גופרית היא יסוד כימי שנמצא בקבוצה השישית ובתקופה השלישית של הטבלה המחזורית. במאמר זה נסקור בפירוט את תכונותיו הכימיות והפיזיקליות, הייצור, השימוש וכדומה. המאפיין הפיזיקלי כולל תכונות כגון צבע, רמת מוליכות חשמלית, נקודת רתיחה של גופרית וכו'. המאפיין הכימי מתאר את האינטראקציה שלו עם חומרים אחרים.
גופרית במונחים של פיזיקה
זהו חומר שביר. בתנאים רגילים, הוא נמצא במצב צבירה מוצק. לגופרית יש צבע צהוב לימון.
ולרוב, לכל התרכובות שלו יש גוונים צהובים. אינו מתמוסס במים. יש לו מוליכות תרמית וחשמלית נמוכה. תכונות אלו מאפיינות אותו כאל מתכת טיפוסית. למרות העובדה שההרכב הכימי של גופרית אינו מסובך כלל, לחומר זה יכולות להיות מספר וריאציות. הכל תלוי במבנה של סריג הגביש שבעזרתו מחוברים אטומים, אבל הם לא יוצרים מולקולות.
אז, האפשרות הראשונה היא גופרית מעוין. היא במקרההיציב ביותר. נקודת הרתיחה של גופרית מסוג זה היא ארבע מאות ארבעים וחמש מעלות צלזיוס. אבל כדי שחומר נתון יעבור למצב צבירה גזי, עליו לעבור קודם דרך מצב נוזלי. אז, התכה של גופרית מתרחשת בטמפרטורה שהיא מאה ושלוש עשרה מעלות צלזיוס.
האפשרות השנייה היא גופרית מונוקלינית. זהו גבישים בצורת מחט עם צבע צהוב כהה. התכה של גופרית מהסוג הראשון, ולאחר מכן התקררותה האיטית מביאה להיווצרות סוג זה. לזן זה יש כמעט אותם מאפיינים פיזיים. לדוגמה, נקודת הרתיחה של גופרית מסוג זה היא עדיין אותה ארבע מאות ארבעים וחמש מעלות. בנוסף, יש מגוון כזה של חומר זה כמו פלסטיק. זה מתקבל על ידי שפיכה למים קרים מחוממים כמעט עד לרתיחה מעוין. נקודת הרתיחה של גופרית מסוג זה זהה. אבל לחומר יש את היכולת להימתח כמו גומי.
מרכיב נוסף של המאפיין הפיזי שהייתי רוצה לדבר עליו הוא טמפרטורת ההצתה של גופרית.
נתון זה עשוי להשתנות בהתאם לסוג החומר ומקורו. לדוגמה, טמפרטורת ההצתה של גופרית טכנית היא מאה ותשעים מעלות. זהו נתון נמוך למדי. במקרים אחרים, נקודת הבזק של גופרית יכולה להיות מאתיים ארבעים ושמונה מעלות ואפילו מאתיים חמישים ושש. הכל תלוי מאיזה חומר הוא נכרה, באיזו צפיפות יש לו. אבל אפשר להסיקשטמפרטורת הבעירה של גופרית נמוכה למדי, בהשוואה ליסודות כימיים אחרים, זהו חומר דליק. בנוסף, לפעמים גופרית יכולה להתאחד למולקולות המורכבות משמונה, שישה, ארבעה או שניים אטומים. כעת, לאחר ששקלנו את הגופרית מנקודת המבט של הפיזיקה, נעבור לסעיף הבא.
אפיון כימי של גופרית
ליסוד הזה יש מסה אטומית נמוכה יחסית, היא שלושים ושניים גרם לכל שומה. המאפיין של יסוד הגופרית כולל תכונה כזו של חומר זה כמו היכולת לקבל דרגות שונות של חמצון. בכך הוא שונה, למשל, מימן או חמצן. בהתחשב בשאלה מהו המאפיין הכימי של יסוד הגופרית, אי אפשר שלא להזכיר כי בהתאם לתנאים, הוא מפגין תכונות מפחיתות וחמצון כאחד. לכן, על מנת לשקול את האינטראקציה של חומר נתון עם תרכובות כימיות שונות.
גופרית וחומרים פשוטים
פשוט הם חומרים שיש להם רק יסוד כימי אחד בהרכבם. האטומים שלו עשויים להתאחד למולקולות, כמו, למשל, במקרה של חמצן, או שהם לא מתחברים, כפי שקורה עם מתכות. לכן, גופרית יכולה להגיב עם מתכות, לא-מתכות אחרות והלוגנים.
אינטראקציה עם מתכות
תהליך מסוג זה דורש טמפרטורה גבוהה. בתנאים אלה, מתרחשת תגובת הוספה. כלומר, אטומי מתכת מתחברים עם אטומי גופרית, ובכך יוצרים חומרים סולפידים מורכבים. לדוגמה, אם אתה מחמםשתי שומות של אשלגן, מעורבבות עם שומה אחת של גופרית, נקבל שומה אחת של גופרית של מתכת זו. ניתן לכתוב את המשוואה באופן הבא: 2K + S=K2S.
תגובה עם חמצן
זו שריפת גופרית. כתוצאה מתהליך זה, התחמוצת שלו נוצרת. האחרון יכול להיות משני סוגים. לכן, בעירה של גופרית יכולה להתרחש בשני שלבים. הראשון הוא כאשר מול אחד של גופרית ושומה אחת של חמצן יוצרים מול אחד של גופרית דו חמצנית. אתה יכול לכתוב את המשוואה של תגובה כימית זו באופן הבא: S + O2=SO2. השלב השני הוא הוספת אטום חמצן אחד נוסף לדו-חמצני. זה קורה כאשר מוסיפים שומה אחת של חמצן לשתי מולות של דו תחמוצת הגופרית בטמפרטורות גבוהות. התוצאה היא שתי שומות של גופרית טריאוקסיד. המשוואה עבור האינטראקציה הכימית הזו נראית כך: 2SO2 + O2=2SO3. כתוצאה מתגובה זו נוצרת חומצה גופרתית. אז, על ידי ביצוע שני התהליכים המתוארים, אפשר להעביר את הטריאוקסיד שנוצר דרך סילון אדי מים. ואנחנו מקבלים חומצה סולפטית. המשוואה לתגובה כזו כתובה כך: SO3 + H2O=H2 SO 4.
אינטראקציה עם הלוגנים
התכונות הכימיות של גופרית, בדומה למתכות אחרות, מאפשרות לה להגיב עם קבוצת חומרים זו. הוא כולל תרכובות כגון פלואור, ברום, כלור, יוד. גופרית מגיבה עם כל אחד מהם, למעט האחרון. דוגמה לכך היא תהליך ההפלרה של הנחשבלנו אלמנט של הטבלה המחזורית. על ידי חימום הלא-מתכת המוזכרת עם הלוגן, ניתן להשיג שתי וריאציות של פלואוריד. המקרה הראשון: אם ניקח שומה אחת של גופרית ושלוש מולות פלואור, נקבל שומה אחת של פלואור, שהנוסחה שלה היא SF6. המשוואה נראית כך: S + 3F2=SF6. בנוסף, ישנה אפשרות שנייה: אם ניקח שומה אחת של גופרית ושתי מולות פלואור, נקבל שומה אחת של פלואור עם הנוסחה הכימית SF4. המשוואה כתובה באופן הבא: S + 2F2=SF4. כפי שאתה יכול לראות, הכל תלוי בפרופורציות שבהן הרכיבים מעורבבים. בדיוק באותו האופן ניתן לבצע תהליך של הכלרה של גופרית (ניתן להיווצר גם שני חומרים שונים) או ברום.
אינטראקציה עם חומרים פשוטים אחרים
אפיון יסוד הגופרית לא מסתיים בזה. החומר יכול גם להיכנס לתגובה כימית עם מימן, זרחן ופחמן. עקב האינטראקציה עם מימן, נוצרת חומצה גופרתית. כתוצאה מהתגובה שלו עם מתכות, ניתן להשיג את הסולפידים שלהם, אשר, בתורם, מתקבלים גם בתגובה ישירה של גופרית עם אותה מתכת. הוספת אטומי מימן לאטומי גופרית מתרחשת רק בתנאים של טמפרטורה גבוהה מאוד. כאשר גופרית מגיבה עם זרחן, נוצר הפוספיד שלה. יש לו את הנוסחה הבאה: P2S3. כדי לקבל שומה אחת של חומר זה, אתה צריך לקחת שתי שומות של זרחן ו שלוש שומות של גופרית. כאשר גופרית מקיימת אינטראקציה עם פחמן, נוצר הקרביד של הלא-מתכת הנחשבת.הנוסחה הכימית שלו נראית כך: CS2. כדי לקבל שומה אחת של חומר זה, אתה צריך לקחת שומה אחת של פחמן ושתי שומות של גופרית. כל תגובות ההוספה שתוארו לעיל מתרחשות רק כאשר המגיבים מחוממים לטמפרטורות גבוהות. שקלנו את האינטראקציה של גופרית עם חומרים פשוטים, עכשיו בואו נעבור לפסקה הבאה.
גופרית ותרכובות מורכבות
מורכבים הם אותם חומרים שהמולקולות שלהם מורכבות משני (או יותר) יסודות שונים. התכונות הכימיות של הגופרית מאפשרות לה להגיב עם תרכובות כמו אלקליות, כמו גם חומצה גופרתית מרוכזת. התגובות שלו עם חומרים אלה מוזרות למדי. ראשית, שקול מה קורה כאשר מערבבים את הלא-מתכת המדוברת עם אלקלי. לדוגמה, אם אתה לוקח שש מולים של אשלגן הידרוקסיד ומוסיף להם שלוש מולים של גופרית, אתה מקבל שתי מולות של אשלגן גופרתי, מול אחת של מתכת סולפיט זו ושלוש מולים של מים. ניתן לבטא תגובה מסוג זה באמצעות המשוואה הבאה: 6KOH + 3S=2K2S + K2SO3 + 3H2 O. לפי אותו עיקרון, אינטראקציה מתרחשת אם מוסיפים נתרן הידרוקסיד. לאחר מכן, שקול את ההתנהגות של גופרית כאשר מוסיפים לו תמיסה מרוכזת של חומצה גופרתית. אם ניקח שומה אחת מהחומר הראשון ושתי שומות מהחומר השני, נקבל את התוצרים הבאים: טריאוקסיד גופרית בכמות של שלוש שומות, וגם מים - שתי שומות. תגובה כימית זו יכולה להתרחש רק כאשר המגיבים מחוממים לטמפרטורה גבוהה.
משיג את הפריט המדוברלא מתכת
ישנן מספר דרכים בסיסיות שבהן ניתן להפיק גופרית ממגוון חומרים. השיטה הראשונה היא לבודד אותו מפיריט. הנוסחה הכימית של האחרון היא FeS2. כאשר חומר זה מחומם לטמפרטורה גבוהה ללא גישה לחמצן, ניתן להשיג עוד ברזל גופרתי - FeS - וגופרית. משוואת התגובה כתובה כך: FeS2=FeS + S. השיטה השנייה להשגת גופרית, המשמשת לעתים קרובות בתעשייה, היא שריפה של גופרית גופרית בתנאי א. כמות קטנה של חמצן. במקרה זה, אתה יכול לקבל את הנחשב לא מתכת ומים. כדי לבצע את התגובה, אתה צריך לקחת את הרכיבים ביחס מולרי של שניים לאחד. כתוצאה מכך, אנו מקבלים את התוצרים הסופיים בפרופורציות של שניים עד שניים. את המשוואה לתגובה כימית זו ניתן לכתוב באופן הבא: O. בנוסף, ניתן להשיג גופרית במהלך תהליכים מתכתיים שונים, למשל, בייצור מתכות כמו ניקל, נחושת ואחרות.
שימוש תעשייתי
הלא-מתכת שאנו שוקלים מצאה את היישום הרחב ביותר שלה בתעשייה הכימית. כפי שהוזכר לעיל, כאן הוא משמש כדי להשיג חומצה סולפט ממנו. בנוסף, גופרית משמשת כרכיב לייצור גפרורים, בשל היותו חומר דליק. זה גם הכרחי בייצור חומרי נפץ, אבק שריפה, נוצצים וכו'. בנוסף, גופרית משמשת כאחד המרכיבים במוצרי הדברה. בְּרפואה, הוא משמש כמרכיב בייצור תרופות למחלות עור. כמו כן, החומר המדובר משמש בייצור של צבעים שונים. בנוסף, הוא משמש לייצור זרחנים.
מבנה אלקטרוני של גופרית
כפי שאתם יודעים, כל האטומים מורכבים מגרעין, המכיל פרוטונים - חלקיקים בעלי מטען חיובי - וניוטרונים, כלומר חלקיקים בעלי מטען אפס. אלקטרונים מסתובבים סביב הגרעין עם מטען שלילי. כדי שאטום יהיה ניטרלי, עליו להיות בעל אותו מספר של פרוטונים ואלקטרונים במבנה שלו. אם יש יותר מהאחרונים, זה כבר יון שלילי - אניון. אם, להיפך, מספר הפרוטונים גדול ממספר האלקטרונים, זהו יון חיובי, או קטיון. אניון הגופרית יכול לשמש כשארית חומצה. זה חלק מהמולקולות של חומרים כמו חומצה גופרתית (מימן גופרתי) וסולפידים מתכתיים. אניון נוצר במהלך ניתוק אלקטרוליטי, המתרחש כאשר חומר מומס במים. במקרה זה, המולקולה מתפרקת לקטיון, שניתן לייצג אותו כיון מתכת או מימן, וכן לקטיון - יון של שייר חומצה או קבוצת הידרוקסיל (OH-).
מכיוון שהמספר הסידורי של הגופרית בטבלה המחזורית הוא שש עשרה, אנו יכולים להסיק שזהו מספר הפרוטונים בגרעין שלה. בהתבסס על זה, אנו יכולים לומר שיש גם שישה עשר אלקטרונים מסתובבים מסביב. ניתן למצוא את מספר הנייטרונים על ידי הפחתת המספר הסידורי של היסוד הכימי מהמסה המולרית: 32- 16=16. כל אלקטרון אינו מסתובב באופן אקראי, אלא במסלול מסוים. מכיוון שגופרית היא יסוד כימי השייך לתקופה השלישית של הטבלה המחזורית, ישנם שלושה מסלולים סביב הגרעין. לראשון יש שני אלקטרונים, לשני יש שמונה ובשלישי יש שישה. הנוסחה האלקטרונית של אטום הגופרית כתובה כך: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
שכיחות בטבע
בעצם, היסוד הכימי הנחשב נמצא בהרכב של מינרלים, שהם סולפידים של מתכות שונות. קודם כל, זה פיריט - מלח ברזל; זה גם עופרת, כסף, ברק נחושת, תערובת אבץ, צינבר - כספית גופרית. בנוסף, גופרית יכולה להיות גם חלק ממינרלים, שמבנהם מיוצג על ידי שלושה יסודות כימיים או יותר.
לדוגמה, כלקופיריט, מירבילה, קיזריט, גבס. אתה יכול לשקול כל אחד מהם בפירוט רב יותר. פיריט הוא סולפיד פרום, או FeS2. יש לו צבע צהוב בהיר עם ברק זהוב. לעתים קרובות ניתן למצוא מינרל זה כטומאה בלפיס לזולי, אשר נמצא בשימוש נרחב לייצור תכשיטים. זה נובע מהעובדה שלשני המינרלים הללו יש לרוב משקע משותף. ברק נחושת - כלקוציט, או כלקוזין - הוא חומר אפור-כחלחל, הדומה למתכת. לברק עופרת (גלנה) ולברק כסף (ארגנטיט) יש תכונות דומות: שניהם נראים כמו מתכות וצבעם אפור. סינבר הוא מינרל עמום בצבע חום-אדום עם כתמים אפורים. כלקופיריט, כימישהנוסחה שלו היא CuFeS2, - צהוב זהוב, זה נקרא גם בלנד הזהב. תערובת אבץ (sphalerite) יכולה להיות בעלת צבע מענבר ועד כתום לוהט. Mirabilite - Na2SO4x10H2O - קריסטלים שקופים או לבנים. הוא נקרא גם מלח גלאובר, המשמש ברפואה. הנוסחה הכימית של קיזריט היא MgSO4xH2O. זה מופיע כאבקה לבנה או חסרת צבע. הנוסחה הכימית של גבס היא CaSO4x2H2O. בנוסף, יסוד כימי זה הוא חלק מתאי יצורים חיים ומהווה יסוד קורט חשוב.
