Температура плавлення сірки. Параметри плавлення сірки

Температура плавлення сірки. Параметри плавлення сірки


Сірка - один з найпоширеніших елементів земної кори. Найчастіше вона зустрічається в складі мінералів, що містять крім неї метали. Дуже цікаві процеси, що відбуваються при досягненні температури кипіння і плавлення сірки. Ці процеси, а також пов'язані з ними складнощі ми і розберемо в цій статті. Але для початку поринемо в історію відкриття цього елемента.

Історія

У самородному вигляді, а також у складі мінералів сірка була відома ще з давнини. У старих грецьких текстах описано отруйну дію її з'єднань на людський організм. Сірчистий газ, що виділяється при горінні сполук цього елемента, дійсно може бути смертельно небезпечний для людей. Приблизно у 8 столітті сірку почали використовувати в Китаї для приготування піротехнічних сумішей. Не дивно, адже саме в цій країні, як вважається, винайшли порох.

Ще в Стародавньому Єгипті людям був відомий спосіб випалу сірковмісної руди на основі міді. Таким чином добували цей метал. Сірка йшла у вигляді отруйного газу SO2.

Незважаючи на популярність з найдавніших часів, знання про те, що являє собою сірка, прийшло завдяки роботам французького природознавця Антуана Лавуазьє. Саме він встановив, що вона є елементом, а продукти її горіння - оксидами.

Ось така коротка історія знайомства людей з цим хімічним елементом. Далі ми докладно розповімо про процеси, що відбуваються в надрах землі і призводять до утворення сірки в тому вигляді, в якому вона є зараз.

Як з'являється сірка?

Існує поширена помилка про те, що найчастіше цей елемент зустрічається в самородному (тобто чистому) вигляді. Однак це не зовсім так. Самородна сірка найчастіше зустрічається як вкраплення в іншу руду.

На даний момент є кілька теорій, що стосуються походження елемента в чистому вигляді. Вони передбачають відмінність у часі утворення сірки і руд, в які вона вкрапляється. Перша, теорія сингенезу, передбачає утворення сірки спільно з рудами. Згідно з нею деякі бактерії, що мешкають у товщі океану, відновлювали сульфати, що знаходяться у воді, до сірководню. Останній, у свою чергу, піднімався вгору, де за допомогою інших бактерій окислявся до сірки. Вона падала на дно, змішувалася з мулом, і згодом вони разом утворювали руду.

Суть теорії епігенезу - те, що сірка в руді утворилася пізніше за її саму. Тут є кілька відгалужень. Ми розповімо лише про найпоширеніший варіант цієї теорії. Полягає він ось у чому: підземні води, протікаючи через скупчення сульфатних руд, збагачуються ними. Потім, проходячи через родовища нафти і газу, іони сульфатів відновлюються до сірководню завдяки вуглеводням. Сірчистий водень, піднімаючись до поверхні, окислюється киснем повітря до сірки, яка і осідає в породах, утворюючи кристали. Ця теорія останнім часом знаходить все більше підтверджень, але поки залишається відкритим питання про хімізм цих перетворень.

Від процесу походження сірки в природі перейдемо до її модифікацій.

Аллотропія і поліморфізм

Сера, як і багато інших елементів таблиці Менделєєва, існує в природі в декількох формах. У хімії їх називають аллотропними модифікаціями. Існує сірка ромбічна. Температура плавлення дещо нижча, ніж друга модифікація: моноклінної (112 і 119 градусів за Цельсієм). А розрізняються вони будовою елементарних комірок. Ромбічна сірка відрізняється більшою щільністю і стійкістю. Вона може при нагріванні до 95 градусів переходити в другу форму - моноклінну. У обговорюваного нами елемента є аналоги в таблиці Менделєєва. Поліморфізм сірки, селену і телуру вчені обговорюють досі. Вони мають дуже тісний зв'язок між собою, і всі модифікації, які вони утворюють, сильно схожі.

А далі ми розберемо процеси, що відбуваються при плавленні сірки. Але перед тим як почати, слід трохи зануритися в теорію будови кристалічної решітки і явищ, що відбуваються при фазових переходах речовини.

З чого складається кристал?

Як відомо, в газоподібному стані речовина знаходиться у вигляді молекул (або атомів), що безладно рухаються в просторі. У рідкій речовині складові його частинки групуються, але все одно мають досить велику свободу руху. У твердому агрегатному стані все трохи інакше. Тут ступінь впорядкованості зростає до свого максимального значення, і атоми утворюють кристалічну решітку. У ній, звичайно, відбуваються коливання, але вони мають дуже малу амплітуду, і це не можна назвати вільним рухом.

Будь-який кристал можна поділити на елементарні комірки - такі послідовні з'єднання атомів, які повторюються у всьому обсязі зразка з'єднання. Тут варто уточнити, що такі комірки - це не кристалічна решітка, і тут атоми розташовуються всередині обсягу певної фігури, а не в її вузлах. Для кожного кристала вони індивідуальні, але їх можна розділити на кілька основних типів (сингоній) залежно від геометрії: триклінна, моноклінна, ромбічна, ромбоедрична, тетрагональна, гексагональна, кубічна.

Коротко розберемо кожен тип решіток, адже вони діляться ще на кілька підвидів. І почнемо ми з того, чим вони можуть відрізнятися між собою. По-перше, це співвідношення довжин сторін, а по-друге, кут між ними.

Таким чином, триклінна сингонія, найнижча з усіх, являє собою елементарну решітку (паралелограм), в якій всі сторони і кути не рівні між собою. Ще один представник так званої нижчої категорії сингоній - моноклінна. Тут два кути комірки дорівнюють 90 градусам, а всі сторони мають різну довжину. Наступний вид, що відноситься до нижчої категорії, - ромбічна сингонія. Вона має три нерівні між собою сторони, але всі кути фігури дорівнюють 90 градусам.

Перейдемо до середньої категорії. І перший її член - тетрагональна сингонія. Тут за аналогією неважко здогадатися, що всі кути фігури, яку вона представляє, дорівнюють 90 градусам, а також дві з трьох сторін рівні між собою. Наступний представник - ромбоедрична (тригональна) сингонія. Тут все трохи цікавіше. Цей тип визначається трьома однаковими сторонами і трьома кутами, які дорівнюють між собою, але не є прямими.

Останній варіант середньої категорії - гексагональна сингонія. У її визначенні ще більше складності. Цей варіант будується на трьох сторонах, дві з яких рівні і утворюють кут 120 градусів, а третя знаходиться в перпендикулярній їм площині. Якщо взяти три комірки гексагональної сингонії і прикласти їх один до одного, то ми отримаємо циліндр з шестигранною підставою (саме тому у неї така назва, адже «» гекса «» в перекладі з латинської означає «» шість «»).

Ну а вершина всіх сингоній, що має симетрію у всіх напрямках, - кубічна. Вона є єдиною належною до вищої категорії. Тут можна відразу здогадатися, як її можна характеризувати. Всі кути і сторони рівні між собою і утворюють куб.

Отже, ми закінчили розбір теорії за основними групами сингоній, а тепер докладніше розповімо про будову різних форм сірки і властивостей, які з цього випливають.

Будова сірки

Як вже було сказано, сірка має дві модифікації: ромбічну і моноклінну. Після розділу з теорією, напевно, стало зрозуміло, чим вони відрізняються. Але вся суть полягає в тому, що залежно від температури структура решітки може змінюватися. Вся суть у самому процесі перетворень, що відбуваються, коли досягається температура плавлення сірки. Тоді кристалічна решітка повністю руйнується, і атоми можуть більш-менш вільно рухатися в просторі.

Але повернемося до будови і особливостей такої речовини, як сірка. Властивості хімічних елементів багато в чому залежать від їх будови. Наприклад, сірка в силу особливостей кристалічної структури володіє властивістю флотації. Її частинки не змочуються водою, і прилипаючі до них бульбашки повітря тягнуть їх на поверхню. Таким чином, комова сірка спливає при зануренні у воду. На цьому засновані деякі способи відділення цього елемента з суміші йому подібних. А далі ми розберемо основні методи видобутку цього з'єднання.

Видобуток

Сірка може залягати з різними мінералами, а отже, на різній глибині. Залежно від цього вибирають різні способи видобутку. Якщо глибина невелика і під землею немає скупчень газів, що заважають видобутку, то матеріал видобувають відкритим способом: прибирають пласти порід і, знаходячи руду, що містить сірку, відправляють її на переробку. Але якщо ці умови не дотримані і є небезпеки, то застосовують свердловинний метод. У ньому необхідно, щоб досягалася температура плавлення сірки. Для цього застосовують спеціальні установки. Апарат для плавлення комової сірки в цьому способі просто необхідний. Але про цей процес -немного пізніше.

Взагалі при видобутку сірки будь-яким способом існує великий ризик отруєння, тому як найчастіше разом з нею залягають сірководень і сірчистий газ, які дуже небезпечні для людини.

Щоб краще зрозуміти, якими недоліками і достоїнствами володіє той чи інший спосіб, ознайомимося з методами переробки сіровмісної руди.

Вилучення

Тут теж є кілька прийомів, заснованих на абсолютно різних властивостях сірки. Серед них виділяють термічні, екстракційні, пароводяні, центрифугальні та фільтраційні.

Найбільш перевірені з них - термічні. Вони базуються на тому, що температури кипіння і плавлення сірки нижчі, ніж у руд, в які вона "вклинюється" ". Проблема тільки в тому, що витрачається багато енергії. Для підтримки температури раніше доводилося спалювати частину сірки. Незважаючи на всю простоту, цей метод малоефективний, і втрати можуть доходити до рекордних 45 відсотків.

Ми йдемо по гілці історичного розвитку, тому переходимо до пароводяного методу. На відміну від термічних ці способи досі використовуються на багатьох фабриках. Як не дивно, засновані вони на тій же властивості - відмінності температури кипіння і плавлення сірки від аналогічних показників для супутніх металів. Різниця полягає лише в тому, яким чином відбувається нагрів. Весь процес йде в автоклавах - спеціальних установках. Туди подається збагачена сірчана руда, що містить до 80% видобутого елемента. Потім під тиском в автоклав закачується гарячий водяний пар. Розігріваючись до 130 градусів за Цельсієм, сірка плавиться і виводиться з системи. Звичайно, залишаються і так звані хвости - частинки сірки, що плавають у воді, що утворилася завдяки конденсуванню водяної пари. Їх видаляють і знову пускають у процес, так як там теж міститься чимало потрібного нам елемента.

Один з найсучасніших методів - центрифужний. До слова, розроблений він у Росії. Якщо коротко, суть його в тому, що розплав суміші сірки і мінералів, яким вона супроводжує, занурюється в центрифугу і розкручується з великою швидкістю. Більш важка порода за рахунок відцентрової сили прагне від центру, а сама сірка залишається вище. Потім отримані шари просто відокремлюють один від одного.

Є ще один метод, який теж донині використовується на виробництвах. Полягає він у відділенні сірки від мінералів через спеціальні фільтри.

У цій статті ми розглянемо виключно термічні методи вилучення безсумнівно важливого для нас елемента.

Процес плавлення

Дослідження теплообміну при плавленні сірки - важливе питання, тому що це один з найбільш економічних способів видобутку цього елемента. Ми можемо комбінувати параметри системи при нагріванні, і нам необхідно вирахувати їх оптимальне поєднання. Саме для цього проводиться дослідження теплообміну та аналіз особливостей процесу плавлення сірки. Існує кілька видів установок для здійснення цього процесу. Котел для плавлення сірки - одна з них. Отримання шуканого елемента за допомогою цього виробу - лише допоміжний спосіб. Однак сьогодні є спеціальна установка - апарат для плавлення комової сірки. Він може ефективно використовуватися на виробництві для отримання високочистої сірки у великому обсязі.

Для вищевикладеної мети в 1890 році була винайдена установка, що дозволяє плавити сірку на глибині і викачувати на поверхню за допомогою труби. Її конструкція досить проста і ефективна в дії: дві труби знаходяться один в одному. По зовнішній трубі циркулює перегрітий до 120 градусів (температура плавлення сірки) пар. Кінець внутрішньої труби дістає до покладів потрібного нам елемента. Нагріваючись водою, сірка починає плавитися і виходити назовні. Все досить просто. У сучасному варіанті установка містить ще одну трубу: вона знаходиться всередині труби з сірою, і по ній йде стиснене повітря, яке змушує розплав підніматися швидше.

Є ще кілька методів, і в одному з них досягається температура плавлення сірки. Під землю опускають два електроди і пускають по них струм. Оскільки сірка - типовий діелектрик, вона не проводить струм і починає сильно нагріватися. Таким чином вона плавиться і за допомогою труби, як і в першому способі, викачується назовні. Якщо сірку хочуть направити на виробництво сірчаної кислоти, то її підпалюють під землею і виводять отриманий газ назовні. Його доокисляють до оксиду сірки (VI), а потім розчиняють у воді, отримуючи кінцевий продукт.

Ми розібрали плавлення сірки, встановлення плавлення сірки і способи її видобутку. Тепер прийшла пора з'ясувати, навіщо потрібні такі складні методи. Насправді аналіз процесу плавлення сірки і система контролю температури потрібні для того, щоб добре очистити і ефективно застосувати кінцевий продукт видобутку. Адже сірка - один з найважливіших елементів, що відіграють ключову роль у багатьох сферах нашого життя.

Застосування

Безглуздо говорити, де застосовуються з'єднання сірки. Простіше сказати, де вони не застосовуються. Сірка є в будь-якій гумі і гумових виробах, в газі, який подається в будинки (там він потрібен для ідентифікації витоку в разі такої). Це найбільш побутові і прості приклади. Насправді сфер застосування сірки незліченна безліч. Перерахувати їх все просто нереально. Але якщо ми візьмемося робити це, виявиться, що сірка - один з найнеобхідніших для людства елементів.

Ув'язнення

З цієї статті ви дізналися, яка температура плавлення біля сірки, ніж цей елемент так важливий для нас. Якщо ви зацікавлені в цьому процесі і його вивченні, то напевно почерпнули для себе щось нове. Наприклад, це можуть бути особливості плавлення сірки. У будь-якому випадку немає межі досконалості, і нікому з нас не завадять знання процесів, що відбуваються в промисловості. Ви можете самостійно продовжити освоєння технологічних тонкощів процесів видобутку, вилучення і переробки сірки та інших елементів, що містяться в земній корі.