diğer dermatolojik maddelerde görülebilen bir uygulama olan uyuz ve sivilceleri de giderir.

Romalılar bu elementi ritüellerinde fumigant ve çamaşır suyu olarak kullandılar. Yandığında , odaları sular altında bırakan, nem ile karışan ve böcekleri öldürebilen antibakteriyel bir ortam sağlayan bir gaz olan SO ₂ salgılar .

Romalılar, Yunanlılar gibi, kükürdün yüksek yanıcılığını keşfettiler, bu yüzden ateşle eşanlamlı hale geldi. Mavimsi alevlerinin rengi Roma sirklerini aydınlatmış olmalı. Yunanlıların bu elementi yangın çıkarıcı silahlar yapmak için kullandıklarına inanılıyor.

Çinliler, kükürt ile güherçile (KNO ₃ ) ve kömürü karıştırarak, tarihsel bir dönüş yapan ve o zamanın uluslarında bu minerale büyük talep ve ilgi uyandıran kara tozu yarattıklarını öğrendiler .

Modern Zamanlar

Sanki barut kükürt, sülfürik asit ve onun endüstriyel uygulamaları için yeterli bir neden değilmiş gibi kısa sürede ortaya çıktı. Ve sülfürik asit çubuğu ile, bir ülkenin zenginlik veya refah miktarı, bu bileşiğin tüketim seviyelerine göre ölçüldü.

Parlak kimyager Antoine Lavoisier'in sülfürü tanıması ve onu bir element olarak sınıflandırması 1789'a kadar değildi. Daha sonra 1823'te Alman kimyager Eilhard Mitscherlich, kükürdün ağırlıklı olarak iki şekilde kristalleşebileceğini keşfetti: eşkenar dörtgen ve monoklinik.

Kükürt tarihi, bileşikleri ve uygulamaları ile aynı seyri izlemiştir. Sülfürik asidin muazzam endüstriyel önemi ile birlikte, kauçukların vulkanizasyonu, penisilin sentezi, madenlerin sömürülmesi, kükürt bakımından zengin ham petrolün rafine edilmesi, toprakların beslenmesi vb.

Özellikleri

Fiziksel görünüş

Toz veya kristal formda kırılgan katı. Rengi donuk limon sarısı, tatsız ve kokusuzdur.

Sıvı görünüm

Sıvı kükürt, yüksek sıcaklıklara maruz kaldığında başlangıçtaki sarı renginin kırmızımsı hale gelmesi ve yoğunlaşıp koyulaşması bakımından benzersizdir. Yandığında parlak mavi alevler yayar.

Molar kütle

32 g / mol.

Erime noktası

115,21 ° C

Kaynama noktası

445 ° C

ateşleme noktası

160 ° C

Kendiliğinden tutuşma sıcaklığı

232 ° C

Yoğunluk

2.1 g / mL. Bununla birlikte, diğer allotroplar daha az yoğun olabilir.

Molar ısı kapasitesi

22.75 J / mol K

Kovalent yarıçap

105 ± 15.

Elektronegativite

Pauling ölçeğinde 2.58.

Polarite

SS bağları apolardır çünkü her iki kükürt atomu aynı elektronegatifliğe sahiptir. Bu, tüm allotroplarını, döngüsel veya zincir şeklinde, polar olmayan yapar; ve bu nedenle su ile etkileşimleri verimsizdir ve içinde çözülemez.

Bununla birlikte, kükürt, örneğin karbon disülfid, CS olarak polar olmayan çözücüler içinde eritilebilir ₂ , ve aromatik (benzen, toluen, ksilen, vb.)

İyon

Kükürt, genellikle anyonlar olmak üzere çeşitli iyonlar oluşturabilir. En iyi bilinen sülfür, S ^2- . S ^2- , hantal ve yumuşak bir Lewis tabanına sahiptir.

Yumuşak bir baz olduğu için teori, yumuşak asitlerle bileşikler oluşturma eğiliminde olacağını belirtir; Fe ²⁺ , Pb ²⁺ ve Cu ²⁺ dahil geçiş metali katyonları gibi .

Yapı ve elektronik konfigürasyon

Kükürt taç

S8 molekülü, kükürtün en kararlı ve bol allotropudur. Kaynak: Benjah-bmm27.

Sülfür çok çeşitli allotroplarda oluşabilir; ve bunlar da farklı basınçlar ve / veya sıcaklıklar altında modifiye edilen kristal yapılara sahiptir. Bu nedenle kükürt, allotroplar ve polimorflar açısından zengin bir elementtir ve katı yapılarının incelenmesi, sonsuz bir teorik-deneysel çalışma kaynağını temsil eder.

Neden bu kadar yapısal karmaşıklık? Başlangıç ​​olarak, sülfürdeki (SS) kovalent bağlar çok güçlüdür ve yalnızca karbon, CC ve hidrojen, HH ile aşılır.

Sülfür, karbonun aksine, dörtyüzlüleri değil, bumerangları oluşturma eğilimindedir; kükürt zincirlerini stabilize etmek için açıları ile katlanır ve halka. En kararlı kükürt allotropunu temsil eden en iyi bilinen halka , "kükürt tacı" olan S _8'dir (üstteki resim).

S _8'deki tüm SS bağlantılarının ayrı bumeranglar gibi göründüğünü ve kıvrımlı ve hiç düz olmayan bir halka ile sonuçlandığını unutmayın. Bu S ₈ kronları , ortorombik bir kristali tanımlayan yapısal modeller oluşturacak şekilde kendilerini yönlendirerek Londra kuvvetleri aracılığıyla etkileşime giriyor; S ₈ α (S-α veya basitçe ortorombik sülfür) olarak adlandırılır.

Polimorflar

Kükürt tacı, bu element için birçok allotroptan biridir. S ₈ α, bu tacın bir polimorfudur. S ₈ β ve S ₈ γ (sırasıyla S-β ve S-γ ) olarak adlandırılan (en önemlileri arasında) iki tane daha vardır . Her iki polimorf da monoklinik yapılara kristalize olur, S ₈ γ daha yoğun (gama sülfür).

Üçü de sarı katılardır. Ancak her bir polimorfu ayrı ayrı nasıl elde edersiniz?

S ₈ β, S ₈ α'nın 93 ° C'ye ısıtılması ve ardından yavaş soğumasının ortorombik faza (α) geri geçişini yavaşlatmasına izin verilerek hazırlanır. Öte yandan S ₈ γ, S ₈ α 150 ° C'de eridiğinde , yine yavaş soğumasına izin verdiğinde elde edilir; kükürt taç polimorflarının en yoğunudur.

Diğer döngüsel allotroplar

Taç S ₈ tek döngüsel allotrop değildir. S gibi diğerleri vardır ₄ , S ₅ (siklopentan benzer şekilde), S ₆ (sikloheksan gibi bir altıgen ile temsil edilen), S ₇ S, ₉ ve S _10-20 ; ikincisi, on ila yirmi sülfür atomu içeren halkalar veya döngülerin olabileceği anlamına gelir.

Her biri farklı siklik kükürt allotroplarını temsil eder; ve buna karşılık, bunu vurgulamak için, basınç ve sıcaklığa bağlı çeşitli polimorflar veya polimorfik yapılara sahiptirler.

Örneğin, S _7'nin bilinen dört polimorfu vardır: α, β, γ ve δ. Daha yüksek moleküler kütleli üyeler veya kronlar, organik sentez ürünleridir ve doğada baskın değildir.

Kükürt zincirleri

Kükürt zinciri. Kaynak: OpenStax

Yapıya daha fazla kükürt atomu dahil edildikçe, halka eğilimleri azalır ve kükürt zincirleri açık kalır ve sarmal biçimler (sanki helezonlar veya vidalarmış gibi) benimser.

Ve böylece, halkalardan veya döngülerden değil zincirlerden (yukarıdaki resimde olduğu gibi) oluşan hacimli bir başka sülfür allotrop ailesi ortaya çıkar.

Bu SS zincirleri kristalde paralel olarak sıralandığında, safsızlıkları yakalarlar ve lifli kükürt veya S-ψ adı verilen lifli bir katıyı tanımlarlar. Bu paralel zincirler arasında onları birbirine bağlayan kovalent bağlar varsa (kauçuğun vulkanizasyonunda olduğu gibi), laminer kükürt elde ederiz.

Sülfür S ₈ eridiğinde, sıcaklık arttırıldığında koyulaşabilen sarımsı bir sıvı faz elde edilir. Bunun nedeni, SS bağlarının kopması ve bu nedenle termal depolimerizasyon işleminin gerçekleşmesidir.

Bu sıvı soğutulduğunda plastik ve ardından camsı özellikler gösterir; yani, camsı ve amorf bir kükürt (S-χ) elde edilir. Bileşimi hem halkalardan hem de kükürt zincirlerinden oluşur.

Ve amorf kükürtten lifli ve laminer allotrop karışımı elde edildiğinde, kauçuk vulkanizasyon için kullanılan ticari bir ürün olan Crystex üretilir.

Küçük allotroplar

Son bırakılmalarına rağmen, daha yüksek moleküler kütlelerin allotroplarından daha az önemli (veya ilginç) değildirler. S ₂ ve S ₃ molekülleri O kükürtlü versiyonlarıdır ₂ ve O ₃ . İlk iki kükürt atomu bir çift bağ ile birleştirilir, S = S ve ikincisinde rezonans yapısına sahip üç atom vardır, S = SS.

Her iki S ₂ ve S ₃ gaz bulunmaktadır. S ₃ , kiraz kırmızısı rengini gösterir. Her ikisinde de, her biri ayrı bir makaleyi kapsayacak kadar bibliyografik materyal vardır.

Elektronik konfigürasyon

Sülfür atomu için elektron konfigürasyonu:

3s ² 3p ⁴

Değerlik sekizlisini tamamlamak için iki elektron kazanabilir ve böylece -2 oksidasyon durumuna sahip olabilir. Aynı şekilde 3p yörüngesinde ikiden başlayarak elektron kaybedebilir, oksidasyon durumu +2'dir; 3p orbitalleri boşken iki elektron daha kaybederseniz, yükseltgenme durumunuz +4 olacaktır; ve tüm elektronları kaybederseniz, +6 olacaktır.

edinme

Mineraloji

Kükürt birçok mineralin bir parçasıdır. Bunların arasında pirit (FeS ₂ ), galena (PbS), kovelit (CuS) ve diğer sülfat ve sülfit mineralleri bulunur. Bunları işleyerek, sadece metaller değil, aynı zamanda bir dizi indirgeyici reaksiyondan sonra kükürt de çıkarılabilir.

Ayrıca, sıcaklık yükseldikçe eridiği ve yokuş aşağı döküldüğü volkanik deliklerde saf bir şekilde elde edilebilir; Ve alev alırsa, geceleri mavimsi lav gibi görünecek. Zorlu işçilik ve yorucu fiziksel emek sayesinde, kükürt Sicilya'da oldukça sık yapıldığı gibi hasat edilebilir.

Kükürt ayrıca, aşırı ısıtılmış suyu eritmek ve yüzeye taşımak için pompalanan yeraltı madenlerinde de bulunabilir. Bu elde etme süreci, şu anda az kullanılan Frasch Süreci olarak bilinir.

Sıvı yağ

Organik bileşikleri ham petrol ve rafine türevlerinin bileşiminin bir parçası olduğu için günümüzde sülfürün çoğu petrol endüstrisinden gelmektedir.

Ham veya rafine bir ürün kükürt açısından zenginse ve hidrodesülfürizasyona uğrarsa, büyük miktarlarda H ₂ S (çürük yumurta gibi kokan kokulu gaz) salacaktır :

RSR + 2 H ₂ → 2 RH + H ₂ S

H ₂ S daha sonra aşağıdaki kimyasal denklemlerle özetlenen Clauss işleminde kimyasal olarak işlenir:

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

Uygulamalar

Kükürt kullanımlarından bazıları aşağıda ve genel bir şekilde belirtilmiştir:

- Hem bitkiler hem de hayvanlar için vazgeçilmez bir unsurdur. Hatta iki amino asitte bulunur: sistein ve metiyonin.

- Sayısız ticari ürünün hazırlanmasında yer alan bir bileşik olan sülfürik asidin hammaddesidir.

- İlaç endüstrisinde kükürt türevlerinin sentezinde kullanılır, örnekler arasında en iyi bilinen penisilindir.

- Polimerik zincirleri SS bağları ile birbirine bağlayarak kauçukların vulkanizasyonunu sağlar.

- Sarı rengi ve diğer metallerle karışımları pigment endüstrisinde tercih edilir kılar.

- Kum ve kayalar gibi inorganik bir matrisle karıştırılarak, beton ve kükürt asfalt bitümün yerini alacak şekilde hazırlanır.

Riskler ve önlemler

Kükürt kendi başına zararsız, toksik olmayan bir maddedir ve başka bileşikler oluşturmak üzere reaksiyona girmediği sürece hiçbir potansiyel risk oluşturmaz. Sülfat tuzları tehlikeli değildir ve büyük önlemler alınmadan kullanılabilir. Bununla birlikte, gaz halindeki türevlerinde durum böyle değildir: SO ₂ ve H ₂ S, her ikisi de oldukça toksiktir.

Sıvı fazda ise ciddi yanıklara neden olabilir. Büyük miktarlarda yutulması halinde bağırsaklarda H ₂ S üretimini tetikleyebilir . Aksi takdirde çiğneyenler için herhangi bir risk oluşturmaz.

Genel anlamda kükürt, ateşten ve kuvvetli oksitleyici maddelerden uzak tutulması dışında çok fazla önlem gerektirmeyen güvenli bir elementtir.

Referanslar

1. Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya. (Dördüncü baskı). Mc Graw Hill.
2. Laura Crapanzano. (2006). Kükürt Polimorfizmi: Yapısal ve Dinamik Yönleri. Fizik .Université Joseph-Fourier - Grenoble I.İngilizce. fftel-00204149f
3. Vikipedi. (2019). Kükürt allotropları. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
4. Meyer Beat. (1976). Elemental kükürt. Chemical Reviews, Cilt 76, No. 3.
5. Doug Stewart. (2019). Kükürt Öğesi Gerçekleri. Chemicool. Chemicool.com'dan kurtarıldı
6. Donald W. Davis ve Randall A. Detro. (2015). Kükürt Tarihi. Georgia Gulf Sulphur Corporation. Kurtarıldı: georgiagulfsulfur.com
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 Ocak 2019). 10 İlginç Kükürt Gerçekleri. Kurtarıldı: thinkco.com
8. Boone, C .; Bond, C .; Hallman, A .; Jenkins, J. (2017). Kükürt Genel Bilgi Sayfası; Ulusal Pestisit Bilgi Merkezi, Oregon Eyalet Üniversitesi Uzatma Hizmetleri. npic.orst.edu