סולפור (lat. גופרית) הוא יסוד שאינו מתכתי. הסמל הכימי הוא S, המספר הסידורי בטבלה המחזורית הוא 16. ערכיות הגופרית נקבעה עוד לפני חקר מבנה האטום. ערכו נקבע על בסיס התכונה להחליף, למשוך או לצרף מספר מסוים של אטומים או קבוצות אחרות. מאוחר יותר, חוקרים הבינו את תפקידם של חלקיקים בעלי מטען שלילי (אלקטרונים) ביצירת קשר כימי.
ערכיות של גופרית: אילו תכונות של אטומים משפיעות על ערכו?
במונחים של שכיחות על פני כדור הארץ, יסוד כימי נמצא במקום ה-16. הוא מופיע כגבישים צהובים בהירים או אבקה בסלעים, ליד הרי געש פעילים וכבויים. התרכובות הטבעיות המפורסמות ביותר הן סולפידים וסולפטים.
תכונות של היסוד והחומר:
- חזק שאינו מתכת.
- במונחים של אלקטרושליליות (EO), או היכולת למשוך אלקטרונים, גופרית שנייה רק לפלואור, חמצן, חנקן, כלור וברום.
- מקיים אינטראקציה עם מתכות ולא-מתכות, חומרים פשוטים ומורכבים.
הבדלים בתכונות תלויים במבנה ובמצב האטום, ההבדל בערכי EO. בואו לגלות מה יכולה להיות גופרית ערכית בתרכובות. ההתנהגות הכימית שלהם תלויה במבנה של קליפות האנרגיה, במספר ובסידור האלקטרונים החיצוניים באטום.
מדוע הערכיות משתנה?
יציבים הם האיזוטופים הטבעיים של גופרית עם מספרי המסה 32 (הנפוץ ביותר), 33, 34 ו-36. אטום של כל אחד מהנוקלידים הללו מכיל 16 פרוטונים בעלי מטען חיובי. בחלל ליד הגרעין נעים 16 אלקטרונים במהירות רבה. הם אינסופיים, טעונים שלילי. פחות נמשך לגרעין (יותר חופשי) 6 חלקיקים חיצוניים. כמה או כולם לוקחים חלק ביצירת סוגים שונים של קשרים כימיים. על פי תפיסות מודרניות, הערכיות של גופרית נקבעת על פי מספר זוגות האלקטרונים הנפוצים שנוצרו (קושרים). בדרך כלל, בציורים ובדיאגרמות, החלקיקים החיצוניים שלוקחים חלק בתהליך זה מתוארים כנקודות מסביב לסימן הכימי.
איך הערכיות תלויה במבנה של אטום?
באמצעות דיאגרמת אנרגיה, ניתן להראות את המבנה של רמות ותת-רמות (s, p, d), שבהם תלויה נוסחת ערכיות הגופרית. שני חצים מכוונים שונים מסמלים אלקטרונים מזווגים, אחד - לא מזווגים. החלל החיצוני של אטום הגופרית נוצר על ידי אורביטלים של 6 חלקיקים, ו-8 נחוצים ליציבות על פי כלל האוקטטים. התצורה של מעטפת הערכיות באה לידי ביטוי בנוסחה 3s23p4. אלקטרונים של השכבה הבלתי גמורהיש אספקה גדולה של אנרגיה, מה שגורם למצב לא יציב של האטום כולו. כדי להשיג יציבות, אטום הגופרית דורש שני מינים שליליים נוספים. ניתן להשיג אותם על ידי יצירת קשרים קוולנטיים עם יסודות אחרים או על ידי קליטת שני אלקטרונים חופשיים. במקרה זה, גופרית מציגה ערכיות II (-). ניתן לקבל את אותו ערך באמצעות הנוסחה: 8 - 6=2, כאשר 6 הוא מספר הקבוצה שבה נמצא האלמנט.
היכן נמצאות תרכובות שבהן ערכיות הגופרית היא II (–)?
יסוד מושך או מסיר לחלוטין אלקטרונים מאטומים בעלי ערך אלקטרוני שליליות נמוך יותר בסולם Polling. Valency II (-) מתבטא בסולפידים של מתכות ולא מתכות. קבוצה נרחבת של תרכובות כאלה מצויה בהרכב של סלעים ומינרלים בעלי חשיבות מעשית רבה. אלה כוללים פיריט (FeS), ספאלריט (ZnS), גלנה (PbS) וחומרים אחרים. גבישי ברזל גופרתי בעלי צבע חום צהבהב יפהפה וברק. המינרל פיריט מכונה לעתים קרובות "זהב שוטים". כדי להשיג מתכות מעפרות, הם נצלים או מצמצמים. למימן גופרתי H2S מבנה אלקטרוני זהה למים. מקור H2S:
- משתחרר כאשר חלבונים נרקבים (לדוגמה, ביצת תרנגולת);
- מתפרץ עם גזים געשיים;
- מצטבר במים טבעיים, שמן;
- בולט בחללים בקרום כדור הארץ.
למה הנוסחה עבור תחמוצת גופרית ארבע ערכית SO2?
הנוסחה לדו-חמצנית מראה שאטום גופרית אחד במולקולה קשור לשני אטומי חמצן, שכל אחד מהם זקוק ל-2 אלקטרונים לאוקטטה. הקשר המתקבל הוא קוטבי קוולנטי באופיו (ה-EO של חמצן גדול יותר). הערכיות של גופרית בתרכובת זו היא IV (+), מכיוון שארבעת האלקטרונים של אטום הגופרית מוזזים לכיוון שני אטומי חמצן. ניתן לכתוב את הנוסחה כך: S2O4, אך לפי הכללים יש להפחית אותה ב-2. דו חמצני, כאשר הוא מומס במים, יוצר יונים של חומצה גופרתית חלשה. המלחים שלו - סולפיטים - הם חומרים מצמצמים חזקים. גז SO2 משמש כתוצר ביניים בייצור חומצה גופרתית.
באילו חומרים הגופרית מציגה את הערכיות הגבוהה ביותר שלה?
Oxide SO3 או S2O6 הוא נוזל חסר צבע שמתקשה בטמפרטורות מתחת ל-17°C. בתרכובת SO3, ערכיות החמצן היא II (–), והגופרית היא VI (+). התחמוצת הגבוהה יותר מתמוססת במים ויוצרת חומצה גופרתית די-בסיסית חזקה. עבור תפקיד גדול בתהליכי הייצור, החומר כונה "לחם התעשייה הכימית". תפקיד חשוב בכלכלה וברפואה שייך למלחי חומצה - סולפטים. נעשה שימוש בסידן הידרט (גבס), נתרן (מלח גלאובר), מגנזיום (מלח אפסום או מלח מר).
1, 2, 3, 4, 6 אלקטרונים חיצוניים יכולים להשתתף ביצירת סוגים שונים של קשרים כימיים. בואו נציין את הערכיות האפשריות של גופרית, בהתחשב בכך שישנן תרכובות נדירות ולא יציבות: I (-), II (-), II (+), III (+), IV (+), VI (+). האלמנט מקבל ערכיות חיובית שנייה בSO חד חמצני. הערכים הנפוצים ביותר II (–), IV (+), VI (+) מוצגים על ידי גופרית כחלק מקבוצת חומרים בעלי חשיבות תעשייתית, חקלאית ורפואית. התרכובות שלו משמשות לייצור זיקוקים.
לכידת גזי פליטה נותרה בעיה גדולה, כולל תחמוצות גופרית IV (+), VI (+) ומימן גופרתי, המזיקים לבני אדם ולסביבה. נוצרו טכנולוגיות לעיבוד פסולת גזית אלו ולהשגת חומצה גופרתית וסולפטים מהם. לצורך כך נבנים מפעלים כימיים לצד מפעלי מתכות או באותו אזור. כתוצאה מכך, נפח הזיהום פוחת, יש פחות "גשם חומצה גופרתית".
