Väävel (lat. Väävel) on mittemetallist element. Keemiline sümbol on S, järjekorranumber perioodilisuse tabelis on 16. Väävli valents määrati kindlaks juba enne aatomi ehituse uurimist. Selle väärtus määrati selle omaduse põhjal, mis asendab, meelitab või kinnitab teatud arvu teisi aatomeid või rühmi. Hiljem selgitasid teadlased välja negatiivselt laetud osakeste (elektronide) rolli keemilise sideme moodustamisel.
Väävli valents: millised aatomite omadused mõjutavad selle väärtust?
Levimuse poolest Maal on keemiline element 16. kohal. See esineb erekollaste kristallide või pulbrina kivimites, aktiivsete ja kustunud vulkaanide läheduses. Kõige kuulsamad looduslikud ühendid on sulfiidid ja sulfaadid.
Elemendi ja aine omadused:
- Tugev mittemetall.
- Elektronegatiivsuse (EO) ehk elektronide ligitõmbamisvõime poolest on väävel fluori, hapniku, lämmastiku, kloori ja broomi järel teisel kohal.
- Suhtleb metallide ja mittemetallidega, lihtsate ja keeruliste ainetega.
Omaduste erinevused sõltuvad aatomi struktuurist ja olekust, EO väärtuste erinevusest. Uurime välja, milline valentsväävel võib olla ühendites. Nende keemiline käitumine sõltub energiakestade struktuurist, väliselektronide arvust ja paigutusest aatomis.
Miks valents varieerub?
Stabiilsed on väävli looduslikud isotoobid massinumbritega 32 (kõige tavalisem), 33, 34 ja 36. Iga sellise nukliidi aatom sisaldab 16 positiivselt laetud prootonit. Tuuma lähedal asuvas ruumis liigub 16 elektroni suure kiirusega. Need on lõpmata väikesed, negatiivselt laetud. Vähem tõmbab tuuma (rohkem vaba) 6 välisosakest. Mitmed või kõik neist osalevad erinevat tüüpi keemiliste sidemete moodustamises. Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt määrab väävli valentsi loodud ühiste (siduvate) elektronpaaride arv. Tavaliselt on joonistel ja diagrammidel selles protsessis osalevad välised osakesed kujutatud punktidena keemilise märgi ümber.
Kuidas sõltub valents aatomi struktuurist?
Energiadiagrammi kasutades saate näidata tasemete ja alamtasandite (s, p, d) struktuuri, millest sõltub väävli valentsi valem. Kaks erinev alt suunatud noolt sümboliseerivad paaris, üks - paarituid elektrone. Väävliaatomi välisruumi moodustavad 6 osakese orbitaalid ja 8 on oktetireegli järgi stabiilsuse tagamiseks vajalikud. Valentskesta konfiguratsioon kajastub valemis 3s23p4. Lõpetamata kihi elektronidneil on suur energiavaru, mis põhjustab kogu aatomi ebastabiilse oleku. Stabiilsuse saavutamiseks vajab väävliaatom kahte täiendavat negatiivset liiki. Neid saab saada kovalentsete sidemete moodustamisel teiste elementidega või kahe vaba elektroni neelamisel. Sel juhul on väävli valentsus II (–). Sama väärtuse saab saada valemiga: 8 - 6=2, kus 6 on selle rühma number, milles element asub.
Kus leidub ühendeid, milles väävli valents on II (–)?
Element tõmbab ligi või eemaldab täielikult elektrone aatomitelt, mille elektronegatiivsus on Polli skaalal madalam. Valentsus II (-) avaldub metallide ja mittemetallide sulfiidides. Laia rühma selliseid ühendeid leidub suure praktilise tähtsusega kivimite ja mineraalide koostises. Nende hulka kuuluvad püriit (FeS), sfaleriit (ZnS), galeen (PbS) ja muud ained. Raudsulfiidi kristallidel on ilus kollakaspruun värvus ja läige. Mineraali püriiti nimetatakse sageli "rumali kullaks". Maakide metallide saamiseks röstitakse või redutseeritakse neid. Vesiniksulfiidil H2S on sama elektrooniline struktuur kui veel. H2S päritolu:
- eraldub valkude mädanemisel (näiteks kanamuna);
- purskab vulkaaniliste gaasidega;
- akumuleerub looduslikes vetes, õlis;
- paistab silma tühimike maapõues.
Miks on neljavalentse vääveloksiidi valem SO2?
Dioksiidi valem näitab, et üks väävliaatom molekulis on seotud kahe hapnikuaatomiga, millest igaüks vajab okteti moodustamiseks 2 elektroni. Tekkiv side on olemuselt kovalentne polaarne (hapniku EO on suurem). Väävli valents selles ühendis on IV (+), kuna väävliaatomi 4 elektroni on nihkunud kahe hapnikuaatomi poole. Valemi saab kirjutada järgmiselt: S2O4, kuid reeglite järgi tuleb seda redutseerida 2 võrra. Dioksiid moodustab vees lahustumisel nõrga väävelhappe ioone. Selle soolad – sulfitid – on tugevad redutseerijad. Gaas SO2 on väävelhappe tootmise vaheühend.
Millistes ainetes on väävel kõrgeim valentsus?
Oksiid SO3 või S2O6 on värvitu vedelik, mis kivistub temperatuuril alla 17°C. SO3 ühendis on hapniku valentsus II (–) ja väävli valents on VI (+). Kõrgem oksiid lahustub vees ja moodustab tugeva kahealuselise väävelhappe. Tootmisprotsessides olulise rolli tõttu nimetati ainet "keemiatööstuse leivaks". Majanduses ja meditsiinis on oluline roll happesooladel - sulfaatidel. Kasutatakse k altsiumhüdraati (kips), naatriumi (Glauberi sool), magneesiumi (epsomisool või mõrusool).
1, 2, 3, 4, 6 välist elektroni võivad osaleda erinevat tüüpi keemiliste sidemete moodustamises. Nimetagem väävli võimalikke valentseid, arvestades, et on haruldasi ja ebastabiilseid ühendeid: I (-), II (-), II (+), III (+), IV (+), VI (+). Element omandab teise positiivse valentsiSO monooksiid. Kõige tavalisemad väärtused II (–), IV (+), VI (+) on näidatud väävliga tööstusliku, põllumajandusliku ja meditsiinilise tähtsusega ainete rühma osana. Selle ühendeid kasutatakse ilutulestike valmistamisel.
Heitgaaside, sealhulgas inimestele ja keskkonnale kahjulike vääveloksiidide IV (+), VI (+) ja vesiniksulfiidi kinnipüüdmine on endiselt suur probleem. Nende gaasiliste jäätmete töötlemiseks ning nendest väävelhappe ja sulfaatide saamiseks on loodud tehnoloogiad. Sel eesmärgil ehitatakse metallurgiatehaste juurde või samasse piirkonda keemiaettevõtteid. Selle tulemusena väheneb reostuse maht, vähem on "väävelhappevihmasid".
