Väävel on looduses üsna levinud keemiline element (maakoores kuueteistkümnendal kohal ja looduslikes vetes kuuendal kohal). Seal on nii looduslikku väävlit (elemendi vaba olek) kui ka selle ühendeid.
Väävel looduses
Kõige olulisemate looduslike väävli mineraalide hulgas on raudpüriit, sfaleriit, galeen, kinaver, antimoniit. Maailma ookean sisaldab peamiselt k altsium-, magneesium- ja naatriumsulfaate, mis põhjustavad looduslike vete karedust.
Kuidas väävlit saadakse?
Väävlimaakide kaevandamine toimub erinevate meetoditega. Peamine viis väävli saamiseks on selle otse põllul sulatamine.
Avakaevandamine hõlmab ekskavaatorite kasutamist väävlimaaki katvate kivimikihtide eemaldamiseks. Pärast maagikihtide purustamist plahvatustega saadetakse need väävlisulatusse.
Tööstuses saadakse väävlit õli rafineerimise käigus sulatusahjude protsesside kõrvalsaadusena. Seda esineb suurtes kogustes maagaasis (naguvääveldioksiid või vesiniksulfiid), mille ekstraktsioon sadestub kasutatavate seadmete seintele. Gaasist eraldatud peendispersset väävlit kasutatakse keemiatööstuses erinevate toodete tootmiseks toorainena.
Seda ainet võib saada ka looduslikust vääveldioksiidist. Selleks kasutatakse Clausi meetodit. See seisneb "väävliaugude" kasutamises, milles väävel degaseeritakse. Tulemuseks on modifitseeritud väävel, mida kasutatakse laialdaselt asfalditööstuses.
Väävli peamised allotroopsed modifikatsioonid
Väävlil on allotroopia. On teada suur hulk allotroopseid modifikatsioone. Tuntuimad on rombiline (kristalliline), monokliinne (nõelakujuline) ja plastiline väävel. Esimesed kaks modifikatsiooni on stabiilsed, kolmas muutub tahkumisel rombikujuliseks.
Väävlit iseloomustavad füüsikalised omadused
Ortorombiliste (α-S) ja monokliiniliste (β-S) modifikatsioonide molekulid sisaldavad igaüks 8 väävliaatomit, mis on suletud tsüklis ühendatud üksikute kovalentsete sidemetega.
Norma altingimustes on väävel rombikujuline. See on kollane tahke kristalne aine, mille tihedus on 2,07 g/cm3. Sulab temperatuuril 113 °C. Monokliinilise väävli tihedus on 1,96 g/cm3, sulamistemperatuur on 119,3 °C.
Sulamisel väävel paisub ja muutub kollaseks vedelikuks, mis muutub pruuniks 160 °C juures jamuutub umbes 190 °C-ni jõudes viskoosseks tumepruuniks massiks. Sellest väärtusest kõrgemal temperatuuril väävli viskoossus väheneb. Umbes 300 °C juures läheb see uuesti vedelasse vedelasse olekusse. See on tingitud asjaolust, et kuumutamise ajal polümeriseerub väävel, suurendades temperatuuri tõustes ahela pikkust. Ja kui temperatuur jõuab üle 190 °C, täheldatakse polümeeriühikute hävimist.
Väävlisulami loomulikul jahutamisel silindrilistes tiiglites moodustub nn tükiline väävel - suurte mõõtmetega rombilised kristallid, millel on moonutatud kuju oktaeedrite kujul, millel on osaliselt "lõigatud" tahud või nurgad.
Kui sulaainet jahutatakse kiiresti (näiteks kasutades külma vett), võib saada plastilise väävli, mis on pruunikas või tumepunast värvi elastne kummitaoline mass tihedusega 2,046 g /cm 3. See modifikatsioon, erinev alt rombilisest ja monokliinilisest, on ebastabiilne. Järk-järgult (mitme tunni jooksul) muudab see värvi kollaseks, muutub rabedaks ja muutub rombikujuliseks.
Väävliauru (kõrgelt kuumutatud) külmutamisel vedela lämmastikuga moodustub selle lilla modifikatsioon, mis on stabiilne temperatuuril alla miinus 80 °C.
Väävel praktiliselt ei lahustu veekeskkonnas. Seda iseloomustab aga hea lahustuvus orgaanilistes lahustites. Kehv elektri- ja soojusjuht.
Väävli keemistemperatuur on 444,6 °C. Keemisprotsessiga kaasnevad oranžikaskollaste aurude eraldumine, mis koosnevad peamiselt S8 molekulidest, mis järgneval kuumutamisel dissotsieeruvad, mille tulemusena moodustuvad tasakaaluvormid S 6, S4 ja S2. Lisaks lagunevad kuumutamisel suured molekulid ja temperatuuril üle 900 kraadi koosnevad paarid praktiliselt ainult S2 molekulidest, dissotsieeruvad 1500 °C juures aatomiteks.
Millised on väävli keemilised omadused?
Väävel on tüüpiline mittemetall. keemiliselt aktiivne. Väävli oksüdeerivad-redutseerivad omadused avalduvad seoses mitmesuguste elementidega. Kuumutamisel ühendab see kergesti peaaegu kõigi elementidega, mis seletab selle kohustuslikku olemasolu metallimaakides. Erandiks on Pt, Au, I2, N2 ja inertgaasid. Väävli oksüdatsiooniastmed ühendites on -2, +4, +6.
Väävli ja hapniku omadused põhjustavad selle põlemise õhus. Selle interaktsiooni tulemuseks on väävli (SO2) ja väävelhappe (SO3) anhüdriidide moodustumine, mida kasutatakse väävli ja väävelhappe tootmiseks. happed.
Toatemperatuuril avalduvad väävli redutseerivad omadused ainult fluori suhtes reaktsioonis, millega tekib väävelheksafluoriid:
S + 3F2=SF6.
Kuumutamisel (sulatusena) interakteerub kloori, fosfori, räni ja süsinikuga. Reaktsioonide tulemusena vesinikuga moodustab see lisaks vesiniksulfiidile sulfaane, mis on ühendatud tavalisevalem H2SX.
Väävli oksüdeerivaid omadusi täheldatakse koostoimel metallidega. Mõnel juhul võib täheldada üsna ägedaid reaktsioone. Koostoimel metallidega tekivad sulfiidid (väävliühendid) ja polüsulfiidid (polüväävelmetallid).
Pikaajal kuumutamisel reageerib see kontsentreeritud oksüdeerivate hapetega, oksüdeerudes samal ajal.
Järgmisena kaaluge väävliühendite peamisi omadusi.
Vääveldioksiid
Vääveloksiid (IV), mida nimetatakse ka vääveldioksiidiks ja väävelanhüdriidiks, on terava, lämmatava lõhnaga gaas (värvitu). See kipub toatemperatuuril rõhu all veelduma. SO2 on happeoksiid. Seda iseloomustab hea lahustuvus vees. Sel juhul moodustub nõrk, ebastabiilne väävelhape, mis eksisteerib ainult vesilahuses. Vääveldioksiidi ja leeliste vastasmõju tulemusena tekivad sulfitid.
Sellel on üsna kõrge keemiline aktiivsus. Kõige ilmekamad on vääveloksiidi (IV) redutseerivad keemilised omadused. Selliste reaktsioonidega kaasneb väävli oksüdatsiooniastme tõus.
Vääveloksiidi oksüdeerivad keemilised omadused ilmnevad tugevate redutseerivate ainete (nt süsinikmonooksiidi) juuresolekul.
Vääveltrioksiid
Vääveltrioksiid (väävelanhüdriid) – kõrgeim väävlioksiid (VI). Tavatingimustes on see värvitu, lämmatava lõhnaga lenduv vedelik. On võime külmuda temperatuuridelalla 16,9 kraadi. Sel juhul moodustub tahke vääveltrioksiidi erinevate kristalliliste modifikatsioonide segu. Vääveloksiidi kõrged hügroskoopsed omadused põhjustavad selle "suitsetamist" niiskes õhus. Selle tulemusena tekivad väävelhappe tilgad.
Vesiniksulfiid
Vesiniksulfiid on vesiniku ja väävli kahekomponentne keemiline ühend. H2S on mürgine värvitu gaas, mida iseloomustab magus maitse ja mädamuna lõhn. See sulab miinus 86 °С juures, keeb miinus 60 °С juures. Termiliselt ebastabiilne. Temperatuuridel üle 400 °C laguneb vesiniksulfiid S-ks ja H2. Seda iseloomustab hea lahustuvus etanoolis. See on vees halvasti lahustuv. Vees lahustumisel tekib nõrk vesinikväävelhape. Vesiniksulfiid on tugev redutseerija.
Süttiv. Kui see põleb õhus, võib täheldada sinist leeki. Kõrgetes kontsentratsioonides võib see reageerida paljude metallidega.
Väävelhape
Väävelhape (H2SO4) võib olla erineva kontsentratsiooni ja puhtusega. Veevabas olekus on see värvitu lõhnatu õline vedelik.
Aine sulamistemperatuur on 10 °C. Keemistemperatuur on 296 °C. See lahustub hästi vees. Väävelhappe lahustumisel tekivad hüdraadid ja eraldub suur hulk soojust. Kõigi vesilahuste keemistemperatuur onrõhk 760 mm Hg. Art. ületab 100 °C. Keemistemperatuur tõuseb koos happe kontsentratsiooni suurenemisega.
Aine happelised omadused avalduvad koostoimel aluseliste oksiidide ja alustega. H2SO4 on kahealuseline hape, mille tõttu võib see moodustada nii sulfaate (keskmised soolad) kui ka hüdrosulfaate (happesoolad), enamik mis lahustuvad vees.
Väävelhappe omadused avalduvad kõige selgem alt redoksreaktsioonides. See on tingitud asjaolust, et koostises H2SO4 väävel on kõrgeima oksüdatsiooniastmega (+6). Väävelhappe oksüdeerivate omaduste avaldumise näide on reaktsioon vasega:
Cu + 2H2SO4 =CuSO4 + 2H 2O + SO2.
Väävel: kasulikud omadused
Väävel on elusorganismidele hädavajalik mikroelement. See on aminohapete (metioniin ja tsüsteiin), ensüümide ja vitamiinide lahutamatu osa. See element osaleb valgu tertsiaarse struktuuri moodustamises. Valkudes sisalduva keemiliselt seotud väävli kogus on vahemikus 0,8–2,4 massiprotsenti. Selle elemendi sisaldus inimkehas on umbes 2 grammi 1 kg kehakaalu kohta (st umbes 0,2% on väävlit).
Mikroelemendi kasulikke omadusi on vaev alt võimalik üle hinnata. Vere protoplasma kaitstes on väävel keha aktiivne abistaja võitluses kahjulike bakteritega. Vere hüübimine sõltub selle kogusest, see tähendab, et element aitabhoida piisaval tasemel. Väävel mängib olulist rolli ka kehas toodetava sapi kontsentratsiooni normaalväärtuste säilitamisel.
Tihti nimetatakse "ilu mineraaliks", kuna see on oluline terve naha, küünte ja juuste säilitamiseks. Väävel on võimeline kaitsma keha erinevat tüüpi negatiivsete keskkonnamõjude eest. See aitab aeglustada vananemisprotsessi. Väävel puhastab keha toksiinidest ja kaitseb kiirguse eest, mis on praegust keskkonnaolukorda arvestades eriti oluline.
Mikroelementide ebapiisav kogus organismis võib põhjustada toksiinide kehva väljutamise, immuunsuse ja elujõu vähenemise.
Väävel osaleb bakterite fotosünteesis. See on bakterioklorofülli komponent ja vesiniksulfiid on vesiniku allikas.
Väävel: omadused ja tööstuslikud rakendused
Kõige laialdasem alt kasutatav väävel on väävelhappe tootmiseks. Samuti võimaldavad selle aine omadused seda kasutada kummi vulkaniseerimiseks, põllumajanduses fungitsiidina ja isegi ravimina (kolloidne väävel). Lisaks kasutatakse väävlit tikkude ja pürotehniliste koostiste tootmiseks, see on osa väävelasfaldi tootmiseks mõeldud väävelbituumeni koostistest.
