Siera yra vienas iš labiausiai paplitusių žemės plutos elementų. Dažniausiai jis randamas mineralų, kurių sudėtyje yra metalų, sudėtyje. Procesai, vykstantys pasiekus sieros virimo ir lydymosi temperatūrą, yra labai įdomūs. Šiame straipsnyje išanalizuosime šiuos procesus ir su jais susijusius sunkumus. Tačiau pirmiausia pasinerkime į šio elemento atradimo istoriją.
Istorija
Gimtoji siera, taip pat mineralų sudėtis, buvo žinoma nuo senovės. Senovės graikų tekstuose aprašomas nuodingas jo junginių poveikis žmogaus organizmui. Sieros dioksidas, išsiskiriantis degant šio elemento junginiams, išties gali būti mirtinas žmonėms. Maždaug VIII amžiuje Kinijoje siera pradėta naudoti pirotechnikos mišiniams gaminti. Nenuostabu, nes manoma, kad būtent šioje šalyje buvo išrastas parakas.
Net senovės Egipte žmonės žinojo sieros turinčios rūdos, pagamintos iš vario, skrudinimo metodą. Taip buvo išgaunamas metalas. Siera pabėgo nuodingų dujų pavidalu SO2.
Nepaisant to, kad buvo žinomas nuo seniausių laikų, žinios apie tai, kas yra siera, atsirado dėl prancūzų gamtininko Antoine'o darbo. Lavoisier. Būtent jis nustatė, kad tai yra elementas, o jo degimo produktai yra oksidai.
Štai tokia trumpa žmonių pažinties su šiuo cheminiu elementu istorija. Toliau išsamiai pakalbėsime apie procesus, vykstančius žemės gelmėse ir vedančius į sieros susidarymą tokios formos, kokia ji yra dabar.
Kaip atsiranda siera?
Yra paplitusi klaidinga nuomonė, kad šis elementas dažniausiai randamas savo gimtąja (ty gryna) forma. Tačiau tai ne visai tiesa. Gimtoji siera dažniausiai randama kaip įtraukta į kitą rūdą.
Šiuo metu yra keletas teorijų apie gryniausio elemento kilmę. Jie rodo, kad sieros susidarymo laikas ir rūdos, kuriose ji yra, skiriasi. Pirmoji, singenezės teorija, daro prielaidą, kad siera susidaro kartu su rūdomis. Anot jos, kai kurios bakterijos, gyvenančios vandenyne, vandenyje esančius sulfatus redukavo iki sieros vandenilio. Pastarasis savo ruožtu pakilo, kur kitų bakterijų pagalba buvo oksiduojamas iki sieros. Ji nukrito į dugną, susimaišė su dumblu, o vėliau kartu susidarė rūda.
Epigenezės teorijos esmė ta, kad siera rūdoje susidarė vėliau nei ji pati. Čia yra keletas filialų. Mes kalbėsime tik apie labiausiai paplitusią šios teorijos versiją. Jis susideda iš to: požeminis vanduo, tekantis per sulfatų rūdų sankaupas, yra jomis praturtintas. Tada, eidami per naftos ir dujų telkinius, sulfato jonai dėl angliavandenilių redukuojami į vandenilio sulfidą. Vandenilio sulfidas, iškilęs į paviršių, oksiduojamasatmosferos deguonis virsta siera, kuri nusėda uolienose, sudarydama kristalus. Ši teorija pastaruoju metu randa vis daugiau patvirtinimų, tačiau šių transformacijų chemijos klausimas lieka atviras.
Nuo sieros atsiradimo gamtoje proceso, pereikime prie jos modifikacijų.
Allotropija ir polimorfizmas
Siera, kaip ir daugelis kitų periodinės lentelės elementų, gamtoje egzistuoja keliomis formomis. Chemijoje jos vadinamos alotropinėmis modifikacijomis. Yra rombinė siera. Jo lydymosi temperatūra yra šiek tiek žemesnė nei antrosios modifikacijos: monoklininė (112 ir 119 laipsnių Celsijaus). Ir jie skiriasi elementariųjų ląstelių struktūra. Rombinė siera yra tankesnė ir stabilesnė. Kaitinamas iki 95 laipsnių, jis gali pereiti į antrą formą - monokliniką. Mūsų aptariamas elementas turi analogų periodinėje lentelėje. Sieros, seleno ir telūro polimorfizmą vis dar diskutuoja mokslininkai. Jie labai glaudžiai susiję vienas su kitu, o visos jų padarytos modifikacijos yra labai panašios.
Ir tada analizuosime procesus, vykstančius sieros tirpimo metu. Tačiau prieš pradėdami, turėtumėte šiek tiek pasinerti į kristalinės gardelės struktūros teoriją ir reiškinius, vykstančius materijos fazinių virsmų metu.
Iš ko pagamintas kristalas?
Kaip žinote, dujinėje būsenoje medžiaga yra molekulių (arba atomų) pavidalu, atsitiktinai judančių erdvėje. skystoje medžiagojejį sudarančios dalelės yra sugrupuotos, tačiau vis tiek turi gana didelę judėjimo laisvę. Kietoje agregavimo būsenoje viskas yra šiek tiek kitaip. Čia tvarkos laipsnis padidėja iki didžiausios vertės, o atomai sudaro kristalinę gardelę. Žinoma, jame yra svyravimų, tačiau jie turi labai mažą amplitudę, ir to negalima pavadinti laisvu judėjimu.
Bet kurį kristalą galima suskirstyti į elementarias ląsteles – tokius iš eilės atomų junginius, kurie kartojasi visame mėginio junginio tūryje. Čia verta paaiškinti, kad tokios ląstelės nėra kristalinė gardelė, o čia atomai yra tam tikros figūros tūrio viduje, o ne jos mazguose. Kiekvienam kristalui jie yra individualūs, tačiau priklausomai nuo geometrijos gali būti suskirstyti į keletą pagrindinių tipų (singonijų): triklininiai, monoklininiai, rombiniai, romboedriniai, tetragoniniai, šešiakampiai, kubiniai.
Trumpai išanalizuokime kiekvieną gardelių tipą, nes jos skirstomos į keletą porūšių. Ir pradėkime nuo to, kuo jie gali skirtis vienas nuo kito. Pirma, tai yra kraštinių ilgių santykiai ir, antra, kampas tarp jų.
Taigi triklininė singonija, žemiausia iš visų, yra elementarioji gardelė (lygiagretainė), kurioje visos kraštinės ir kampai nėra lygūs vienas kitam. Kitas vadinamosios žemesnės kategorijos singonijų atstovas yra monoklininis. Čia du langelio kampai yra 90 laipsnių, o visos kraštinės yra skirtingo ilgio. Kitas tipas, priklausantis žemiausiai kategorijai, yra rombinė singonija. Jis turi tris nelygias puses, bet visus figūros kampusyra lygūs 90 laipsnių.
Pereikime prie vidurinės kategorijos. Ir pirmasis jos narys yra tetragoninė singonija. Čia pagal analogiją nesunku atspėti, kad visi jos pavaizduotos figūros kampai yra lygūs 90 laipsnių, taip pat dvi iš trijų kraštinių yra lygios viena kitai. Kitas atstovas yra romboedrinė (trigonalinė) singonija. Čia viskas tampa šiek tiek įdomiau. Šis tipas apibrėžiamas trimis lygiomis kraštinėmis ir trimis kampais, kurie yra lygūs, bet ne tiesūs.
Paskutinis vidurinės kategorijos variantas yra šešiakampė singonija. Dar sunkiau jį apibrėžti. Ši parinktis yra pastatyta iš trijų pusių, iš kurių dvi yra lygios ir sudaro 120 laipsnių kampą, o trečioji yra joms statmenoje plokštumoje. Jei paimsime tris šešiakampės singonijos ląsteles ir sujungsime jas viena su kita, gausime cilindrą su šešiakampiu pagrindu (todėl jis turi tokį pavadinimą, nes „hexa“lotyniškai reiškia „šeši“).
Na, visų singonijų viršūnė, turinti simetriją visomis kryptimis, yra kubinė. Ji vienintelė priklauso aukščiausiai kategorijai. Čia galite iš karto atspėti, kaip tai galima apibūdinti. Visi kampai ir kraštinės yra lygūs ir sudaro kubą.
Taigi, baigėme pagrindinių singonijų grupių teorijos analizę, o dabar plačiau papasakosime apie įvairių formų sieros sandarą ir iš to kylančias savybes.
Sieros struktūra
Kaip jau minėta, siera turi dvi modifikacijas: rombinę ir monoklinikinę. Po skyriaus apie teorijąTikrai tapo aišku, kuo jie skiriasi. Tačiau visa esmė ta, kad, priklausomai nuo temperatūros, gardelės struktūra gali keistis. Visa esmė yra pačiame transformacijų procese, kuris įvyksta pasiekus sieros lydymosi temperatūrą. Tada kristalinė gardelė visiškai sunaikinama, o atomai erdvėje gali judėti daugiau ar mažiau laisvai.
Bet grįžkime prie tokios medžiagos kaip siera struktūros ir savybių. Cheminių elementų savybės labai priklauso nuo jų struktūros. Pavyzdžiui, siera dėl kristalinės struktūros ypatumų turi flotacijos savybę. Jo dalelių nesudrėkina vanduo, o prie jų prilipę oro burbuliukai ištraukia jas į paviršių. Taigi vienkartinė siera plūduriuoja, kai panardinama į vandenį. Tai yra kai kurių metodų, kaip atskirti šį elementą nuo panašių mišinio, pagrindas. Tada mes analizuosime pagrindinius šio junginio išgavimo būdus.
Gamyba
Sieros gali atsirasti su įvairiais mineralais, taigi ir skirtingame gylyje. Atsižvelgiant į tai, pasirenkami skirtingi ištraukimo būdai. Jei gylis nedidelis ir po žeme nesikaupia kasybai trukdančių dujų sankaupos, tada medžiaga kasama atviru būdu: pašalinami uolienų sluoksniai ir radus sieros turinčią rūdą, siunčiama perdirbti. Bet jei šių sąlygų nesilaikoma ir kyla pavojai, tuomet naudojamas gręžinio metodas. Jis turi pasiekti sieros lydymosi tašką. Tam naudojami specialūs įrenginiai. Šio metodo vienkartinės sieros tirpinimo aparatas yra tiesiog būtinas. Bet apie šį procesą – šiek tiekvėliau.
Apskritai, bet kokiu būdu išgaunant sierą, yra didelė apsinuodijimo rizika, nes dažniausiai su ja nusėda sieros vandenilis ir sieros dioksidas, kurie yra labai pavojingi žmogui.
Kad geriau suprastume konkretaus metodo trūkumus ir privalumus, susipažinkime su sieros turinčios rūdos apdorojimo būdais.
Ištraukimas
Čia taip pat yra keletas gudrybių, pagrįstų visiškai skirtingomis sieros savybėmis. Tarp jų yra terminis, ekstrahavimo, vandens garų, išcentrinis ir filtravimas.
Labiausiai pasitvirtino terminiai. Jie pagrįsti tuo, kad sieros virimo ir lydymosi temperatūra yra žemesnė nei rūdų, į kurias ji „susituokia“. Vienintelė problema yra ta, kad jis sunaudoja daug energijos. Norint palaikyti temperatūrą, anksčiau reikėjo sudeginti dalį sieros. Nepaisant savo paprastumo, šis metodas yra neveiksmingas, o nuostoliai gali siekti rekordinius 45 procentus.
Mes sekame istorinės raidos šaką, todėl pereiname prie garo-vandens metodo. Skirtingai nuo terminių metodų, šie metodai vis dar naudojami daugelyje gamyklų. Kaip bebūtų keista, jie pagrįsti ta pačia savybe – sieros virimo ir lydymosi temperatūros skirtumu nuo susijusių metalų. Vienintelis skirtumas yra tai, kaip vyksta šildymas. Visas procesas vyksta autoklavuose – specialiose instaliacijose. Ten tiekiama prisodrinta sieros rūda, kurioje yra iki 80% iškasamo elemento. Tada, esant slėgiui, karštas vanduo pumpuojamas į autoklavą.garai. Įšilusi iki 130 laipsnių Celsijaus, siera ištirpsta ir pašalinama iš sistemos. Žinoma, lieka vadinamosios uodegos – vandenyje plūduriuojančios sieros dalelės, susidariusios dėl vandens garų kondensacijos. Jie pašalinami ir grąžinami į procesą, nes juose taip pat yra daug mums reikalingų elementų.
Vienas moderniausių būdų – centrifuga. Beje, jis buvo sukurtas Rusijoje. Trumpai tariant, jo esmė yra ta, kad sieros ir mineralų mišinio lydalas, kurį lydi jis, panardinamas į centrifugą ir sukasi dideliu greičiu. Sunkesnė uoliena dėl išcentrinės jėgos nukrypsta nuo centro, o pati siera išlieka aukštesnė. Tada gauti sluoksniai tiesiog atskiriami vienas nuo kito.
Yra ir kitas metodas, kuris taip pat naudojamas gamyboje iki šiol. Jį sudaro sieros atskyrimas nuo mineralų per specialius filtrus.
Šiame straipsnyje aptarsime tik terminius metodus, skirtus elementui, kuris neabejotinai svarbus mums, išgauti.
Lydymosi procesas
Šilumos perdavimo sieros tirpimo metu tyrimas yra svarbus klausimas, nes tai vienas ekonomiškiausių šio elemento išgavimo būdų. Šildymo metu galime derinti sistemos parametrus, o reikia apskaičiuoti optimalų jų derinį. Tuo tikslu atliekamas šilumos perdavimo tyrimas ir sieros lydymosi proceso ypatybių analizė. Yra keletas šio proceso įrenginių tipų. Sieros lydymo katilas yra vienas iš jų. Su šiuo produktu gaukite ieškomą prekę- tik pagalbininkas. Tačiau šiandien yra speciali instaliacija – aparatas gabalinei sierai lydyti. Jis gali būti veiksmingai naudojamas gamyboje gaminant didelius kiekius labai grynos sieros.
Aukščiau nurodytam tikslui 1890 m. buvo išrastas įrenginys, leidžiantis giliai ištirpinti sierą ir vamzdžiu pumpuoti į paviršių. Jo konstrukcija yra gana paprasta ir efektyvi: du vamzdžiai yra vienas kitame. Garai, perkaitinti iki 120 laipsnių (sieros lydymosi temperatūra), cirkuliuoja per išorinį vamzdį. Vidinio vamzdžio galas pasiekia mums reikalingo elemento nuosėdas. Kaitinama vandeniu, siera pradeda tirpti ir išeiti. Viskas gana paprasta. Šiuolaikinėje versijoje įrenginyje yra dar vienas vamzdis: jis yra vamzdžio viduje su siera, o juo teka suspaustas oras, todėl lydalas greičiau kyla.
Yra dar keli metodai, ir vienas iš jų pasiekia sieros lydymosi temperatūrą. Du elektrodai nuleisti po žeme ir per juos teka srovė. Kadangi siera yra tipiškas dielektrikas, ji nepraleidžia srovės ir pradeda labai įkaisti. Taigi, jis ištirpsta ir vamzdžio pagalba, kaip ir pirmuoju būdu, išpumpuojamas. Jei norima sierą siųsti į sieros rūgšties gamybą, ji padegama po žeme, o susidariusios dujos išimamos. Jis toliau oksiduojamas iki sieros oksido (VI), o po to ištirpinamas vandenyje ir gaunamas galutinis produktas.
Išanalizavome sieros lydymą, sieros lydymą ir jos išgavimo būdus. Dabar atėjo laikas išsiaiškinti, kodėl reikalingi tokie sudėtingi metodai. Tiesą sakant, sieros lydymosi proceso analizė irtemperatūros kontrolės sistema reikalinga norint gerai išvalyti ir efektyviai panaudoti galutinį ekstrahavimo produktą. Juk siera yra vienas iš svarbiausių elementų, vaidinančių pagrindinį vaidmenį daugelyje mūsų gyvenimo sričių.
Programa
Nėra prasmės pasakyti, kur naudojami sieros junginiai. Lengviau pasakyti, kur jie netaikomi. Sieros randama bet kurioje gumoje ir gumos gaminiuose, dujose, kurios tiekiamos į namus (ten jos reikia norint nustatyti nuotėkį, jei toks atsitiktų). Tai yra labiausiai paplitę ir paprasčiausi pavyzdžiai. Tiesą sakant, sieros panaudojimo galimybės yra nesuskaičiuojamos. Išvardinti juos visus tiesiog nerealu. Bet jei mes įsipareigojame tai padaryti, paaiškės, kad siera yra vienas iš būtiniausių žmonijai elementų.
Išvada
Iš šio straipsnio sužinojote, kokia yra sieros lydymosi temperatūra, kodėl šis elementas mums toks svarbus. Jei domitės šiuo procesu ir jo studijomis, tikriausiai sužinojote ką nors naujo. Pavyzdžiui, tai gali būti sieros lydymosi ypatybės. Bet kokiu atveju tobulumui ribų nėra, o pramonėje vykstančių procesų išmanymas niekam iš mūsų netrukdys. Galite savarankiškai toliau įsisavinti sieros ir kitų žemės plutoje esančių elementų gavybos, gavybos ir perdirbimo technologines subtilybes.
