Sumpor

Sa Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigacija, traži
Ambox warning blue construction.svg Trenutno se vrše izmjene na članku.
Kao znak dobre volje, suzdržite se od mijenjanja članka dok je prikazano obavještenje kako bi se izbjegla kolizija s trenutnim izmjenama.
Sumpor
[Ne] 3s2 3p4 16S
   
Periodni sistem elemenata
Općenito
Hemijski element, Simbol, Atomski broj Sumpor, S, 16
Serija Nemetali
Grupa, Perioda, Blok 16, 3, p
Izgled limun-žuti prah
Zastupljenost 0,048[1] %
Atomske osobine
Atomska masa 32,06 (32,059 - 32,076)[2] u
Atomski radijus (izračunat) 100 (88) pm
Kovalentni radijus 102,5 pm
Van der Waalsov radijus 180 pm
Elektronska konfiguracija [Ne] 3s2 3p4
Broj elektrona u energetskom nivou 2, 8, 6
1. energija ionizacije 999,6[3] kJ/mol
2. energija ionizacije 2252 kJ/mol
3. energija ionizacije 3357 kJ/mol
4. energija ionizacije 4556 kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje čvrsto
Mohsova skala tvrdoće 2
Kristalna struktura ortorompski
Gustoća 2070[4] kg/m3
Magnetizam dijamagnetičan[5](\chi_{m} = −1,3 · 10−5)
Tačka topljenja 385,95[6] - 388,36 K (112,8[6] - 115,21 °C)
Tačka ključanja 718,2[7] K (445 °C)
Molarni volumen 15,53 · 10-6 m3/mol
Toplota isparavanja 45[7] kJ/mol
Toplota topljenja 1,713 kJ/mol
Pritisak pare 1 Pa pri 375 K
Brzina zvuka m/s
Specifična toplota 736[1] J/(kg · K)
Specifična električna provodljivost 5,0 · 10-22 S/m
Toplotna provodljivost 0,205 W/(m · K)
Hemijske osobine
Oksidacioni broj ±2, 4, 6
Oksidi SO2, SO3
Elektrodni potencijal ?
Elektronegativnost 2,58 (Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR
30S

sin

1,178 s ε 6,138 30P
31S

sin

2,572 s ε 5,396 31P
32S

95,02 %

Stabilan
33S

0,75 %

Stabilan
34S

4,21 %

Stabilan
35S

sin

87,32 d β- 0,167 35Cl
36S

0,02 %

Stabilan
37S

sin

5,05 min β- 4,865 37Cl
38S

sin

170,3 min β- 2,937 38Cl
39S

sin

11,5 s β- 6,640 39Cl
40S

sin

8,8 s β- 4,710 40Cl
Sigurnosno obavještenje

Oznake upozorenja

Lahko zapaljivo

F
Lahko zapaljivo
Obavještenja o riziku i sigurnosti R: 11
S: 33
Ukoliko je moguće i u upotrebi, koriste se SI osnovne jedinice.
Ako nije drugačije označeno, svi podaci su podaci dobiveni mjerenjima u normalnim uslovima.

Sumpor (lat. sulpur, grecizirano sulphur) jeste hemijski element sa simbolom S i atomskim brojem 16. Ubraja se u halkogene elemente, tj. nalazi se u šestoj glavnoj grupi periodnog sistema. Prema udjelu u Zemljinoj litosferi nalazi se na 16. mjestu najzastupljenijih elemenata. Sumpor je žuta, nemetalna supstanca, koja gradi veliki broj alotropskih modifikacija. U prirodi se javlja kao samorodan ali i u obliku svojih mnogobrojnih neorganskih spojeva, među kojima su najpoznatiji sulfidi i sulfati.

Određene aminokiseline i koenzimi sadrže sumpor. U organizmima, on igra ulogu pri anaerobnom načinu dobijanja energije kod mikroorganizama. Najveći dio dobijenog elementarnog sumpora koristi se u hemijskoj industriji za proizvodnju sumporne kiseline, tehnički najvažnije i najviše proizvedene osnovne hemikalije. Kao sastojak kiselih kiša, sumpor-dioksid je od velike važnosti za okolinu.

Rasprostranjenost[uredi | uredi izvor]

Na Zemlji[uredi | uredi izvor]

Sumpor

Sumpor je rasprostranjen u gotovo svim Zemljinim sferama. Njegovo kruženje između tih sfera opisuje ciklus kruženja sumpora, sistem pretvaranja sumpora i spojeva koji ga sadrže u litosferi, hidrosferi, Zemljinoj atmosferi i biosferi, kao i njegovu razmjenu iz jedne u drugu sferu. Pri tome, sumpor se javlja u oksidacijskom stanju -2, u spojevima kao što su metalni sulfidi i sumporovodik, te u oksidacijskom stanju -1, naprimjer u aminokiselinama. Oksidacijsko stanje 0 (nula, elementarni sumpor) javlja se u sedimentima, a potječe iz bakterijske redukcije sulfata, kao što se mogu naći u američkoj saveznoj državi Louisiana, te u naslagama sumpora vulkanskog porijekla. U oksidacijskom stanju +4 javlja se u sumpor-dioksidu u atmosferi, a u oksidacijskom stanju +6 kao sulfat u hidrosferi i litosferi.[8]

Sumpor po masenom udjelu na spisku najčešćih elemenata stoji na

  • osmom mjestu na Zemlji sa udjelom od 0,46%
  • 15. mjestu u Zemljinoj kori sa udjelom 0,048%
  • 16. mjestu u kontinentalnoj Zemljinoj kori sa 0,035%

U litosferi[uredi | uredi izvor]

Tamno žuti, piramidalni kristali sumpora sa bijelim aragonitom.
Kristali sumpora sa različitim kristalnim površinama na matičnoj stijeni

Elementarni sumpor u prirodi se javlja u ogromnim nalazištima, naprimjer na Siciliji, u Poljskoj (kod Tarnobrzega), Iraku, Iranu, američkim saveznim državama Louisiana i Texas te u Meksiku. Do 2011. godine samorodni sumpor je pronađen na približno 1.500 nalazišta. Osim pomenutih, sumpor je pronađen i u mnogim područjima od Australije, Sjeverne i Južne Amerike, Azije i Evrope. Također, pronađen je u mineralnim uzorcima sa dna mora, naročito u Meksičkom zalivu, Srednjoatlantskom i Istočnopacifičkom grebenu.[9]

Čisti sumpor je relativno rijedak, ali u većim količinama dolazi do površine Zemlje putem vulkanskih erupcija. Tamo se može naći ne samo u vulkanskim kraterima nego i u drugim vulkanskim oblicima. Sumpor se javlja u grubim oblicima, tj. u kristalima koji se ne mogu raspoznati golim okom, naročito u sedimentima i sedimentnim stijenama. Često se nalazi u evaporitima (slanim stijenama), gdje većinom nastaje redukcijom sulfata. Sumpora se nalazi i samorodan u prirodi, tj. u elementarnom obliku kao mineral sumporni cvijet (žuti sumpor). Za sumporni cvijet je karakteristično da pored vrlo male tvrdoće i izrazite žute boje, ima vrlo nisku tačku topljenja 112,8 °C (α-S), odnosno 119,2 °C (β-S). Međunarodna mineraloška organizacija (IMA) vodi sumpor prema sistematici minerala po Strunzu (9. izdanje) pod sistemskim brojem „1.CC.05“ (elementi - polumetali (metaloidi) i nemetali - grupa sumpor-selen-jod).[10] Prema sistematici po Strunzu (8. izdanje) ima oznaku I/B.03-10, dok prema sistematici po Danau vodi se kao element-mineral pod sistemskim brojem „01.03.05.01“. Polimorfske modifikacije β-sumpor i rosickýit (γ-sumpor) su također priznati kao minerali koji se javljaju u prirodi. Na temperaturi iznad 95 °C sumpor se kristalizira u monoklinski kristalni sistem (β-sumpor). Ovaj oblik na temperaturama ispod 95 °C brzo prelazi u stabilni α-sumpor.

Kristalizira se u ortorompskom kristalnom sistemu u prostornoj grupi Fddd sa parametrima rešetke a = 1044 pm; b = 1284 pm i c = 2437 pm, kao i 128 formalnih jedinica po elementarnoj ćeliji.[11] Gustoća sumpora iznosi oko 2,0 do 2,1 g/cm3 a njegova tvrdoća po Mohsu od 1,5 do 2,5. Uglavnom se javlja u svijetlo ili tamno žutim kristalnim prizmatičnim ili piramidalnim oblicima, koji nastaju na površinama stijena od gasova bogatih sumporom, putem nepotpuno oksidacije sumporovodika (H2S) ili redukcije sumpor-dioksida (SO2). Kristali sumpora ostavljaju na pločici bijeli ogreb.

Veći kristali sumpora su providni do prozirni, a na svojim površinama pokazuju određeni smolast, masniji sjaj, te imaju sljedeće optičke osobine:[12]

  • glavni indeksi prelamanja: nα = 1,9579; nβ = 2,0377 i nγ = 2,2452 (dvoosovinsko pozitivni)
  • ugao/disperzija optičkih osa: 2vz ≈ 68°58'

Praškasti ili masivni agregati ovog minerala su mat i neprozirni. U zavisnosti od nalazišta, sumpor se može javiti u paragenezi sa raznim drugim mineralima kao što su naprimjer anhidrit, aragonit, kalcit, koelestin, gips i halit.[12]

Daleko češće od samorodnog oblika, sumpor u prirodi se javlja u obliku različitih minerala, uglavnom kao sulfid i u oksidima, halogenidima i drugim spojevima. Do 2010. ukupno je poznato oko 1.000 različitih minerala koji sadrže sumpor. On je najviše raširen u sulfidnim mineralima, poput pirita i markasita (FeS2), bakarnog pijeska (halkopirita, CuFeS2), galenita (olovo-sulfida, PbS) i sfalerita (cink-sulfida, ZnS). Teški metali u prirodi se najčešće nalaze kao teško rastvorljivi sulfidi. Sumpor se također javlja i u obliku sulfata, kao što su ioni sulfata u moru (oko 0,9 g/l), u gipsu (CaSO4 · 2 H2O), barij-sulfata (BaSO4) i drugih sulfata teško rastvorljivih u vodi. Minerali sa najvećim udjelom sumpora su patronit (oko 71,6%), villamaninit (oko 55,9%), hauerit (oko 53,9%), pirit i markasit (oba oko 53,5%).[13]

U hidrosferi[uredi | uredi izvor]

U hidrosferi, sumpor se većinom nalazi u obliku sulfatnih iona. Sa koncentracijom od 7,68% od ukupne sadržine soli, on je na trećem mjestu među ionima u morskoj vodi, odmah poslije hloridnih i natrijevih iona.[14] Morski mikroorganizmi koriste sulfate da bi mogli iskorištavati metan sa dna mora. Pri tome se sulfati reduciraju do sumporovodika, kojeg dalje ponovno oksidiraju mikroorganizmi u plićim slojevima.[15]

U slatkim vodama, sulfati se javljaju u prirodnim izvorima poput naslaga gipsa, značajno pridonoseći tvrdoći vode. Prema njemačkim standardima kvalitete vode za piće, gornja granica sadržine sulfata iznosi 240 mg/l. Koncentracija sulfata preko 100 mg/l važi kao korozivna, a takva koncentracija sulfata može napadati čelične i betonske konstrukcije.[16]

U atmosferi[uredi | uredi izvor]

U gornjim slojevima atmosfere nalaze se čestice bogate sumporom u vidu aerosola, a dospijevaju putem vulkanskih erupcija. Veličina tih čestica iznosi od 0,1 do 1 mikrometra. Pošto te čestice u stratosferi reflektiraju sunčevu svjetlost, njima se pripisuje efekt hlađenja svjetske klime.[17] Procesima sagorijevanja supstanci koje sadrže sumpor, on u vidu sumpor-dioksida dospijeva u troposferu. Iz antropogenih izvora dolazi oko 35% ukupne emisije sumpor-dioksida koja iznosi oko 400 miliona tona godišnje.[18] Većina organskih sulfida potječe od morskih fitoplaktona, prvenstveno dimetilsulfid i sumporovodik, koji se smatraju drugim najvećim izvorom ukupne emisije čestica koje sadrže sumpor.[18]

U biosferi[uredi | uredi izvor]

Sumpor se u biosferi nalazi u raznovrsnim oblicima, često u reduciranoj formi. U smislu razlaganja biomase pomoću enzima i mikroorganizama, iz organskih materija se izdvaja sumporovodik. Za biljke, sumpor je raspoloživ većinom u oblicima anionskih sulfata u tlu, koji preko korjenskog sistema ulaze u biljku gdje se koncentriraju većinom u vakuolskim biljnim tekućinama u nemetaboliziranom obliku. Redukcija sulfata do sulfida zahtijeva 732 kJ mol−1. Sumpor-dioksid se, za razliku od njih, vrlo lahko upija i apsorbira kroz listove. Sulfati su makronutritijenti, čiji nedostatak može dovesti do smanjenja prinosa u poljoprivrednoj proizvodnji.[19]

Sumporovodik razlažu hemoautotrofne, aerobne bakterije koje oksidiraju sulfide, pomoću kisika do elementarnog sumpora. Anaerobne, fototrofne bakterije koriste sumporovodik kao sredstvo za redukciju u anoksidnim uslovima za anoksidnu fotosintezu čime te ga oksidiraju do elementarnog sumpora ili sulfata.

U svemiru[uredi | uredi izvor]

Vulkanski krater Tupan-Patera na satelitu Iju promjera 75 km, ispunjen tečnim sumporom

Dvoatomski sumpor je dokazan u repu komete IRAS-Araki-Alcock (C/1983 H1). Kasnije je nakon otkrića prisustva sumpora na drugim kometama, zaključeno da je on prisutan u gotovo svim repovima kometa. Međutim, porijeklo molekula S2 nije potpuno objašnjeno.[20]

Oblaci na Veneri sastoje se velikim dijelom iz sumpor-dioksida i kapljica sumporne kiseline. Sumporna kiselina tamo nastaje fotohemijski u gornjim slojevima atmosfere Venere djelovanjem ultraljubičastog zračenja Sunca iz ugljik-dioksida i sumpor-dioksida. Kratkotalasno zračenje oslobađa kisik iz ugljik-dioksida, koji dalje reagira sa sumpor-dioksidom, apsorbirajući vodu, dajući sumpornu kiselinu. Sonde iz programa Viking otkrili su sumpor na Marsu. Udio sumporovih spojeva, pretežno u vidu magnezij- i željezo-sulfata, u prašini na Marsu iznosi do 3 masena postotka. Za nastanak sulfata najvjerovatnije je bilo potrebno vodeno okruženje, što upućuje na postojanje prahistorijske hidrosfere na Marsu.

Na Jupiterovom satelitu Iju pronađena su brojna jezera istopljenog sumpora. Široki spektar boja naslaga sumpora daje ovom satelitu izuzetno zanimljiv obojen izgled. Smatra se da se rijeke lave, koje se pružaju nekoliko stotina kilometara, sastoje pretežno od sumpora i sumporovih spojeva.[21] Istraživanja naučnika iz NASA-e ukazuju da bi se soli na površini Jupiterovog satelita Evropa mogle sastojati dvije trećine od sumporne kiseline. Drugi vjeruju da bi pretpostavljeni okeani ispod ledene kore mogli biti bogati sumpornom kiselinom.[22]

Historija[uredi | uredi izvor]

Isječak Ebersovog papirusa, oko 1500. p.n.e

Čovjek koristi sumpor već dugo vremena. Kinezi i Egipćani koristili su sumpor od oko 5000 p.n.e. za izbjeljivanje tekstila, kao lijek i za dezinfekciju. Na takozvanom Ebersovom papirusu opisana je upotreba sumpora u tretiranju bakterijskih upala oka (trahoma). Jedna prirodna alotropska modifikacija sumpora zvana šiliuhang bila je poznata u Kini od 6. vijeka p.n.e. U trećem vijeku p.n.e. Kinezi su dobijali sumpor iz pirita.[23]

Pretklasična Grčka koristila je sumpor kao lijek kao i sumpor-dioksid nastao sagorijevanjem sumpora u svrhu dezinfekcije i liječenje infektivnih bolesti poput kuge te sumporisanje vina. Već oko 800. p.n.e. Homer ga je spomenuo u epu "Odiseja".[24][25] Antičke vojske koristile su sumpor u ratovima kao zapaljivo sredstvo ili sredstvo za pospješivanje vatre.[23] Plinije Stariji je 79. n.e. u svom djelu Naturalis historia spomenuo ostrvo Milos kao mjesto gdje se može pronaći dosta sumpora kao i njegovu upotrebu kao sredstvo za dezinfekciju, liječenje i izbjeljivanje.[26] Jedna rasprava iz 1044. godine u doba dinastije Song opisuje različite oblike kineskog baruta, kao mješavinu kalij-nitrata, drvenog uglja i sumpora. Roger Bacon je 1242. opisao način dobijanja slične mješavine. Barut je dugo vremena važio kao jedina eksplozivna materija.[27] Uloga njemačkog svećenika Berthold Schwarza, kojem se pripisuje ponovno "otkriće" baruta, nije potkrijepljena čvrstim historijskim dokazima.[28]

Utjecaj sumpor-dioksida, nastalog sagorijevanjem uglja, na okolinu i kvalitet zraka u Londonu opisao je 1661. John Evelyn u pismu tadašnjem engleskom kralju Karlu II, kao i u svom djelu Fumifugium (The Inconveniencie of the Aer and Smoak of London Dissipated), prvoj knjizi o zagađenju zraka u Londonu.

Kao jedan od prvih hemijsko-tehničkih procesa John Roebuck je 1746. razvio postupak olovnih komora za proizvodnju sumporne kiseline. U novembru 1777. Lavoisier je prvi koji je pretpostavio da je sumpor zapravo hemijski element. Njegovi eksperimenti i posmatranja ponašanja sumpora pri sagorijevanju doveli su konačno do obaranja teorije flogistona.[29] Osim toga, Humphry Davy je 1809. uspio eksperimentalno dobiti dokaz da sumpor ne sadrži kisik niti vodik. Konačno, elementarni karakter sumpora dali su Gay-Lussac i Thénard 1810. ispitujući rezultate Davyjevih eksperimenata.[30] Na prijedlog Berzeliusa od 1814. počeo se koristiti simbol elementa S, pošto je u tabelu atomskih težina zaveden pod nazivom sulphur.[31] Danski hemičar William Christopher Zeise otkrio je 1822. ksantogenat i 1834. godine napravio etantiol, prvi tiol (merkaptan).[32]

Razvoj i patentiranje kontaktnog postupka uslijedio je 1831. što je učinio proizvođač sirćeta Peregrine Phillips. On je u britanskom patentu br. 6096 opisao spontanu oksidaciju sumpor-dioksida u sumpor-trioksid u zraku uz prisustvo platine kao katalizatora. Nakon te reakcije on je dobio sumpornu kiselinu nakon što je trioksid apsorbirao vodu.[33] Kasnije je vanadij-pentoksid zamijenio platinu kao katalizator. Sljedeći veliki iskorak postigao je Charles Goodyear 1839. kada je razvio hemijsko-tehnički proces vulkaniziranja kaučuka elementarnim sumporom. Time je postavio temelje industrije kaučuka. Osim toga taj proces je bio početak izgradnje poslovnog carstva Franka i Charlesa Seiberlinga, zasnovanog na gumama, a svom koncernu dali su ime Goodyear u čast izumitelja.

Od 1891. do 1894. hemičar njemačkog porijekla Hermann Frasch razvio je proces koji je dobio ime po njemu, Fraschov proces, nakon što je 1865. u Louisiani otkrio podzemne naslage sumpora, koje se do tada, prije otkrića ovog procesa, nisu mogle iskoristiti.[8]

Izotopi[uredi | uredi izvor]

Poznato je 25 izotopa sumpora, od kojih su četiri stabilna: 32S (95,02 %), 33S (0,75 %), 34S (4,21 %) i 36S (0,02 %). Od radioaktivnih izotopa samo 35S ima nešto duže vrijeme poluraspada od 87,51 dana, a svi drugi izotopi imaju životni vijek u rasponu od sekunde do milisekundi. Izotop 35S nastaje iz argona 40Ar djelovanjem kosmičkog zračenja.

Pri taloženju sulfidnih minerala može doći do podjele po različitim izotopima između početnog rastvora i čvrste supstance, u zavisnosti od temperature i pH vrijednosti. Određivanje raspodjele izotopa sumpora u mineralu može dati indicije na uslove njegovog nastanka.[34] Pri razgradnji sulfata putem bakteriološke sulfatne redukcije dolazi do frakcioniranja izotopa sumpora. Ispitivanjem takve raspodjele izotopa u rastvorenom sulfatu mogu se donijeti zaključci o biološkim procesima redukcije.[35]

Dobijanje[uredi | uredi izvor]

Eksploatacija sumpora vulkanskog porijekla na indonezijskoj istočnoj Javi

Sumpor se dobija u dva oblika, prvo kao elementarni sumpor, od kojeg se preko 90% prerađuje u sumpornu kiselinu, a drugo u obliku njegovih oksida pomoću žarenja sulfidnih ruda. Elementarni sumpor dobija se i prodaje širom svijeta. Najveća nalazišta i proizvođači nalaze se u Sjedinjenim Američkim Državama, Kanadi, zemljama bivšeg Sovjetskog saveza i zapadnoj Aziji. Narodna Republika Kina je najveći svjetski uvoznik sumpora, a slijede je Maroko i SAD. Najveći svjetski izvoznik je Kanada, dok su Rusija i Saudijska Arabija na drugom i trećem mjestu.[36]

Industrijski sumpor se može dobijati iz geoloških nalazišta elementarnog sirovog sumpora ili spojeva koji ga sadrže u izvorima ugljikovodika poput nafte, zemnog gasa i uglja kao i sulfidnih ruda teških metala. On se praktično u neograničenim količinama nalazi u obliku sulfata, kao što je naprimjer gips. Danas se najekonomičniji dostupni izvori sumpora procjenjuju na ukupno 5 × 1012 t. Za dodatnih 600 × 1012 t ovog elementa se pretpostavlja da postoje u formi uglja bogatog sumporom, naftnog pijeska i slično. U SAD je 2007. godine količina dobijenog elementarnog sumpora iznosila 8,2 miliona tona.[37]

Na vulkanima i u njihovoj blizini javljaju se fumarole, u čijim se gasovima koje ispuštaju, pored sumporovodika, nalazi i gasoviti elementarni sumpor. Takav sumpor se hlađenjem kondenzira na mjestima gdje izlazi i gradi kristale. U srednjem vijeku nalazišta iz takvih fumarola na Islandu, naročito Námafjall, bila su najvažniji izvor za proizvodnju baruta u cijeloj Evropi. U Ijenu, vulkanskom kompleksu u indonezijskoj istočnoj JKavi, nalazi se jedan solfatar (vrsta fumarole) koji važi za najveće indonezijsko nalazište sumpora. Tamo radnici odlamaju sumpor sa osam metara debelih slojeva te ga u bambusovim košarama iznose iz kratera. Podzemna nalazišta sumpora se eksploatiraju uglavnom u SAD-u i Poljskoj pomoću Fraschovog procesa, kojeg je razvio Nijemac Hermann Frasch. U tom procesu, u podzemne slojeve sumpora uvode se cijevi kroz kojih se pušta vodena para. Na taj način sumpor se topi i pomoću upumpanog zraka se izvlači na površinu. Godišnja proizvodnja 1995. godine pomoću ovog procesa iznosila je 3,1 miliona tona.[38] Međutim, ekonomski isplativa nalazišta danas su vrlo rijetka. U SAD posljednje nalazište, u kojem se sumpor eksploatirao pomoću Fraschovog procesa, ugašeno je 2001. godine.

Danas se sumpor dobija u ogromnim količinama kao neželjeni proizvod izdvajanja sumporovodika iz zemnih gasova i odsumporovanja nafte pomoću Clausovog procesa. Zemni gas sadrži i do 35% sumporovodika,[39] dok sirova nafta koja je siromašna sumporom sadrži od 0,5 do 1%, a u zavisnosti od nalazišta udio sumpora u njoj može dostizati i do 5%.[40] Osnovni hemijski proces za dobijanje sumpora sastoji se iz dva koraka:[41] u prvom koraku oko trećine sumporvodika sagorijeva do sumpor-dioksida. Preostale dvije trećine sumporovodika reagiraju sa sumpor-dioksidom (SO2) u uslovima komproporcioniranja dajući sumpor.

\mathrm{2\ H_2S + 3\ O_2 \longrightarrow 2\ SO_2 + 2\ H_2O}
\mathrm{2\ H_2S + \ SO_2 \longrightarrow 3\ S + 2\ H_2O}

Osobine[uredi | uredi izvor]

Fazni dijagram sumpora

Fizičke osobine sumpora u snažnoj su zavisnosti od temperature, jer se pri datoj može javiti cijeli niz alotropskih modifikacija. Ako se sumpor zagrijava iznad 119 °C, najprije se stvara slabo viskozna tekućina svijetle boje, sastavljenu pretežno iz S8-prstena. Ako se određeno vrijeme zadrži ta temperatura, dolazi do djelimične preobrazbe S8-prstenova u manje prstenove, čime se snižava temperatura topljenja, dostižujući svoju najnižu vrijednost na 114,5 °C. Pri daljnjem zagrijavanju, viskoznost se stalno povećava i dostiže maksimum pri 187 °C. Zagrijavanjem pucaju prstenovi a nastaju dugi lanci molekula, što predstavlja primjer polimerizacije otvaranjem lanaca. Iznad ovih temperatura, lanci se ponovno raspadaju u manje komade, a viskoznost opet opada.

Sumpor je element sa najvećim brojem među- i unutarmolekularnih alotropskih modifikacija. Međumolekularni alotropi su faze čvrstog tijela nekog elementa, koji se razlikuju po kristalnoj strukturi. Do danas je poznato oko 30 različitih alotropa. Pri standardnim uslovima temperature i pritiska, sve termodinamički stabilne forme sastoje se samo iz S8-prstenova. Osim toga postoji i niz unutarmolekularnih alotropa u obliku prstenova različite veličine kao i lanaca raznih dužina.

Ciklookta-sumpor[uredi | uredi izvor]

Struktura ciklookta-sumpora

Čvrsti sumpor koji se nalazi u prirodi sastoji se iz molekula S8, u kojima su atomi sumpora spojeni u prsten i organizirani u takozvanu krunu. Ciklookta-sumpor se javlja u tri međumolekularne alotropske modifikacije.

Pri sobnoj temperaturi, termodinamički najstabilna modifikacija sumpora je ortorompski kristalizirani α-sumpor. On nema ni okusa ni mirisa i tipične je sumporno-žute boje. α-Sumpor se kristalizira ortorompski u prostornoj grupi Fddd sa parametrima rešetke a = 1044 pm, b = 1284 pm i c = 2437 pm kao i 128 formalne jedinice po elementarnoj ćeliji.

α-Schwefel se u prirodi javlja samorodno, poznat i kao sumporov cvijet (žuti sumpor). Njegova gustoća iznosi 2,0 do 2,1 g/cm3, tvrdoća od 1,5 do 2,5, ima tamno- ili svijetložutu boju, kao i bijeli ogreb. Većinom ima svijetložute prizmatične ili piramidalne kristale, koji rastu na površinama stijena iz gasova bogatih sumporom putem nepotpune oksidacije sumporovodika ili redukcijom sumpor-dioksida.

Pri temperaturi od 95,6 °C nalazi se tačka prelaska u β-sumpor. Ova modifikacija je gotovo bezbojna a kristalizira se monoklinski u prostornoj grupi P21/a sa parametrima rešetke a = 1085 pm; b = 1093 pm; c = 1095 pm i β = 96,2°, kao i 48 formalne jedinice po elementarnoj ćeliji. Ako se β-sumpor zagrije na 100 °C i brzo ohladi na sobnu temperaturu, ovakva modifikacija postaje stabilna narednih nekoliko sedmica.

Dosta rjeđi je također monoklinsko kristalizirani γ-sumpor (rosickýit) sa prostornom grupom P2/c i parametrima rešetke a = 844 pm; b = 1302 pm; c = 936 pm i β = 125,0° kao i 32 formalne jedinice po elementarnoj ćeliji.[11][42] Ovaj mineral je pronađen u Dolini smrti u SAD, gdje je nastao mikrobiološkom redukcijom sulfata i stabiliziran.

Cikloheksa-sumpor[uredi | uredi izvor]

Struktura cikloheksa-sumpora

Cikloheksa-sumpor S6, poznat i kao "Engelov sumpor", nalazi se u konformaciji stolice sa velikim naponom u prstenu. Njegovi narandžasti, romboedarski kristali mogu se dobiti raznim metodama. Engel je već 1891. napravio cikloheksa-sumpor zakiseljavanjem rastvora natrij-tiosulfata sa hlorovodičnom kiselinom.

\mathrm{6\ Na_2S_2O_3 + 12\ HCl \longrightarrow S_6 + 6\ SO_2 +12\ NaCl + 6\ H_2O}

Gustoća takvog sumpora iznosi 2,21 g/cm3, a tačka topljenja iznosi oko 100 °C. U standardnim uslovima, cikloheksa-sumpor za nekoliko dana prelazi u ciklookta-sumpor.

Ciklohepta-sumpor[uredi | uredi izvor]

Ciklohepta-sumpor se može dobiti pomoću reakcije ciklopentadienil-titanij-pentasulfida sa disumpor-dihloridom.

\mathrm{Cp_2TiS_5 + S_2Cl_2 \longrightarrow S_7 + Cp_2TiCl_2}
Cp = η5-C5H5

Ciklohepta-sumpor se može naći, u zavisnosti od uslova nastanka, u četiri različite međumolekularne alotropske modifikacije (α-, β-, γ-, δ-ciklohepta-sumpor). Sve ove modifikacije su osjetljive na promjenu temperature i iznad 20 °C vrlo brzo prelaze u termodinamički stabilnu formu. Međutim, pri temperaturi od −78 °C ove modifikacije su stabilne i mogu se održati duže vrijeme. Dužine prstenastih sumpor-sumpor veza iznose između 199,3 i 218,1 pm.

Veći prstenovi[uredi | uredi izvor]

Struktura ciklododeka-sumpora

Veći prstenovi sumpora (Sn sa n = 9 – 15, 18, 20) mogu nastati metodom ciklopentadienil-titanij-pentasulfidom ili putem reakcije dihlorsulfana SmCl2 sa polisulfanima H2Sp.

\mathrm{S}_m\mathrm{Cl_2} + \mathrm{H_2S}_p \longrightarrow \mathrm{S}_n + 2 \; \mathrm{HCl}
n = m + p

Od ciklonona-sumpora postoje četiri međumolekularna alotropa, od kojih su dva, nazvani α- i β-ciklonona-sumpor, vrlo dobro proučeni.

Sa izuzetkom ciklododeka-sumporom S12, unutarmolekularne dužine i uglovi veze u modifikacijama sumpora su različiti. Ciklododeka-sumpor je nakon ciklookta-sumpora najstabilnija modifikacija. Od ciklooktadeka-sumpora S18 postoje dvije međumolekularne modifikacije kao prstenasti konfomacijski izomeri.[43]

Hemijske osobine[uredi | uredi izvor]

Sagorijevanje sumpora

Sumpor je prilično reaktivan element, reagira pri višim temperaturama sa mnogim metalima osim platine, iridija i zlata dajući sulfide. Sa živom, sumpor reagira trenjem s njom već pri sobnoj temperaturi dajući živa-sulfid. Sumpor reagira i sa polumetalima i nemetalima pri višim temperaturama. Izuzeci su telur, molekularni dušik, jod i plemeniti gasovi.[43]

Otrovnost[uredi | uredi izvor]

[icon] Ova sekcija zahtijeva preuređivanje.

Sumpor izaziva nadražaje sluzokože nosnih kanala i očiju. On ne izaziva jaka trovanja. Većina njegovih jedinjenja je otrovna.

Upotreba[uredi | uredi izvor]

[icon] Ova sekcija zahtijeva preuređivanje.

Sumpor i njegovi spojevi su bitne sirovine za dobijanje sumporne kiseline, osnovnog proizvoda hemijske industrije. Veći dio sumpora koji se dobije koristi se za proizvodnji sumporne kiseline. Velike količine sumpora se koriste i u vulkanizaciji u procesima u kojima se kaučuk pretvara u gumu. Prirodni kaučuk kroz tretiranje sumporom gubi svoju ljepljivost i postaje elastičniji. Ovaj proces se odigrava pri temperaturi između 100 – 150 °C. Zavisno od procenta sumpora dobija se mehka ili potpuno tvrda guma.

Zbog relativno male zapaljivosti sumpor se koristi za izradu vještačkih plamenova. U medicini se sumpor koristi za liječenje kožnih bolesti. Koristi se i kao sredstvo za uništavanje korova. Koristi se i za proizvodnju lijekova, šibica, pesticida i papira. Male količine sumpora se koriste i za proizvodnju specijalne vrste betona. Taj beton za razliku od običnih ne podliježe dejstvu kiselina, tako da se koristi u nekim fabrikama u kojima postoji opasnost od izlivanja kiselina.

Spojevi[uredi | uredi izvor]

[icon] Ova sekcija zahtijeva preuređivanje.

Sumpor je sastojak brojnih spojeva od kojih su najpoznatiji:

  • FeS
  • FeS2 - pirit
  • ZnS
  • CuFeS2
  • CaSO4 * 2H2O - gips
  • SrSO4
  • BaSO4
  • Na2SO4 * MgSO4 * 4H2O
  • K2SO4 * 2MgSO4
  • K2SO4 * MgSO4 * 2CaSO4

Sumpor-dioksid[uredi | uredi izvor]

Glavna stranica: Sumpor-dioksid
[icon] Ova sekcija zahtijeva preuređivanje.

Sumpor-dioksid nastaje spaljivanjem sumpora na vazduhu. On je bezbojan gas, zagušljivog mirisa. Teži je od vazduha. Rastvara se u vodi. Rastvor koji nastaje je kiseo jer gas reaguje sa vodom gradeći sulfitnu kiselinu (H2SO3 ). To dokazuje da je sumpor-dioksid kiseli oksid. Sulfitna kiselina je nestabilna i lahko se ponovo razlaže na sumpor-dioksid i na vodu. Sumpor-dioksid u obliku rastvora ili u vlažnom okruženju djeluje kao izbjeljivač. Sumpor-dioksid izbjeljuje razne stvari redukujući sastojke koji se u njima nalaze. Sumpor-dioksid se ispušta kao sporedni produkt iz automobila i iz dimnjaka fabrika zagađujući životnu sredinu. Napada sistem za disanje ljudi i životinja. Rastvarajući se u vazduhu uzrokuje kisele kiše koje uništavaju biljke, metalne konstrukcije i građevine.

Primjena sumpor-dioksida[uredi | uredi izvor]

[icon] Ova sekcija zahtijeva preuređivanje.

Određene količine se koriste za izbeljivanje vune i drvene mase pri produkciji papira. Određene količine se koriste i za produkciju bezalkoholnih pića, džemova i za sušenje voća, jer zaustavlja razvoj bakterija i gljivica. Većina sumpor dioksida se koristi za proizvodnju sulfitne kiseline.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ a b Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3
  2. ^ Michael E. Wieser, Tyler B. Coplen: Atomic weights of the elements 2009 (IUPAC Technical Report). u: Pure and Applied Chemistry. 2011, str. 1, doi:10.1351/PAC-REP-10-09-14
  3. ^ Ionisation Energies and electron affinity of sulfur
  4. ^ S. J. Rettig, J. Trotter: Refinement of the Structure of Orthorhombic Sulfur, α-S8. u: Acta Crystallographica Section C, Bd. 43, 1987, str. 2260–2262, doi:10.1107/S0108270187088152
  5. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics. CRC press. 2000.  ISBN 0849304814
  6. ^ a b Gary L. Miessler; Donald A. Tarr: Inorganic Chemistry, 3. izdanje, Prentice Hall, 2003, ISBN 9780130354716, str. 280
  7. ^ a b Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. u: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, str. 328–337, doi:10.1021/je1011086
  8. ^ a b Max Schmidt: Schwefel – was ist das eigentlich?, u: Chemie in unserer Zeit, vol. 7, 1. izd., februar 1973, str. 11–18, doi:10.1002/ciuz.19730070103.
  9. ^ "Sulphur". Pristupljeno 3.7.2012. 
  10. ^ "IMA/CNMNC List of Mineral Names" (PDF). Pristupljeno 3.7.2012.  (engl., PDF 1,8 MB; str. 272)
  11. ^ a b Karl Hugo Strunz, Ernest H. Nickel (2001). Strunz Mineralogical Tables (9. iz.). Stuttgart: E. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller). str. 53. ISBN 3-510-65188-X. 
  12. ^ a b "Sulfur" (PDF). Pristupljeno 3.7.2012.  (engl., PDF, 436,8 kB)
  13. ^ "Mineral Species containing Sulfur (S)". Pristupljeno 3.7.2012. 
  14. ^ "The chemical composition of seawater". Pristupljeno 3.7.2012. 
  15. ^ "Ein ungewöhnliches Enzym ermöglicht die Inaktivierung von Methan" (PDF). Pristupljeno 3.7.2012. 
  16. ^ "Wasserlexikon: Sulfat". Pristupljeno 5.7.2012. 
  17. ^ "Atmospheric Aerosols: What Are They, and Why Are They So Important?". Pristupljeno 2.7.2012. 
  18. ^ a b Alan R. Wellburn, U. Gramm (prev.), D. Mennecke-Bühler (prev.): Luftverschmutzung und Klimaänderung: Auswirkungen auf Flora, Fauna und Mensch. Springer 1997, ISBN 978-3-540-61831-7, str. 31 i 104.
  19. ^ Thomas Leustek, Kazuki Saito: Sulfate Transport and Assimilation in Plants, u: Plant Physiology, juli 1999, vol. 120, br. 3, str. 637–644, doi:10.1104/pp.120.3.637
  20. ^ Daniel C. Boice, Celine Reyle: The Nature of Diatomic Sulfur in Comets. u: Formation of Cometary Material, 25th meeting of the IAU, Joint Discussion 14, 22. juli 2003, Sydney, Australija.
  21. ^ "Volcanism on Io". Pristupljeno 3. 7. 2012. 
  22. ^ "Swimming a Salty Sea". Pristupljeno 3. 7. 2012. 
  23. ^ a b N. Figurowski: Die Entdeckung der chemischen Elemente und der Ursprung ihrer Namen. Aulis-Verlag Deubner, Köln 1981, ISBN 3-761-40561-8, str. 179–180.
  24. ^ George Rapp: Archaeomineralogy. 2. izd., Springer, 2009, ISBN 978-3-540-78593-4, str. 242.
  25. ^ Odiseja, knjiga 22, red 480–495.
  26. ^ Pliny the Elder on science and technology, John F. Healy, Oxford University Press, 1999, ISBN 0-19814687-6, str. 247–249.
  27. ^ Fritz Seel: Geschichte und Chemie des Schwarzpulvers. Le charbon fait la poudre. u: Chemie in unserer Zeit. 22, 1988, str. 9–16, doi:10.1002/ciuz.19880220103.
  28. ^ Franz Maria Feldhaus: Berthold (Erfinder des Schießpulvers) u: Allgemeine Deutsche Biographie (ADB). vol. 55, Duncker & Humblot, Leipzig 1910, str. 617–619. (de)
  29. ^ William H. Brock (1997). Viewegs Geschichte der Chemie. Springer. str. 67. ISBN 3-540-67033-5. 
  30. ^ J. Gay-Lussac, L. J. Thenard: Prüfung der zerlegenden Untersuchungen des Hrn. Davy über die Natur des Schwefels und des Phosphors, u: Annalen der Physik, vol. 35, 7. izd, 1810, str. 292–310, doi:10.1002/andp.18100350704.
  31. ^ Peter Kurzweil, Paul Scheipers: Chemie: Grundlagen, Aufbauwissen, Anwendungen und Experimente, 328 str., Vieweg+Teubner; (2011), ISBN 3-83481555-1.
  32. ^ W. C. Zeise: Jahresber. Fortschr. Chem. 3 (1824) 80; 16 (1837) 302.
  33. ^ Lawrie Lloyd: Handbook of Industrial Catalysts (Fundamental and Applied Catalysis), Verlag Springer US (2011), str 29, ISBN 0-387-24682-7
  34. ^ H. Sperling, H. Nielsen: Schwefel-Isotopenuntersuchungen an der Blei-Zink-Erzlagerstätte Grund (Westharz, Bundesrepublik Deutschland), Mineralium Deposita. vol. 8, 1. izd., str. 64-72, doi:10.1007/BF00203350
  35. ^ "Nachweis reduktiver Prozesse in versauerten Altkippen des Braunkohlebergbaus" (PDF) (jezik: njemački). Pristupljeno 4.7.2012. 
  36. ^ "An Introduction to Sulphur". Pristupljeno 3. 7. 2012. 
  37. ^ "Sulfur" (PDF). Pristupljeno 3. 7. 2012. 
  38. ^ Kent and Riegel's handbook of industrial chemistry and biotechnology, vol. 1, autora Emil Raymond Riegel, James Albert Kent, str. 1162.
  39. ^ "Die Aufbereitung von Erdgas" (PDF). Pristupljeno 5.7.2012. 
  40. ^ "Schwefel - Eine natürliche aber unerwünschte Begleitsubstanz". Pristupljeno 3.7.2012. 
  41. ^ Roland Dittmeyer, Wilhelm Keim, Gerhard Kreysa, Alfred Oberholz: Winnacker/Küchler: Chemische Technik: Prozesse und Produkte. vol. 3: Anorganische Grundstoffe, Zwischenprodukte. Verlag Wiley-VCH GmbH & Co. KGaA, Weinheim, ISBN 3-527-30768-0.
  42. ^ "Rosickýite" (PDF). Pristupljeno 4. 7. 2012. 
  43. ^ a b A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. izd. de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, str. 552.

Literatura[uredi | uredi izvor]

  • Ralf Steudel, Hans-Joachim Mäusle: Flüssiger Schwefel - ein Rohstoff komplizierter Zusammensetzung, Chemie in unserer Zeit, 14. god. 1980, br. 3, str. 73–81, doi:10.1002/ciuz.19800140302.
  • Ralf Steudel (ur.): Elemental Sulfur and Sulfur-Rich Compounds (part I & II). u: Topics in Current Chemistry. tom. 230 & 231, Springer, Berlin 2003.
  • Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente – das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  • Winnacker-Küchler: Chemische Technik: Prozesse und Produkte. Band 3: Anorganische Grundstoffe, Zwischenprodukte. izdavač Roland Dittmeyer, Wilhelm Keim, Gerhard Kreysa, Alfred Oberholz, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005, ISBN 978-3-527-30768-5.
  • Max Schmidt: Schwefel - was ist das eigentlich?. u: Chemie in unserer Zeit. 7, 1973, str. 11–18, doi:10.1002/ciuz.19730070103.
  • Max Schmidt: Elementarer Schwefel - ein aktuelles Problem in Theorie und Praxis. u: Angewandte Chemie. 85, 1973, str. 474–484, doi:10.1002/ange.19730851103.

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]

Commons logo
Hemija portal
Odjeljak isključivo posvećen hemiji
Commons
Commons: Sumpor