SVAVEL: HISTORIA, EGENSKAPER, STRUKTUR, ERHÅLLANDE, ANVÄNDNING - KEMI - 2026

Det svavel är en icke-metalliskt element leads, under syre, den grupp av kalkogener i det periodiska systemet. Det är specifikt beläget i grupp 16 med period 3, och representeras av den kemiska symbolen S. Av dess naturliga isotoper är ³² S den överlägset vanligaste (cirka 94% av alla svavelatomer).

Det är ett av de vanligaste elementen på jorden och utgör cirka 3% av dess totala massa. Med andra ord, om allt svavel på planeten togs skulle två gula månar kunna byggas; det skulle finnas tre satelliter istället för en. Den kan anta olika oxidationstillstånd (+2, -2, +4 och +6), så dess salter är många och berikar jordskorpan och kärnan.

Svavelkristaller. Källa: Pixabay.

Svavel är synonymt med gul, dålig lukt och helvete. Den främsta orsaken till dess dåliga lukt beror på dess härledda föreningar; särskilt läsk och organiska. Av resten är dess mineraler solida och har färger som inkluderar gult, grått, svart och vitt (bland andra).

Det är ett av de element som mest presenterar ett stort antal allotropes. Det kan hittas som små, diskreta molekyler av S ₂ eller S ₃ ; som ringar eller cykler, varvid den orthorhombiska och monokliniska svaveln S _{8 är} den mest stabila och rikligaste av alla; och som spiralformade kedjor.

Det finns inte bara i jordskorpan i form av mineraler, utan också i våra biologiska matriser. Till exempel är det i aminosyrorna cystin, cystein och metionin, i järnproteiner, keratin och i vissa vitaminer. Det finns också i vitlök, grapefrukt, lök, kål, broccoli och blomkål.

Kemiskt är det ett mjukt element, och i frånvaro av syre bildar det svavelhaltiga mineraler och sulfater. Det brinner med en blåaktig flamma och kan verka som ett amorft eller kristallint fast ämne.

Trots att det är väsentligt för syntesen av svavelsyra, ett starkt frätande ämne och har obehaglig lukt, är det faktiskt ett godartat element. Svavel kan förvaras i valfritt utrymme utan större försiktighetsåtgärder, så länge bränder undviks.

Svavelns historia

I Bibeln

Svavel är ett av de äldsta elementen i mänsklighetens historia; så mycket att dess upptäckt är osäker och det är inte känt vilken av de antika civilisationerna som använde den för första gången (4000 år före Kristus). I själva Bibelns sidor kan han hittas medföljer helvete och helvete.

Den antagna lukten av svavel från helvetet tros ha att göra med vulkanutbrott. Dess första upptäcker måste säkert ha stött på gruvor av detta element, som dammar eller gula kristaller i närheten av en vulkan.

antiken

Detta gulaktiga fasta material visade snart anmärkningsvärda läkande effekter. Till exempel använde egypterna svavel för att behandla ögonlockens inflammation. Det lindrade också skabb och akne, en applikation som kan ses idag i svavel tvålar och andra dermatologiska föremål.

Romarna använde detta element i sina ritualer, som en rökare och blekmedel. När det bränner släpper det SO ₂ , en gas som översvämmade rummen, blandas med fuktigheten och ger en antibakteriell miljö som kan döda insekter.

Romarna upptäckte, liksom grekerna, svavelns höga brännbarhet, varför det blev synonymt med eld. Färgen på dess blåaktiga flammor måste ha upplyst de romerska cirkuserna. Det antas att grekerna, för sin del, använde detta element för att skapa brännvapen.

Kineserna, för sin del, fick veta att genom att blanda svavel med saltpeter (KNO ₃ ) och kol skapade de det svarta pulvret som gav en historisk vändning och som väckte stora krav och intresse för detta mineral i tidens nationer.

Moderna tider

Som om kruset inte var tillräckligt med anledning för att täcka svavel, kom svavelsyra och dess industriella tillämpningar snart upp. Och med svavelsyrestaven mättes mängden rikedom eller välstånd i ett land i förhållande till dess konsumtionsnivåer för denna förening.

Det var först 1789 som den lysande kemisten Antoine Lavoisier kunde känna igen svavel och klassificera det som ett element. Sedan 1823 upptäckte den tyska kemisten Eilhard Mitscherlich att svavel huvudsakligen kan kristallisera på två sätt: rhombohedral och monoclinic.

Svavelns historia följde samma kurs med dess föreningar och tillämpningar. Med svavelsyras enorma industriella betydelse åtföljdes det av vulkanisering av gummi, syntes av penicillin, utvinning av gruvor, raffinering av råolja rik på svavel, näring av jord, etc.

Egenskaper

Fysiskt utseende

Sköra fast i pulver- eller kristallform. Färgen är tråkig citrongul, den är smaklös och har ingen lukt.

Flytande utseende

Flytande svavel är unikt genom att den ursprungliga gula färgen blir rödaktig och intensifieras och mörknar om den utsätts för höga temperaturer. När den bränner avger den ljusblå lågor.

Molmassa

32 g / mol.

Smältpunkt

115,21 ° C

Kokpunkt

445 ° C

antändningspunkt

160 ° C

Automatisk tändningstemperatur

232 ° C

Densitet

2,1 g / ml. Emellertid kan andra allotroper vara mindre täta.

Molär värmekapacitet

22,75 J / mol K

Kovalent radie

105 ± 15:00.

Elektronnegativitet

2,58 på Pauling-skalan.

polaritet

SS-bindningar är apolära eftersom båda svavelatomerna har samma elektronegativitet. Detta gör alla dess allotroper, cykliska eller kedjeformade, opolära; och därför är dess interaktioner med vatten ineffektiva och det kan inte lösas i det.

Emellertid kan svavel lösas i icke-polära lösningsmedel såsom koldisulfid, CS ₂ och aromater (bensen, toluen, xylen, etc.).

Jon

Svavel kan bilda olika joner, vanligtvis anjoner. Det mest kända av alla är svavel, S ^2- . S ^2- kännetecknas av att den är skrymmande och har en mjuk Lewis-bas.

Eftersom det är en mjuk bas säger teorin att den tenderar att bilda föreningar med mjuka syror; såsom övergångsmetallkatjoner, inklusive Fe2 ⁺ , Pb2 ⁺ och Cu2 ⁺ .

Struktur och elektronisk konfiguration

Svavelkronan

S8-molekyl, den mest stabila och rikligaste svaveln. Källa: Benjah-bmm27.

Svavel kan förekomma i en mängd olika allotroper; och dessa i sin tur har kristallina strukturer som modifieras under olika tryck och / eller temperaturer. Därför är svavel ett element rikt på allotroper och polymorfer, och studien av dess fasta strukturer representerar en oändlig källa till teoretiskt-experimentellt arbete.

Varför en sådan strukturell komplexitet? Till att börja med är de kovalenta bindningarna i svavel (SS) mycket starka och överträffas endast av kol, CC och väte, HH.

Till skillnad från kol tenderar svavel inte att bilda tetraedrar utan boomeranger. att med sina vinklar vika och ringa för att stabilisera svavelkedjorna. Den mest kända ringen av alla, som också representerar den mest stabila svavelototropen, är S ₈ , "svavelkronan" (toppbild).

Observera att alla SS-länkarna i S ₈ ser ut som enskilda boomeranger, vilket resulterar i en ring med veck och inte platt alls. Dessa S _8- kronor samverkar genom Londonkrafter och orienterar sig på ett sådant sätt att de skapar strukturella mönster som definierar en ortorombisk kristall; kallas S ₈ α (S-α, eller helt enkelt ortorombisk svavel).

polymorfer

Svavelkronan är en av de många allotroperna för detta element. S ₈ α är en polymorf av denna krona. Det finns två andra (bland de viktigaste) som kallas S ₈ β och S ₈ γ (S-respektive S-γ). Båda polymorfer kristalliseras till monokliniska strukturer, med S ₈ γ vara tätare (gamma svavel).

Alla tre är gula fasta ämnen. Men hur får du varje polymorf separat?

S ₈ β framställs genom upphettning av S ₈ α till 93 ° C, därefter tillåta dess långsamma kylning till bromsa dess övergång tillbaka till den ortorombiska fasen (α). Och S ₈ γ, å andra sidan, erhålles när S ₈ a smälter vid 150 ° C, återigen låta det svalna långsamt; det är den tätaste av svavelkronpolymorferna.

Andra cykliska allotroper

Kronen S ₈ är inte den enda cykliska allotropen. Det finns andra såsom S ₄ , S ₅ (analogt med cyklopentan), S ₆ (representerad av en hexagon som cyklohexan), S ₇ , S ₉ , och S _10-20 ; det senare betyder att det kan finnas ringar eller cykler som innehåller från tio till tjugo svavelatomer.

Var och en av dem representerar olika cykliska allotroper av svavel; och i sin tur, för att betona det, har de olika polymorfer eller polymorfa strukturer som beror på tryck och temperatur.

Till exempel, S ₇ har upp till fyra kända polymorfer: α, β, γ, och δ. Medlemmarna eller kronorna med högre molekylmassa är produkter av organisk syntes och dominerar inte i naturen.

Svavelskedjor

Svavelkedja. Källa: OpenStax

När fler svavelatomer införlivas i strukturen minskar deras tendens att ringa och svavelkedjorna förblir öppna och antar spiralformade konformationer (som om de var spiraler eller skruvar).

Och så uppstår en annan omfattande familj av svavelotroper som inte består av ringar eller cykler utan av kedjor (som den i bilden ovan).

När dessa SS-kedjor står parallellt i kristallen, fångar de föroreningar och definierar ett fibröst fastämne som kallas fibröst svavel, eller S-ψ. Om det finns kovalenta bindningar mellan dessa parallella kedjor som förbinder dem (som händer med vulkaniseringen av gummi), har vi laminärt svavel.

När svavel S ₈ smälter erhålls en gulaktig vätskefas som kan bli mörk om temperaturen höjs. Detta beror på att SS-bindningar bryts, och därför sker en termisk depolymerisationsprocess.

Denna vätska när den kyls visar plastiska och sedan glasartade egenskaper; det vill säga en vitrös och amorf svavel (S-χ) erhålls. Dess sammansättning består av både ringar och svavelkedjor.

Och när en blandning av den fibrösa och laminära allotropen erhålls från det amorfa svavlet, produceras Crystex, en kommersiell produkt som används för vulkanisering av gummi.

Små allotropes

Även om de lämnas sist är de inte mindre viktiga (eller intressanta) än allotroperna med högre molekylmassor. S ₂ och S ₃ molekyler är de sulfuriserade versioner av O ₂ och O ₃ . I den första är två svavelatomer förenade med en dubbelbindning, S = S, och i den andra finns det tre atomer med resonansstrukturer, S = SS.

Både S ₂ och S ₃ är gasformiga. S ₃ visar en körsbärsröd färg. Båda har tillräckligt med bibliografiskt material för att omfatta en enskild artikel.

Elektronisk konfiguration

Elektronkonfigurationen för svavelatomen är:

3s ² 3p ⁴

Den kan få två elektroner för att fullborda sin valensoktett och därmed ha ett oxidationstillstånd på -2. På samma sätt kan den förlora elektroner, börjar med två i sina 3p-orbital, med dess oxidationstillstånd +2; om du tappar ytterligare två elektroner, med deras 3p orbital tomma, kommer ditt oxidationstillstånd att vara +4; och om du tappar alla elektroner kommer det att vara +6.

Erhållande

mineralogiska

Svavel är en del av många mineraler. Bland dem är pyrit (FeS ₂ ), galena (PbS), kovellit (CuS) och andra sulfat- och sulfidmineraler. Genom att bearbeta dem kan inte bara metallerna utvinnas utan också svavel efter en serie reduktionsreaktioner.

Det kan också erhållas på ett rent sätt i vulkaniska ventilationsöppningar, när temperaturen stiger smälter den och smälter neråt; Och om den tar eld kommer den att se ut som blåaktig lava på natten. Genom hårt arbete och ansträngande fysiskt arbete kan svavel skördas precis som det gjordes ganska ofta på Sicilien.

Svavel finns också i underjordiska gruvor, som är gjorda för att pumpa överhettat vatten för att smälta det och flytta det till ytan. Denna framställningsprocess kallas Frasch-processen, som för närvarande inte används.

Olja

Idag kommer det mesta av svaveln från oljeindustrin, eftersom dess organiska föreningar är en del av sammansättningen av råolja och dess raffinerade derivat.

Om en rå eller raffinerad produkt är rikt på svavel och undergår hydrodesulfurisering, kommer det att släppa ut stora mängder av H ₂ S (illaluktande gas som luktar som ruttna ägg):

RSR + 2 H ₂ → 2 RH + H ₂ S

H ₂ S sedan kemiskt behandlas i Clauss processen, sammanfattas med följande kemiska ekvationer:

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

tillämpningar

Några av användningarna för svavel nämns nedan och på ett generellt sätt:

- Det är ett väsentligt element för både växter och djur. Det finns även i två aminosyror: cystein och metionin.

- Det är råvaran för svavelsyra, en förening som är involverad i beredningen av otaliga kommersiella produkter.

- I läkemedelsindustrin används den för syntes av svavelderivat, varvid penicillin är det mest kända av exemplen.

- Tillåter vulkanisering av gummi genom att sammankoppla polymerkedjorna med SS-bindningar.

- Den gula färgen och blandningarna med andra metaller gör det önskvärt i pigmentindustrin.

- Blandat med en oorganisk matris, som sand och stenar, betong och svavelasfalt är beredda att ersätta bitumen.

Risker och försiktighetsåtgärder

Svavel i sig är en ofarlig, giftfri substans, och den utgör inte några potentiella risker, såvida den inte reagerar på andra föreningar. Dess sulfatsalter är inte farliga och kan hanteras utan större försiktighetsåtgärder. Detta är inte fallet, dock med dess gasformiga derivat: SO ₂ och H ₂ S, båda mycket giftiga.

Om det är i vätskefasen kan det orsaka allvarliga brännskador. Om det sväljs i stora mängder kan det trigga produktionen av H ₂ S i tarmen. Annars utgör det ingen risk för dem som tuggar det.

Generellt sett är svavel ett säkert element som inte kräver för många försiktighetsåtgärder förutom att hålla det borta från eld och starka oxidationsmedel.

referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
2. Laura Crapanzano. (2006). Polymorfism av svavel: strukturella och dynamiska aspekter. Fysik. Universitet Joseph-Fourier - Grenoble I. Engelska. fftel-00204149f
3. Wikipedia. (2019). Allotropes svavel. Återställd från: en.wikipedia.org
4. Meyer Beat. (1976). Elementärt svavel. Chemical Reviews, vol. 76, nr 3.
5. Dr Doug Stewart. (2019). Fakta om svavelelement. Chemicool. Återställd från: chemicool.com
6. Donald W. Davis och Randall A. Detro. (2015). Svavelhistoria. Georgia Gulf Sulphur Corporation. Återställd från: georgiagulfsulfur.com
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 januari 2019). 10 intressanta svavelfakta. Återställd från: thoughtco.com
8. Boone, C .; Bond, C .; Hallman, A .; Jenkins, J. (2017). Allmänna faktablad för svavel; National Pesticide Information Center, Oregon State University Extension Services. npic.orst.edu