Siera (lot. Sieros) yra nemetalinis elementas. Cheminis simbolis S, eilės numeris periodinėje lentelėje – 16. Sieros valentingumas nustatytas dar prieš tiriant atomo sandarą. Jo vertė buvo nustatyta pagal savybę pakeisti, pritraukti ar prijungti tam tikrą skaičių kitų atomų ar grupių. Vėliau mokslininkai išsiaiškino neigiamo krūvio dalelių (elektronų) vaidmenį formuojant cheminį ryšį.
Sieros valentingumas: kokios atomų savybės turi įtakos jo vertei?
Pagal paplitimą Žemėje cheminis elementas yra 16 vietoje. Jis atsiranda kaip ryškiai geltoni kristalai arba milteliai uolienose, šalia aktyvių ir užgesusių ugnikalnių. Garsiausi natūralūs junginiai yra sulfidai ir sulfatai.
Elemento ir medžiagos savybės:
- Tvirtas nemetalas.
- Pagal elektronegatyvumą (EO) arba gebėjimą pritraukti elektronus, siera nusileidžia tik fluorui, deguoniui, azotui, chlorui ir bromui.
- Sąveika su metalais ir nemetalais, paprastomis ir sudėtingomis medžiagomis.
Savybių skirtumai priklauso nuo atomo struktūros ir būsenos, nuo EO reikšmių skirtumo. Išsiaiškinkime, kokią valentinę sierą gali turėti junginiai. Jų cheminis elgesys priklauso nuo energetinių apvalkalų struktūros, išorinių elektronų skaičiaus ir išsidėstymo atome.
Kodėl valencija skiriasi?
Stabilūs yra natūralūs sieros izotopai, kurių masės skaičius yra 32 (dažniausiai), 33, 34 ir 36. Kiekvieno iš šių nuklidų atome yra 16 teigiamai įkrautų protonų. Erdvėje šalia branduolio dideliu greičiu juda 16 elektronų. Jie yra be galo maži, neigiamai įkrauti. Mažiau traukia branduolys (daugiau laisvų) 6 išorinės dalelės. Keletas arba visi iš jų dalyvauja formuojant skirtingų tipų cheminius ryšius. Pagal šiuolaikines koncepcijas sieros valentiškumą lemia sukurtų bendrų (jungiamųjų) elektronų porų skaičius. Paprastai brėžiniuose ir diagramose išorinės dalelės, dalyvaujančios šiame procese, vaizduojamos kaip taškai aplink cheminį ženklą.
Kaip valentingumas priklauso nuo atomo struktūros?
Naudodami energijos diagramą galite parodyti lygių ir polygių (s, p, d) struktūrą, nuo kurios priklauso sieros valentingumo formulė. Dvi skirtingai nukreiptos rodyklės simbolizuoja suporuotus, viena – nesuporuotus elektronus. Sieros atomo išorinę erdvę sudaro 6 dalelių orbitalės, o 8 yra būtinos stabilumui pagal okteto taisyklę. Valentinės apvalkalo konfigūraciją atspindi formulė 3s23p4. Nebaigto sluoksnio elektronaituri daug energijos, o tai sukelia nestabilią viso atomo būseną. Norint pasiekti stabilumą, sieros atomui reikia dviejų papildomų neigiamų rūšių. Juos galima gauti sudarant kovalentinius ryšius su kitais elementais arba sugeriant du laisvuosius elektronus. Šiuo atveju siera pasižymi II valentiškumu (–). Tą pačią reikšmę galima gauti naudojant formulę: 8 - 6=2, kur 6 yra grupės, kurioje yra elementas, skaičius.
Kur randami junginiai, kurių sieros valentingumas yra II (–)?
Elementas pritraukia arba visiškai pašalina elektronus iš atomų, kurių elektronegatyvumo vertė Apklausos skalėje yra mažesnė. II valentingumas (-) pasireiškia metalų ir nemetalų sulfidais. Didelė tokių junginių grupė randama didelę praktinę reikšmę turinčių uolienų ir mineralų sudėtyje. Tai piritas (FeS), sfaleritas (ZnS), galena (PbS) ir kitos medžiagos. Geležies sulfido kristalai turi gražią gelsvai rudą spalvą ir blizgesį. Mineralinis piritas dažnai vadinamas „kvailio auksu“. Norint gauti metalus iš rūdų, jie skrudinami arba redukuojami. Vandenilio sulfido H2S elektroninė struktūra tokia pati kaip vandens. H2S kilmė:
- išsiskiria, kai b altymai pūva (pavyzdžiui, vištienos kiaušinis);
- išsiveržia vulkaninėmis dujomis;
- kaupiasi natūraliuose vandenyse, nafta;
- išsiskiria tuštumose žemės plutoje.
Kodėl keturiavalenčio sieros oksido formulė yra SO2?
Dioksido formulė rodo, kad vienas sieros atomas molekulėje yra prijungtas prie dviejų deguonies atomų, kurių kiekvienam oktetui reikia 2 elektronų. Susidaręs ryšys yra kovalentinio polinio pobūdžio (deguonies EO yra didesnis). Sieros valentingumas šiame junginyje yra IV (+), nes 4 sieros atomo elektronai yra pasislinkę dviejų deguonies atomų link. Formulę galima parašyti taip: S2O4, bet pagal taisykles turi būti sumažintas 2. Dioksidas, ištirpęs vandenyje, sudaro silpnos sieros rūgšties jonus. Jo druskos – sulfitai – yra stiprios reduktorius. SO2 dujos naudojamos kaip tarpinis produktas gaminant sieros rūgštį.
Kokiose medžiagose siera yra didžiausia?
Oksidas SO3 arba S2O6 yra bespalvis skystis, kietėjantis žemesnėje nei 17°C temperatūroje. SO3 junginyje deguonies valentingumas yra II (–), o sieros – VI (+). Didesnis oksidas ištirpsta vandenyje ir sudaro stiprią dvibazę sieros rūgštį. Dėl didelio vaidmens gamybos procesuose ši medžiaga buvo vadinama „chemijos pramonės duona“. Svarbus vaidmuo ekonomikoje ir medicinoje tenka rūgščių druskoms – sulfatams. Naudojamas kalcio hidratas (gipsas), natris (Glauberio druska), magnis (epsomo druska arba karčioji druska).
1, 2, 3, 4, 6 išoriniai elektronai gali dalyvauti formuojant įvairių tipų cheminius ryšius. Įvardinkime galimus sieros valentingus, atsižvelgiant į tai, kad yra retų ir nestabilių junginių: I (-), II (-), II (+), III (+), IV (+), VI (+). Elementas įgyja antrą teigiamą valentiškumąSO monoksidas. Dažniausios reikšmės II (–), IV (+), VI (+) rodo sierą kaip pramoninės, žemės ūkio ir medicinos svarbos medžiagų grupės dalį. Jo junginiai naudojami fejerverkams gaminti.
Išmetamųjų dujų surinkimas tebėra didelė problema, įskaitant sieros oksidus IV (+), VI (+) ir vandenilio sulfidą, kurie kenkia žmonėms ir aplinkai. Sukurtos technologijos šioms dujinėms atliekoms apdoroti ir iš jų gauti sieros rūgštį bei sulfatus. Tam prie metalurgijos gamyklų arba toje pačioje teritorijoje statomos chemijos įmonės. Dėl to sumažėja taršos apimtys, mažiau iškrenta "sieros rūgšties lietus".
