Wolna encyklopedia

P - S - Cl   O S Se       Układ okresowy
Dane ogólne
Nazwa, symbol, l.a.*	Siarka, S, 16
Własności metaliczne	niemetal
Grupa, okres, blok	16 (VIA), 3, p
Gęstość, twardość	1960 kg/m³, 2
Wygląd
Kolor	jasnożółty
Własności atomowe
Masa atomowa	32,065 u
Promień atomowy (obl.)	100 (88) pm
Promień kowalencyjny	102 pm
Promień van der Waalsa	180 pm
Konfiguracja elektronowa	[Ne]3s²3p4
e- na poziom energetyczny	2, 8, 6
Stopień utlenienia	±2, 4, 6
Własności kwasowe tlenków	silnie kwaśne
Struktura krystaliczna	odmiany: rombowa, lub jednoskośna, lub plastyczna
Własności fizyczne
Stan skupienia	stały
Temperatura topnienia	388,36 K (115,21 °C)
Temperatura wrzenia	717,87 K (444,72°C)
Objętość molowa	15,53×10-6 m³/mol
Ciepło parowania	bd
Ciepło topnienia	1,7175 kJ/mol
Ciśnienie pary nasyconej	2,65×10-20 Pa (388 K)
Prędkość dźwięku	bd
Pozostałe dane
Elektroujemność	2,58 (Pauling) 2,44 (Allred)
Ciepło właściwe	710 J/(kg*K)
Przewodność właściwa	5,0×10-16 S/m
Przewodność cieplna	0,269 W/(m*K)
I Potencjał jonizacyjny	999,6 kJ/mol
II Potencjał jonizacyjny	2252 kJ/mol
III Potencjał jonizacyjny	3357 kJ/mol
IV Potencjał jonizacyjny	4556 kJ/mol
V Potencjał jonizacyjny	7004,3 kJ/mol
VI Potencjał jonizacyjny	8495,8 kJ/mol
Najbardziej stabilne izotopy*
izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 32S 95,02% stabilny izotop z 16 neutronami 33S 0,75% stabilny izotop z 17 neutronami 34S 4,21% stabilny izotop z 18 neutronami 35S {syn.} 87,32 dni β- 0,167 35Cl 36S 0,02% stabilny izotop z 20 neutronami
Tam, gdzie nie jest zaznaczone inaczej, użyte są jednostki SI i warunki normalne.
*Wyjaśnienie skrótów: l.a.=liczba atomowa wyst.=występowanie w przyrodzie, o.p.r.=okres połowicznego rozpadu, s.r.=sposób rozpadu, e.r.=energia rozpadu, p.r.=produkt rozpadu

Siarka (S, łac. sulphur) – pierwiastek chemiczny, niemetal z bloku p w układzie okresowym.

Izotopy stabilne siarki to ³²S, ³³S, ³⁴S i ³⁶S.

Siarka posiada kilka odmian alotropowych, z których trzy najważniejsze to siarka rombowa, jednoskośna i amorficzna.

W zwykłej temperaturze siarka jest mało aktywna. Bardzo łatwo łączy się ona tylko z fluorem, a już trudniej z chlorem. Z innymi pierwiastkami, jak np. z wodorem, łączy się dopiero w podwyższonej temperaturze. Z metalami tworzy po ogrzaniu siarczki, przy czym reakcja te są silnie egzotermiczne, tak że zapoczątkowana reakcja syntezy przebiega dalej samorzutnie nieraz z rozżarzeniem mieszaniny. Na powietrzu, po inicjacji zapłonu, spala się samorzutnie niebieskim płomieniem do dwutlenku siarki (SO₂). Dalsze utlenienie, do trójtlenku siarki, zachodzi wydajnie dopiero wobec katalizatora, np. pięciotlenku wanadu.

Ważniejsze związki siarki to kwas siarkowy (VI), kwas siarkowy (IV), siarkowodór oraz ich sole (odpowiednio siarczany (VI) i siarczany(IV), siarczki), dwutlenek siarki (tlenek siarki(IV)) i trójtlenek siarki (tlenek siarki(VI)). Znane są również: tlenek siarki(I) S₂O , tlenek siarki(II) SO i nadtlenek siarki SO₄.

Siarka jest niezbędna do życia. Wchodzi w skład dwóch aminokwasów kodowanych – metioniny i cysteiny oraz wielu innych biologicznie ważnych związków np. witamin. Siarka w postaci pyłu działa drażniąco na błony śluzowe oczu i górnych dróg oddechowych. Nie powoduje ona silnych zatruć. Większość związków siarki jest toksyczna.

Spis treści 1 Występowanie 2 Wydobycie i produkcja przemysłowa 3 Alotropia siarki 4 Zastosowania siarki 5 Zobacz też

Występowanie

Złoża siarki w stanie rodzimym występują w Polsce koło Tarnobrzega (Piaseczno, Machów, Jeziórko), na pd. od Szydłowca (Grzybów, Osiek) oraz koło Lubaczowa (Horyniec, Basznia), natomiast na świecie m.in. na Sycylii, w Luizjanie i Teksasie (USA), w Japonii, w Turkmenistanie i Uzbekistanie. Polskie złoża siarki rodzimej są związane z występowaniem gipsów i wapieni, z których powstały i zalegają na głębokości od 70 do 370 metrów, tworząc pokłady o miąższości dochodzącej do 13 metrów. Wydobywane są obecnie wyłącznie metodą wytopu podziemnego, ich roczna eksploatacja wynosi ok. 1,2 mln tony.

Siarka występuje zarówno w stanie rodzimym jak i w postaci wielu minerałów. Są to zarówno siarczki jak i siarczany:

• siarczki: piryt, chalkopiryt, markasyt, blenda cynkowa, galena, cynober
• siarczany: gips, anhydryt, baryt, kainit, celestyn, kizeryt

Ponieważ jest ważnym składnikiem białek roślinnych i zwierzęcych, występuje w paliwach kopalnych będących pokładami obumarłych tkanek (szczególnie węgiel kamienny i ropa naftowa). Dlatego też siarkę oraz jej związki pozyskuje się w dużych ilościach podczas oczyszczania węgla kamiennego i ropy naftowej przed spalaniem, oraz podczas oczyszczania szeregu spalin przemysłowych (głównym powodem odsiarczania spalin jest tutaj jednak ochrona powietrza przed zanieczyszczeniem związkami siarki, co szczególnie dawniej było dużo problemem).

Siarka pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej zajmuje 16 miejsce. Jej całkowita zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 0,026% wagowych.

Wydobycie i produkcja przemysłowa

Siarkę występującą w stanie rodzimym wydobywa się najczęściej poprzez sposób odkrywkowy i flotację. Obecnie w Polsce w okolicach Tarnobrzegu, złoża siarki występujące na głębokości od kilkudziesięciu metrów pod powierzchnią terenu, wytapia się przegrzaną parą wodną pod ziemią i wydobywa na powierzchnię za pomocą sprężonego powietrza, wykorzystując stosunkowo niską temperaturę topnienia siarki.

Źródłem siarki są również jej związki zawarte w gazach przemysłowych, jak na przykład siarkowodór występujący w gazie koksowniczym. W celu związania siarkowodoru przepuszcza się surowy gaz z pieców koksowniczych przez odpowiednie oczyszczalniki. Siarkowodór odpadkowy z innych przemysłowych procesów przepuszcza się w celu utlenienia go do wolnej siarki nad katalizatorem, przy czym ulega on częściowemu spaleniu. Wolną siarkę otrzymuje się też przez redukcję dwutlenku siarki za pomocą tlenku węgla.

Węgiel kamienny jest pośrednio źródłem siarki, pozyskuje się z węgla w trakcie procesu spalania z gazów spalinowych w elektrowniach węglowych. Obecnie duże ilości siarki otrzymuje się z ropy naftowej podczas jej przetwarzania.

Alotropia siarki

Siarka jest pierwiastkiem występującym w wielu odmianach alotropowych, zawierających cząsteczki o budowie pierścieniowej, składające się z 6, 7, 8, 9-15, 18 i 20 atomów. Dwie podstawowe odmiany alotropowe siarki to siarka rombowa lub romboedryczna (siarka-α) i siarka jednoskośna (siarka-β), obie zbudowane z ośmioczłonowych pierścieni S₈, różniące się sposobem upakowania w krysztale.

Siarka rombowa jest trwała do temperatury 95,5°C i w tej temperaturze pod ciśnieniem swej własnej pary przekształca się w siarkę jednoskośną. W temperaturze 119°C siarka jednoskośna, będąc w równowadze ze swą parą, topi się i przechodzi w ciecz. Pod działaniem ciśnienia punkt przemiany siarki rombowej w jednoskośną przesuwa się w kierunku wyższych temperatur. Powyżej 1 200 atm pole siarki jednoskośnej zamyka się i istnieje tylko jedna odmiana siarki stałej, siarka rombowa. Siarka rombowa i jednoskośna mogą istnieć ze sobą w stanie równowagi termodynamicznej. Przejście siarki rombowej w jednoskośną jest przemianą fazową I rzędu.

Powyżej temperatury topnienia siarka tworzy jasnożółtą, ruchliwą ciecz. Wraz z podwyższeniem temperatury ciecz gęstnieje i zabarwia się na kolor ciemnobrązowy. W temperaturze 187°C osiąga ona maksymalną lepkość, która przekracza o pięć rzędów wartość początkową. Przy dalszym ogrzewaniu siarka staje się znów łatwo płynna i osiąga punkt wrzenia w temperaturze 444,6°C.

Przyczyną zróżnicowanych własności fizycznych płynnej siarki są zmiany jej struktury cząsteczkowej. Łatwo płynna siarka nieco powyżej temperatury wrzenia, zwana także siarką l, zawiera głównie 6- i 8-atomowe pierścienie. W wyższej temperaturze pierścienie łączą się tworząc struktury polimeryczne, co powoduje wzrost lepkości. Ta odmiana ciekłej siarki jest oznaczana literą "m". Przy dalszym wzroście temperatury następuje naturalne obniżenie lepkości. Obie ciekłe odmiany siarki różnią się rozpuszczalnością w disiarczku węgla: siarka l jest w nim rozpuszczalna, a siarka m jest w nim nierozpuszczalna.

Gęstość pary siarki w temperaturze bliskiej punktu wrzenia odpowiada zawartości cząsteczek S₈ i częściowo S₆. W miarę podwyższania temperatury cząsteczka staje się coraz mniejsza. W temperaturze 800°C para siarki składa się już tylko z cząsteczek dwuatomowych S₂. Dysocjacja dwuatomowych cząsteczek siarki na pojedyncze atomy wymaga znacznego nakładu energii. Stopień dysocjacji cząsteczek dwuatomowych wynosi 3,7% w temp. 1 727°C zaś 72,6% w temp. 2 727°C.

Szybko schłodzona ciekła siarka m tworzy siarkę plastyczną, bezpostaciową prawie czarną masę o plastyczności podobnej do plasteliny, zbudowaną z łańcuchów polimerycznych siarki. Rozciągana mechanicznie uzyskuje strukturę włóknistą, a łańcuchy siarkowe układają się w helisy o skoku co osiem atomów siarki. Oprócz tego w strukturze siarki plastycznej występują też domeny krystaliczne siarki romboidalnej. Siarka plastyczna jest formą metastabilną w temperaturze pokojowej i stopniowo krystalizuje. Proces ten trwa zazwyczaj od kilku godzin, do kilku dni.

Jeżeli pary siarki zostaną szybko ochłodzone, to kondensują się w postaci drobnego, żółtego proszku, kwiatu siarczanego. Składa się on w znacznej części z siarki bezpostaciowej, która przy podwyższeniu temperatury przechodzi w siarkę krystaliczną. Jest to przemiana ściśle jednokierunkowa. Siarka bezpostaciowa pojawia się także przy wydzielaniu z roztworu w toku niektórych reakcji chemicznych, np:.

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + SO₂ + S + H₂O

Siarka koloidalna wstrzyknięta podskórnie wywołuje silne bóle mięśni i podwyższenie temperatury ciała do 39°C^{[potrzebne źródło]}.

Zastosowania siarki

Siarka i jej związki są cennymi surowcami do otrzymywania kwasu siarkowego, podstawowego produktu przemysłu chemicznego, a także do produkcji disiarczku węgla (CS₂). Większość siarki zużywana jest do produkcji kwasu siarkowego.

Dużych ilości siarki plastycznej używa się w procesie wulkanizacji, w którym kauczuk zmienia się w gumę.

Ze względu na niski punkt zapłonu, siarka stosowana jest do wyrobu czarnego prochu i ogni sztucznych. W medycynie stosowana jest siarka koloidalna przy chorobach skórnych. Służy również jako środek do zwalczania pasożytów roślinnych. Niewielkie ilości tego pierwiastka używa się do produkcji leków, pestycydów, zapałek, papieru oraz specjalnego betonu, zwanego betonem siarkowym.

Zobacz też

• siarka rodzima
• siarka elementarna
• siarka palna
• siarka popiołowa
• siarka nagryzająca