Schemat chemiczny procesu. Fizykochemiczne podstawy procesu spalania siarki. Piece do spalania siarki ciekłej. Wykorzystanie ciepła spalania siarki. Spalanie siarki w tlenie

Fizykochemiczne podstawy procesu spalania siarki.

Spalanie S następuje z wydzieleniem dużej ilości ciepła: 0,5S 2g + O 2g = SO 2g, ΔH = -362,43 kJ

Spalanie to zespół zjawisk chemicznych i fizycznych. W urządzeniu spalającym mamy do czynienia ze złożonymi polami prędkości, stężeń i temperatur, które są trudne do opisania matematycznego.

Spalanie stopionego S zależy od warunków współdziałania i spalania poszczególnych kropelek. O efektywności procesu spalania decyduje czas całkowitego spalenia każdej cząsteczki siarki. Spalanie siarki, które zachodzi tylko w fazie gazowej, poprzedzone jest odparowaniem S, zmieszaniem jego par z powietrzem i ogrzaniem mieszaniny do temperatury t, co zapewnia wymaganą szybkość reakcji. Ponieważ intensywniejsze parowanie z powierzchni kropli rozpoczyna się dopiero przy pewnym t, każdą kroplę ciekłej siarki należy ogrzać do tego t. Im wyższe t, tym więcej czasu zajmie ogrzanie kropli. Kiedy nad powierzchnią kropli utworzy się palna mieszanina pary S i powietrza o maksymalnym stężeniu i t, następuje zapłon. Proces spalania kropli S zależy od warunków spalania: t i względnej prędkości przepływu gazu oraz właściwości fizykochemicznych ciekłego S (np. obecności stałych zanieczyszczeń popiołowych w S) i składa się z etapy: 1-mieszanie kropel cieczy S z powietrzem; 2-ogrzewanie tych kropli i odparowanie; 3-termiczny rozkład par S; 4-tworzenie fazy gazowej i jej zapłon; 5-spalanie fazy gazowej.

Etapy te zachodzą niemal jednocześnie.

W wyniku nagrzania kropla cieczy S zaczyna odparowywać, pary S dyfundują do strefy spalania, gdzie przy wysokim t zaczynają aktywnie reagować z O 2 znajdującym się w powietrzu, a proces dyfuzyjnego spalania S zachodzi przy tworzenie SO2.

Przy wysokim t szybkość reakcji utleniania S jest większa niż szybkość procesów fizycznych, dlatego też o ogólnej szybkości procesu spalania decydują procesy wymiany masy i ciepła.

Dyfuzja molekularna warunkuje spokojny, stosunkowo powolny proces spalania, natomiast dyfuzja turbulentna go przyspiesza. Wraz ze zmniejszaniem się wielkości kropel czas parowania maleje. Drobna atomizacja cząstek siarki i ich równomierny rozkład w strumieniu powietrza zwiększa powierzchnię styku, ułatwiając nagrzewanie i odparowywanie cząstek. Podczas spalania każdej pojedynczej kropli S w składzie palnika należy rozróżnić 3 okresy: I-inkubacja; II- intensywne spalanie; III- okres dopalania.

Kiedy kropla płonie, z jej powierzchni wydobywają się płomienie, przypominające rozbłyski słoneczne. W odróżnieniu od zwykłego spalania dyfuzyjnego z emisją płomieni z powierzchni płonącej kropli, nazywa się to spalaniem wybuchowym.

Spalanie kropli S w trybie dyfuzyjnym następuje poprzez odparowanie cząsteczek z powierzchni kropli. Szybkość parowania zależy od właściwości fizycznych cieczy i t otoczenia i jest określona przez charakterystykę szybkości parowania. W trybie różnicowym S świeci się w okresach I i III. Wybuchowe spalanie kropli obserwuje się jedynie w okresie intensywnego spalania w okresie II. Czas trwania okresu intensywnego spalania jest proporcjonalny do sześcianu średnicy początkowej kropli. Wynika to z faktu, że spalanie wybuchowe jest konsekwencją procesów zachodzących w objętości kropli. Charakterystyka szybkości spalania oblicz. przez f-le: DO= /τ сг;

d n – początkowa średnica kropli, mm; τ – czas całkowitego spalenia kropli, s.

Charakterystyka szybkości spalania kropel jest równa sumie cech spalania dyfuzyjnego i wybuchowego: DO= K w + K różnica; Kvz= 0,78∙exp(-(1,59∙р) 2,58); Różnica K= 1,21∙r +0,23; K T2= K T1 ∙exp(E a /R∙(1/T 1 – 1/T 2)); K T1 – stała szybkości spalania w t 1 = 1073 K. K T2 – stała. szybkość nagrzewania w t różnym od t 1. E a – energia aktywacji (7850 kJ/mol).

TO. Głównymi warunkami skutecznego spalania cieczy S są: doprowadzenie całej wymaganej ilości powietrza do wylotu palnika, dokładne i równomierne rozpylenie cieczy S, turbulencja przepływu i wysokie t.

Ogólna zależność intensywności parowania cieczy S od prędkości gazu i t: K 1= a∙V/(b+V); a, b są stałymi zależnymi od t. V – prędkość gaz, m/s. Przy wyższym t zależność intensywności parowania S od prędkości gazu wynosi: K 1= K o ∙ V n ;

Wraz ze wzrostem t od 120 do 180 o C intensywność parowania S wzrasta 5-10 razy, a od 180 do 440 o C 300-500 razy.

Szybkość parowania przy prędkości gazu 0,104 m/s wyznacza się: = 8,745 – 2600/T (w temperaturze 120-140 o C); = 7.346 –2025/T (w temperaturze 140-200 o C); = 10,415 – 3480/T (w temperaturze 200-440 o C).

Aby wyznaczyć szybkość parowania S w dowolnym t od 140 do 440 o C i prędkości gazu w zakresie 0,026-0,26 m/s, najpierw wyznacza się dla prędkości gazu 0,104 m/s i przelicza na inną prędkość: lg = lg + n ∙ lgV `` /V `; Z porównania intensywności parowania ciekłej siarki i szybkości spalania wynika, że ​​intensywność spalania nie może przekraczać intensywności parowania w temperaturze wrzenia siarki. Potwierdza to poprawność mechanizmu spalania, zgodnie z którym siarka spala się tylko w stanie pary. Stałą szybkości utleniania par siarki (reakcja przebiega według równania drugiego rzędu) określa się równaniem kinetycznym: -dС S /d = К∙С S ∙С О2 ; С S – stężenie pary S; C O2 – stężenie par O 2; K jest stałą szybkości reakcji. Całkowite stężenie par S i O 2 wynosi: Z S= a(1-x); Z O2= b – 2oś; a jest początkowym stężeniem pary S; b – początkowe stężenie par O 2; x jest stopniem utlenienia pary S. Następnie:

K∙τ= (2,3 /(b – 2a)) ∙ (log(b – ax/b(1 - x)));

Stała szybkości utleniania S do SO2: lgK= B – A/T;

krople siarki, D< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 µm w wybuchu, w obszarze 100-160 µm czas spalania kropelek nie wzrasta.

To. Aby zintensyfikować proces spalania, zaleca się rozpylanie siarki w kropelki d = 130-200 µm, co wymaga dodatkowej energii. Podczas spalania tej samej ilości otrzymuje się S. SO 2 jest tym bardziej stężony, im mniejsza jest objętość gazu piecowego i im wyższy jest jego t.

1 – CO2; 2 – SO2

Rysunek pokazuje przybliżoną zależność między t a stężeniem SO 2 w gazie piecowym powstającym podczas adiabatycznego spalania siarki w powietrzu. W praktyce otrzymuje się SO 2 o wysokim stężeniu, co jest ograniczone faktem, że przy t > 1300 wykładzina pieca i kanałów gazowych szybko zapada się. Ponadto w tych warunkach mogą zachodzić reakcje uboczne między O 2 i N 2 w powietrzu z utworzeniem tlenków azotu, które są niepożądanym zanieczyszczeniem w SO 2, dlatego w piecach siarkowych zwykle utrzymuje się t = 1000-1200. A gazy piecowe zawierają 12-14% obj. SO2. Z jednej objętości O 2 powstaje jedna objętość SO 2, zatem maksymalna teoretyczna zawartość SO 2 w gazie kalcynującym podczas spalania S w powietrzu wynosi 21%. Spalając S w powietrzu, pali się. Zawartość O 2 SO 2 w mieszaninie gazów może wzrosnąć w zależności od stężenia O 2. Teoretyczna zawartość SO 2 podczas spalania S w czystym O 2 może osiągnąć 100%. Możliwy skład gazu prażenia otrzymywanego poprzez spalanie S w powietrzu i w różnych mieszaninach tlenu i azotu przedstawiono na rysunku:

Piece do spalania siarki.

Spalanie S przy produkcji kwasu siarkowego odbywa się w piecach w stanie atomizowanym lub stałym. Do spalania stopionego S stosuje się piece dyszowe, cyklonowe i wibracyjne. Najszerzej stosowane są cyklon i dysza. Piece te są klasyfikowane według następujących kryteriów:- według rodzaju zainstalowanych dysz (mechaniczne, pneumatyczne, hydrauliczne) i ich umiejscowienia w piecu (promieniowe, styczne); - obecność ekranów wewnątrz komór spalania; - według wykonania (poziome, pionowe); - zgodnie z położeniem otworów wlotowych dopływu powietrza; - na urządzeniach do mieszania strumieni powietrza z parami S; - w sprawie urządzeń wykorzystujących ciepło spalania S; - według liczby kamer.

Piec dyszowy (ryż)

1 - cylinder stalowy, 2 - podszewka. 3 - azbest, 4 - przegrody. 5 - dysza do rozpylania paliwa, 6 - dysza do rozpylania siarki,

7 - skrzynka do dostarczania powietrza do pieca.

Ma dość prostą konstrukcję, jest łatwy w utrzymaniu, wytwarza gaz o stałym stężeniu SO2. Do poważnych braków zaliczają się: stopniowe niszczenie przegród na skutek wysokiego t; niskie obciążenie cieplne komory spalania; trudności w uzyskaniu gazu o wysokim stężeniu, ponieważ zużywają duży nadmiar powietrza; zależność procentu spalania od jakości rozpylenia S; oznacza zużycie paliwa podczas uruchamiania i rozgrzewania pieca; stosunkowo duże gabaryty i ciężar, a co za tym idzie, znaczne inwestycje kapitałowe, uzyskane powierzchnie, koszty eksploatacji i duże straty ciepła do środowiska.

Bardziej doskonały piece cyklonowe.

1 - komora wstępna, 2 - komora powietrzna, 3, 5 - komory dopalania, 4. 6 - pierścienie zaciskowe, 7, 9 - dysze doprowadzenia powietrza, 8, 10 - dysze doprowadzenia siarki.

Dostęp: styczne wejście powietrza i S; zapewnia równomierne spalanie S w piecu dzięki lepszej turbulizacji przepływów; możliwość uzyskania stężonego gazu procesowego do 18% obj. SO 2; wysokie napięcie cieplne przestrzeni spalania (4,6 10 6 W/m 3); objętość aparatu zostanie zmniejszona 30-40 razy w porównaniu z objętością pieca dyszowego o tej samej wydajności; stałe stężenie SO 2; prosta regulacja stopnia spalania S i jego automatyzacja; niskie zużycie czasu i materiału palnego do rozgrzania i uruchomienia pieca po długim postoju; niższa zawartość tlenków azotu po piecu. Główne tygodnie związany z wysokim t procentu spalania; możliwe jest pękanie okładziny i spoin; niezadowalająca atomizacja S prowadzi do przedostawania się jego oparów do urządzeń wymiennikowych za piecem, a w konsekwencji do korozji urządzeń i niestabilności t na wejściu do urządzeń wymiennikowych.

Stopiony S może wchodzić do pieca przez dysze o układzie stycznym lub osiowym. Przy osiowym ułożeniu dysz strefa spalania znajduje się bliżej obwodu. Z tangenem - bliżej środka, dzięki czemu zmniejsza się wpływ wysokiego t na podszewkę. (rys.) Prędkość przepływu gazu wynosi 100-120 m/s - stwarza to korzystne warunki do wymiany masy i ciepła oraz zwiększa szybkość spalania S.

Piekarnik wibracyjny (ryż).

1 – głowica pieca palnikowego; 2 – zawory zwrotne; 3 – kanał wibracyjny.

Podczas spalania wibracyjnego okresowo zmieniają się wszystkie parametry procesu (ciśnienie w komorze, prędkość i skład mieszaniny gazowej, t). Urządzenie do wibracji spalanie S nazywa się piecem palnikowym. Przed paleniskiem S i powietrze mieszają się i przepływają przez zawory zwrotne (2) do głowicy palnika pieca, gdzie mieszanina ulega spaleniu. Dostawy surowców realizowane są partiami (cyklicznie). W tej wersji pieca naprężenia cieplne i szybkość spalania znacznie wzrosną, jednak przed zapaleniem mieszanki konieczne jest dobre wymieszanie natryskiwanego S z powietrzem, aby proces nastąpił natychmiastowo. W tym przypadku produkty spalania są dobrze wymieszane, warstwa gazu SO 2 otaczająca cząstki S zostaje zniszczona, co ułatwia dostęp nowych porcji O 2 do strefy spalania. W takim piecu powstający SO 2 nie usuwa niespalonych cząstek, jego stężenie jest duże.

Piec cyklonowy w porównaniu do pieca dyszowego charakteryzuje się 40-65 razy większymi naprężeniami cieplnymi, możliwością uzyskania bardziej stężonego gazu i większą produkcją pary.

Najważniejszym wyposażeniem pieców spalinowych są dysze do cieczy S, które muszą zapewniać dokładne i równomierne rozpylanie cieczy S, dobre jej wymieszanie z powietrzem w samej dyszy i za nią, szybką regulację natężenia przepływu cieczy S przy zachowaniu niezbędny jest jego związek z powietrzem, stabilność określonego kształtu, długość latarki, a także trwała konstrukcja, niezawodna i łatwa w użyciu. Dla sprawnej pracy wtryskiwaczy ważne jest, aby S był dobrze oczyszczony z popiołu i bitumu. Dysze mogą być mechaniczne (ciecz pod własnym ciśnieniem) lub pneumatyczne (w rozpylaniu uczestniczy również powietrze).

Wykorzystanie ciepła spalania siarki.

Reakcja jest silnie egzotermiczna, w wyniku czego uwalniana jest duża ilość ciepła, a temperatura gazu na wylocie z pieców wynosi 1100-1300 0 C. W przypadku kontaktowego utleniania SO 2 temperatura gazu na wejściu do 1. temperatura warstwy pieca nie powinna przekraczać 420 - 450 0 C. Dlatego przed etapem utleniania SO 2 konieczne jest ochłodzenie strumienia gazu i wykorzystanie nadmiaru ciepła. W instalacjach kwasu siarkowego wykorzystujących siarkę do odzysku ciepła, najczęściej stosowane są wodnorurowe kotły odzysknicowe z naturalnym obiegiem ciepła. SETA – C (25 - 24); RKS 95/4,0 – 440.

Kocioł energetyczno-technologiczny RKS 95/4.0 – 440 jest kotłem wodnorurowym, z naturalnym obiegiem, gazoszczelnym, przeznaczonym do pracy pod ciśnieniem. Kocioł składa się z urządzeń odparowujących I i II stopnia, zdalnych ekonomizerów I i II stopnia, zdalnych przegrzewaczy I i II stopnia, bębna i pieców do spalania siarki. Palenisko jest zaprojektowane na spalenie do 650 ton cieczy. Siarka dziennie. Piec składa się z dwóch cyklonów połączonych względem siebie pod kątem 110° oraz komory przejściowej.

Płaszcz wewnętrzny ma średnicę 2,6 m i swobodnie opiera się na podporach. Osłona zewnętrzna ma średnicę 3 m. Do pierścieniowej przestrzeni utworzonej przez osłonę wewnętrzną i zewnętrzną wprowadzane jest powietrze, które następnie poprzez dysze wchodzi do komory spalania. Siarka do pieca dostarczana jest za pomocą 8 dysz siarkowych, po 4 na każdy cyklon. Spalanie siarki odbywa się w wirującym strumieniu gazu i powietrza. Zawirowanie przepływu uzyskuje się poprzez styczne wprowadzanie powietrza do cyklonu spalania poprzez dysze powietrzne, po 3 w każdym cyklonie. Ilość powietrza jest regulowana elektrycznie napędzanymi klapami na każdej dyszy powietrznej. Komora przejściowa przeznaczona jest do kierowania strumienia gazu z cyklonów poziomych do pionowego kanału gazowego urządzenia wyparnego. Wewnętrzna powierzchnia paleniska wyłożona jest cegłą mulitowo-korundową gatunku MKS-72 o grubości 250 mm.

1 – cyklony

2 - komora przejściowa

3 – urządzenia odparowujące

Przy produkcji gazu prażenia poprzez spalanie siarki nie ma potrzeby oczyszczania go z zanieczyszczeń. Etap przygotowawczy będzie obejmował jedynie suszenie gazu i usuwanie kwasu. Podczas spalania siarki zachodzi nieodwracalna reakcja egzotermiczna:

S + O 2 = WIĘC 2 (1)

z wydzieleniem bardzo dużej ilości ciepła: zmiana H = -362,4 kJ/mol, czyli w przeliczeniu na masę jednostkową 362,4/32 = 11,325 kJ/t = 11325 kJ/kg S.

Stopiona ciekła siarka dostarczona do spalania odparowuje (wrze) w temperaturze 444,6 * C; ciepło parowania wynosi 288 kJ/kg. Jak wynika z przedstawionych danych, ciepło reakcji spalania siarki jest w zupełności wystarczające do odparowania surowca, dlatego oddziaływanie siarki i tlenu zachodzi w fazie gazowej (reakcja jednorodna).

Spalanie siarki w przemyśle odbywa się w następujący sposób. Siarka jest wstępnie topiona (w tym celu można wykorzystać parę wodną uzyskaną w wyniku recyklingu ciepła z głównej reakcji spalania siarki). Ponieważ temperatura topnienia siarki jest stosunkowo niska, poprzez osadzanie i późniejszą filtrację siarki łatwo jest oddzielić zanieczyszczenia mechaniczne, które nie przeszły do ​​fazy ciekłej i uzyskać surowiec o wystarczającym stopniu czystości. Do spalania stopionej siarki stosuje się dwa rodzaje pieców: dysza i cyklon. Muszą zapewniać rozpylanie ciekłej siarki, aby szybko ją odparować i zapewnić niezawodny kontakt z powietrzem we wszystkich częściach aparatu.

Z paleniska gaz prażenia trafia do kotła na ciepło odpadowe, a następnie do kolejnych urządzeń.

Stężenie dwutlenku siarki w gazie kalcynującym zależy od stosunku siarki do powietrza dostarczanego do spalania. Jeżeli powietrze pobierane jest w ilości stechiometrycznej, tj. na każdy mol siarki przypada 1 mol tlenu, wówczas przy całkowitym spaleniu siarki stężenie będzie równe ułamkowi objętościowemu tlenu w powietrzu C, więc 2, max = 21%. Jednak powietrze jest zwykle pobierane w nadmiarze, ponieważ w przeciwnym razie temperatura w piekarniku będzie zbyt wysoka.

Podczas adiabatycznego spalania siarki temperatura wypalania mieszaniny reakcyjnej o składzie stechiometrycznym będzie wynosić ~1500*C. W praktyce możliwości podwyższenia temperatury w piecu są ograniczone faktem, że powyżej 1300*C wykładzina pieca i kanałów gazowych szybko zapada się. Zazwyczaj podczas spalania siarki otrzymuje się gaz kalcynujący zawierający 13–14% SO2.

2. Utlenianie kontaktowe so2 do so3

Utlenianie kontaktowe dwutlenku siarki jest typowym przykładem heterogenicznej oksydacyjnej katalizy egzotermicznej.

Jest to jedna z najlepiej zbadanych syntez katalitycznych. W ZSRR najdokładniejsze prace nad badaniami utleniania SO 2 do SO 3 i rozwojem katalizatorów przeprowadził G.K. Boreskow. Reakcja utleniania dwutlenku siarki

WIĘC 2 + 0,5 O 2 = WIĘC 3 (2)

charakteryzuje się bardzo dużą energią aktywacji i dlatego jego praktyczna realizacja możliwa jest jedynie w obecności katalizatora.

W przemyśle głównym katalizatorem utleniania SO 2 jest katalizator na bazie tlenku wanadu V 2 O 5 (masa kontaktowa wanadu). Inne związki, przede wszystkim platyna, również wykazują w tej reakcji aktywność katalityczną. Katalizatory platynowe są jednak wyjątkowo wrażliwe nawet na śladowe ilości arsenu, selenu, chloru i innych zanieczyszczeń, dlatego też stopniowo zastępowano je katalizatorem wanadowym.

Szybkość reakcji wzrasta wraz ze wzrostem stężenia tlenu, dlatego proces w przemyśle prowadzi się w nadmiarze.

Ponieważ reakcja utleniania SO2 jest egzotermiczna, reżim temperaturowy jej realizacji powinien zbliżać się do optymalnej linii temperatur. Wybór reżimu temperaturowego podlega dodatkowo dwóm ograniczeniom związanym z właściwościami katalizatora. Dolną granicą temperatury jest temperatura zapłonu katalizatorów wanadowych, która w zależności od konkretnego rodzaju katalizatora i składu gazu wynosi 400 – 440*C. górna granica temperatury wynosi 600 – 650*C i jest wyznaczona faktem, że powyżej tych temperatur struktura katalizatora ulega restrukturyzacji i traci on swoją aktywność.

W zakresie 400 - 600*C starają się prowadzić proces tak, aby wraz ze wzrostem stopnia przereagowania temperatura spadała.

Najczęściej w przemyśle stosuje się urządzenia półkowe z zewnętrzną wymianą ciepła. Schemat wymiany ciepła zakłada maksymalne wykorzystanie ciepła reakcji do ogrzania gazu źródłowego i jednoczesne chłodzenie gazu pomiędzy półkami.

Jednym z najważniejszych zadań stojących przed branżą kwasu siarkowego jest zwiększenie stopnia konwersji dwutlenku siarki i ograniczenie jego emisji do atmosfery. Problem ten można rozwiązać kilkoma metodami.

Jedną z najbardziej racjonalnych metod rozwiązania tego problemu, szeroko stosowaną w przemyśle kwasu siarkowego, jest metoda podwójnego kontaktu i podwójnej absorpcji (DCDA). Aby przesunąć równowagę w prawo i zwiększyć wydajność procesu, a także zwiększyć prędkość procesu, proces prowadzi się tą metodą. Jego istota polega na tym, że mieszanina reakcyjna, w której stopień konwersji SO 2 wynosi 90 - 95%, jest schładzana i kierowana do pośredniego absorbera w celu oddzielenia SO 3. W pozostałym gazie reakcyjnym stosunek O 2:SO 2 znacznie wzrasta, co prowadzi do przesunięcia równowagi reakcji w prawo. Świeżo ogrzany gaz reakcyjny ponownie wprowadza się do aparatu kontaktowego, gdzie na jednej lub dwóch warstwach katalizatora osiąga się 95% stopnia konwersji pozostałego SO 2. Całkowity stopień konwersji SO 2 w tym procesie wynosi 99,5%. - 99,8%.

Siarka jest pierwiastkiem chemicznym należącym do szóstej grupy i trzeciego okresu układu okresowego. W tym artykule szczegółowo przyjrzymy się jego właściwościom chemicznym, produkcji, zastosowaniu i tak dalej. Charakterystyka fizyczna obejmuje takie cechy, jak kolor, poziom przewodności elektrycznej, temperatura wrzenia siarki itp. Właściwości chemiczne opisują jego interakcję z innymi substancjami.

Siarka z fizycznego punktu widzenia

To delikatna substancja. W normalnych warunkach pozostaje w stałym stanie skupienia. Siarka ma cytrynowożółty kolor.

W przeważającej części wszystkie jego związki mają żółte odcienie. Nie rozpuszcza się w wodzie. Ma niską przewodność cieplną i elektryczną. Cechy te charakteryzują go jako typowy niemetal. Pomimo tego, że skład chemiczny siarki wcale nie jest skomplikowany, substancja ta może mieć kilka odmian. Wszystko zależy od struktury sieci krystalicznej, za pomocą której atomy są połączone, ale nie tworzą cząsteczek.

Pierwszą opcją jest siarka rombowa. Jest najbardziej stabilny. Temperatura wrzenia tego rodzaju siarki wynosi czterysta czterdzieści pięć stopni Celsjusza. Aby jednak dana substancja przeszła w stan gazowy skupienia, musi najpierw przejść przez stan ciekły. Tak więc topienie siarki następuje w temperaturze stu trzynastu stopni Celsjusza.

Drugą opcją jest siarka jednoskośna. Jest to kryształ w kształcie igły o ciemnożółtym kolorze. Topienie pierwszego rodzaju siarki, a następnie powolne jej schładzanie prowadzi do powstania tego typu siarki. Ta odmiana ma prawie takie same cechy fizyczne. Na przykład temperatura wrzenia tego rodzaju siarki wynosi czterysta czterdzieści pięć stopni. Ponadto istnieje taka różnorodność tej substancji, jak plastik. Otrzymuje się go przez wlanie rombowej wody podgrzanej prawie do wrzenia do zimnej wody. Temperatura wrzenia tego rodzaju siarki jest taka sama. Ale substancja ma właściwość rozciągania się jak guma.

Kolejnym składnikiem właściwości fizycznych, o którym chciałbym porozmawiać, jest temperatura zapłonu siarki.

Wskaźnik ten może się różnić w zależności od rodzaju materiału i jego pochodzenia. Na przykład temperatura zapłonu siarki technicznej wynosi sto dziewięćdziesiąt stopni. Jest to dość niska liczba. W innych przypadkach temperatura zapłonu siarki może wynosić dwieście czterdzieści osiem stopni, a nawet dwieście pięćdziesiąt sześć. Wszystko zależy od tego, z jakiego materiału został wydobyty i jaka jest jego gęstość. Możemy jednak stwierdzić, że temperatura spalania siarki jest dość niska w porównaniu z innymi pierwiastkami chemicznymi, jest to substancja łatwopalna. Ponadto czasami siarka może łączyć się w cząsteczki składające się z ośmiu, sześciu, czterech lub dwóch atomów. Teraz, po rozważeniu siarki z fizycznego punktu widzenia, przejdźmy do następnej sekcji.

Charakterystyka chemiczna siarki

Pierwiastek ten ma stosunkowo niską masę atomową, równą trzydziestu dwóm gramom na mol. Charakterystyka pierwiastka siarki obejmuje taką cechę tej substancji, jak zdolność do różnych stopni utlenienia. Różni się to od, powiedzmy, wodoru lub tlenu. Rozważając pytanie, jakie są właściwości chemiczne pierwiastka siarki, nie sposób nie wspomnieć, że w zależności od warunków wykazuje ona zarówno właściwości redukujące, jak i utleniające. Przyjrzyjmy się więc po kolei oddziaływaniom tej substancji z różnymi związkami chemicznymi.

Siarka i substancje proste

Substancje proste to substancje zawierające tylko jeden pierwiastek chemiczny. Jego atomy mogą łączyć się w cząsteczki, jak na przykład w przypadku tlenu, lub mogą nie łączyć się, jak ma to miejsce w przypadku metali. Zatem siarka może reagować z metalami, innymi niemetalami i halogenami.

Interakcja z metalami

Do przeprowadzenia tego rodzaju procesu wymagana jest wysoka temperatura. W tych warunkach zachodzi reakcja addycji. Oznacza to, że atomy metali łączą się z atomami siarki, tworząc złożone substancje siarczki. Na przykład, jeśli podgrzejesz dwa mole potasu i zmieszasz je z jednym molem siarki, otrzymasz jeden mol siarczku tego metalu. Równanie można zapisać w następujący sposób: 2K + S = K 2 S.

Reakcja z tlenem

To jest spalanie siarki. W wyniku tego procesu powstaje jego tlenek. Te ostatnie mogą być dwojakiego rodzaju. Dlatego spalanie siarki może przebiegać dwuetapowo. Pierwsza polega na tym, że z jednego mola siarki i jednego mola tlenu powstaje jeden mol dwutlenku siarki. Równanie tej reakcji chemicznej można zapisać w następujący sposób: S + O 2 = SO 2. Drugi etap polega na dodaniu kolejnego atomu tlenu do dwutlenku. Dzieje się tak, jeśli dodasz jeden mol tlenu do dwóch moli w wysokich temperaturach. Rezultatem są dwa mole trójtlenku siarki. Równanie tej interakcji chemicznej wygląda następująco: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3 . W wyniku tej reakcji powstaje kwas siarkowy. Tak więc, po przeprowadzeniu dwóch opisanych procesów, powstały trójtlenek można przepuścić przez strumień pary wodnej. I otrzymujemy Równanie takiej reakcji jest zapisane w następujący sposób: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4.

Oddziaływanie z halogenami

Substancje chemiczne, podobnie jak inne niemetale, pozwalają mu reagować z daną grupą substancji. Obejmuje takie związki jak fluor, brom, chlor, jod. Siarka reaguje z każdym z nich z wyjątkiem ostatniego. Jako przykład możemy przytoczyć proces fluoryzacji rozważanego przez nas pierwiastka układu okresowego. Ogrzewając wspomniany niemetal za pomocą halogenu, można otrzymać dwie odmiany fluoru. Przypadek pierwszy: jeśli weźmiemy jeden mol siarki i trzy mole fluoru, otrzymamy jeden mol fluoru, którego wzór to SF 6. Równanie wygląda następująco: S + 3F 2 = SF 6. Ponadto istnieje druga możliwość: jeśli weźmiemy jeden mol siarki i dwa mole fluoru, otrzymamy jeden mol fluoru o wzorze chemicznym SF 4. Równanie zapisuje się w następujący sposób: S + 2F 2 = SF 4. Jak widać wszystko zależy od proporcji, w jakich składniki zostaną wymieszane. Dokładnie w ten sam sposób można przeprowadzić proces chlorowania siarki (można też utworzyć dwie różne substancje) lub bromowania.

Interakcja z innymi prostymi substancjami

Na tym nie kończą się właściwości pierwiastka siarki. Substancja może również reagować chemicznie z wodorem, fosforem i węglem. W wyniku interakcji z wodorem powstaje kwas siarczkowy. W wyniku jego reakcji z metalami można otrzymać ich siarczki, które z kolei otrzymuje się również bezpośrednio w reakcji siarki z tym samym metalem. Dodanie atomów wodoru do atomów siarki zachodzi tylko w warunkach bardzo wysokiej temperatury. Kiedy siarka reaguje z fosforem, powstaje jej fosforek. Ma następujący wzór: P 2 S 3. Aby otrzymać jeden mol tej substancji, należy wziąć dwa mole fosforu i trzy mole siarki. Kiedy siarka oddziałuje z węglem, powstaje węglik danego niemetalu. Jego wzór chemiczny wygląda następująco: CS 2. Aby otrzymać jeden mol danej substancji, należy wziąć jeden mol węgla i dwa mole siarki. Wszystkie opisane powyżej reakcje addycji zachodzą tylko wtedy, gdy odczynniki zostaną podgrzane do wysokich temperatur. Przyjrzeliśmy się oddziaływaniu siarki z prostymi substancjami, teraz przejdźmy do następnego punktu.

Siarka i związki złożone

Substancje złożone to substancje, których cząsteczki składają się z dwóch (lub więcej) różnych pierwiastków. Właściwości chemiczne siarki pozwalają jej reagować ze związkami takimi jak zasady, a także stężony kwas siarczanowy. Jego reakcje z tymi substancjami są dość specyficzne. Najpierw przyjrzyjmy się, co się stanie, gdy dany niemetal zmiesza się z zasadą. Na przykład, jeśli weźmiesz sześć moli i dodasz trzy mole siarki, otrzymasz dwa mole siarczku potasu, jeden mol siarczynu potasu i trzy mole wody. Ten rodzaj reakcji można wyrazić następującym równaniem: 6KOH + 3S = 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Ta sama zasada interakcji zachodzi, jeśli dodasz. Następnie rozważ zachowanie siarki, gdy stężony roztwór kwasu siarczanowego jest do niego dodawany. Jeśli weźmiemy jeden mol pierwszej i dwa mole drugiej substancji, otrzymamy następujące produkty: trójtlenek siarki w ilości trzech moli oraz wodę - dwa mole. Ta reakcja chemiczna może wystąpić tylko wtedy, gdy reagenty zostaną podgrzane do wysokiej temperatury.

Uzyskanie danego niemetalu

Istnieje kilka głównych sposobów ekstrakcji siarki z różnych substancji. Pierwsza metoda polega na wyizolowaniu go z pirytu. Wzór chemiczny tego ostatniego to FeS2. Po podgrzaniu tej substancji do wysokiej temperatury bez dostępu tlenu można otrzymać kolejny siarczek żelaza - FeS - i siarkę. Równanie reakcji zapisuje się następująco: FeS 2 = FeS + S. Drugą metodą wytwarzania siarki, często stosowaną w przemyśle, jest spalanie siarczku siarki w warunkach niewielkiej ilości tlenu. W takim przypadku możesz uzyskać dany niemetal i wodę. Aby przeprowadzić reakcję, należy wziąć składniki w stosunku molowym od dwóch do jednego. W rezultacie otrzymujemy produkty końcowe w proporcjach dwa do dwóch. Równanie tej reakcji chemicznej można zapisać w następujący sposób: 2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O. Ponadto siarkę można otrzymać w różnych procesach metalurgicznych, na przykład przy produkcji metali takich jak nikiel , miedź i inne.

Użytek przemysłowy

Rozważany przez nas niemetal znalazł najszersze zastosowanie w przemyśle chemicznym. Jak wspomniano powyżej, tutaj wykorzystuje się go do produkcji kwasu siarczanowego. Ponadto siarkę wykorzystuje się jako składnik do wyrobu zapałek, gdyż jest materiałem łatwopalnym. Jest także niezastąpiona przy produkcji materiałów wybuchowych, prochu, iskier itp. Ponadto siarka stosowana jest jako jeden ze składników środków do zwalczania szkodników. W medycynie wykorzystywany jest jako składnik do produkcji leków na choroby skóry. Substancja ta wykorzystywana jest także do produkcji różnorodnych barwników. Ponadto stosuje się go do produkcji luminoforów.

Struktura elektronowa siarki

Jak wiadomo, wszystkie atomy składają się z jądra, w którym znajdują się protony – cząstki naładowane dodatnio – oraz neutrony, czyli cząstki o zerowym ładunku. Elektrony o ładunku ujemnym krążą wokół jądra. Aby atom był obojętny, musi mieć w swojej strukturze taką samą liczbę protonów i elektronów. Jeśli tych ostatnich jest więcej, jest to już jon ujemny – anion. Jeśli natomiast liczba protonów jest większa niż elektronów, jest to jon dodatni lub kation. Anion siarki może działać jako reszta kwasowa. Wchodzi w skład cząsteczek substancji takich jak kwas siarczkowy (siarkowodór) i siarczki metali. Anion powstaje podczas dysocjacji elektrolitycznej, która zachodzi, gdy substancja rozpuszcza się w wodzie. W tym przypadku cząsteczka rozpada się na kation, który może występować w postaci jonu metalu lub wodoru, a także kation - jon reszty kwasowej lub grupy hydroksylowej (OH-).

Ponieważ numer seryjny siarki w układzie okresowym wynosi szesnaście, możemy stwierdzić, że jej jądro zawiera dokładnie tę liczbę protonów. Na tej podstawie możemy powiedzieć, że wokół kręci się także szesnaście elektronów. Liczbę neutronów można obliczyć odejmując numer seryjny pierwiastka chemicznego od masy molowej: 32 - 16 = 16. Każdy elektron nie obraca się chaotycznie, ale po określonej orbicie. Ponieważ siarka jest pierwiastkiem chemicznym należącym do trzeciego okresu układu okresowego, wokół jądra krążą trzy orbity. Pierwszy z nich ma dwa elektrony, drugi osiem, a trzeci sześć. Elektroniczny wzór atomu siarki zapisuje się w następujący sposób: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Występowanie w przyrodzie

Zasadniczo dany pierwiastek chemiczny występuje w minerałach, które są siarczkami różnych metali. Przede wszystkim jest to piryt – sól żelaza; Jest to także ołów, srebro, połysk miedzi, blenda cynku, cynober – siarczek rtęci. Ponadto siarka może być również częścią minerałów, których strukturę reprezentują trzy lub więcej pierwiastków chemicznych.

Na przykład chalkopiryt, mirabilit, kizeryt, gips. Możesz rozważyć każdy z nich bardziej szczegółowo. Piryt to siarczek żelaza lub FeS2. Ma jasnożółty kolor ze złotym połyskiem. Minerał ten często występuje jako zanieczyszczenie lapis lazuli, który jest powszechnie stosowany do wyrobu biżuterii. Wynika to z faktu, że te dwa minerały często mają wspólne złoże. Połysk miedzi - chalkozyn lub chalkozyn - jest niebiesko-szarą substancją podobną do metalu. i srebrny połysk (argentyt) mają podobne właściwości: oba z wyglądu przypominają metale i mają szary kolor. Cynober to matowy brązowo-czerwony minerał z szarymi plamkami. Chalkopiryt, którego wzór chemiczny to CuFeS 2, jest złotożółty, nazywany jest także złotą blendą. Mieszanka cynku (sfaleryt) może mieć kolor od bursztynowego do ognistego pomarańczu. Mirabilit - Na 2 SO 4 x10H 2 O - kryształy przezroczyste lub białe. Nazywa się go również stosowanym w medycynie. Wzór chemiczny kizerytu to MgSO 4 x H 2 O. Wyglądem przypomina biały lub bezbarwny proszek. Wzór chemiczny gipsu to CaSO 4 x 2H 2 O. Ponadto ten pierwiastek chemiczny wchodzi w skład komórek organizmów żywych i jest ważnym pierwiastkiem śladowym.