Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Сірка



План:


Введення

Сірка - елемент шостої групи третього періоду головної підгрупи періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 16. Виявляє неметалічні властивості. Позначається символом S ( лат. Sulfur ). У водневих і кисневих з'єднаннях знаходиться в складі різних іонів, утворює багато кислоти і солі. Багато серосодержащие солі малорастворіми в воді.


1. Природні мінерали сірки

Сірка є шістнадцятим за хімічною поширеності елементом в земній корі. Зустрічається у вільному (самородном) стані і зв'язаному вигляді.

Найважливіші природні сполуки сірки: FeS 2 - залізний колчедан або пірит, ZnS - цинкова обманка або сфалерит ( Вюрца), PbS - свинцевий блиск або галеніт, HgS - кіновар, Sb 2 S 3 - антимоніт. Крім того, сірка присутня в нафти, природному вугіллі, природних газах і сланцях. Сірка - шостий елемент за вмістом у природних водах, зустрічається в основному у вигляді сульфат-іона і зумовлює "постійну" жорсткість прісної води. Життєво важливий елемент для вищих організмів, складова частина багатьох білків, концентрується у волоссі.


2. Історія відкриття

Сірка ( англ. Sulfur , фр. Soufre , ньому. Schwefel ) В самородному стані, а також у вигляді сірчистих з'єднань відома з найдавніших часів. З запахом палаючої сірки, задушливим дією сірчистого газу і огидним запахом сірководню людина познайомився, ймовірно, ще в доісторичні часи. Саме через цих властивостей сірка використовувалася жерцями у складі священних курінь при релігійних обрядах. Сірка вважалася твором надлюдських істот зі світу духів чи підземних богів. Дуже давно сірка стала застосовуватися в складі різних горючих сумішей для військових цілей. Вже у Гомера описані "сірчисті випаровування", смертельне дію виділень палаючій сірки. Сірка, імовірно, входила до складу "грецького вогню", який наводив жах на супротивників. Близько VIII ст. китайці стали використовувати її в піротехнічних сумішах, зокрема, в суміші типу пороху. Горючість сірки, легкість, з якою вона з'єднується з металами з утворенням сульфідів (наприклад, на поверхні шматків металу), пояснюють те, що її вважали "принципом горючості" і обов'язковою складовою частиною металевих руд. Пресвітер Теофіл (XII ст.) описує спосіб окисного випалу сульфідної мідної руди, відомий, мабуть, ще в стародавньому Єгипті. У період арабської алхімії виникла ртутно-сірчана теорія складу металів, згідно з якою сірка шанували обов'язкової складової частиною (батьком) всіх металів. Надалі вона стала одним із трьох принципів алхіміків, а пізніше "принцип горючості" з'явився основою теорії флогістону. Елементарну природу сірки встановив Лавуазьє в своїх дослідах зі спалювання. З введенням пороху в Європі почався розвиток видобутку природної сірки, а також розробка способу одержання її з піритів; останній був поширений у стародавній Русі. Вперше в літературі він описаний у Агріколи. Таким чином, точно походження сірки не встановлено, але, як сказано вище, цей елемент використовувався до Різдва Христового, а значить знаком людям з давніх часів.


3. Походження назви

Російська назва сірки сходить до праслов'янського * sěra, яке пов'язують з лат. sērum "Сироватка" [2].

Латинське sulphur (елінізовані написання більш старого sulpur) сходить до індоєвропейської кореня * swelp - "горіти" [3].

4. Походження сірки

Великі скупчення самородної сірки зустрічаються не так вже й часто. Найчастіше вона присутня в деяких рудах. Руда самородної сірки - це порода з вкрапленнями чистої сірки.

Від того, утворилися ці вкраплення одночасно з супутніми породами чи пізніше, залежить напрям пошукових і розвідувальних робіт. Існує кілька абсолютно різних теорій з цього питання.

Теорія сінгенеза (тобто одночасного освіти сірки і які вміщали порід) передбачає, що освіта самородної сірки відбувалося в мілководних басейнах. Особливі бактерії відновлювали сульфати, розчинені у воді, до сірководню, який піднімався вгору, потрапляв в окислювальну зону і тут хімічним шляхом або за участю інших бактерій окислявся до елементарної сірки. Сірка осідала на дно, і згодом містить сірку мул утворив руду.

Теорія епігенеза (вкраплення сірки утворилися пізніше, ніж основні породи) має декілька варіантів. Найпоширеніший з них припускає, що підземні води, проникаючи крізь товщі порід, збагачуються сульфатами. Якщо такі води стикаються з родовищами нафти або природного газу, то іони сульфатів відновлюються вуглеводнями до сірководню. Сірководень піднімається до поверхні і, окислюючись, виділяє чисту сірку в пустотах і тріщинах порід.

В останні десятиліття знаходить все нові підтвердження один з різновидів теорії епігенеза - теорія метасоматоза (у перекладі з грецької "метасоматоз" означає заміщення). Відповідно до неї в надрах постійно відбувається перетворення гіпсу CaSO 4-H 2 O і ангідриту CaSO 4 в сірку і кальцит СаСО 3. Ця теорія створена в 1935 році радянськими вченими Л. М. Миропольський і Б. П. Кротовим. На її користь говорить, зокрема, такий факт.

В 1961 в Іраку було відкрито родовище Мішрак. Сірка тут міститься в карбонатних породах, які утворюють звід, підтримуваний йдуть углиб опорами (в геології їх називають крилами). Крила ці полягають в основному з ангідриту і гіпсу. Така ж картина спостерігалася на вітчизняному родовищі Шор-Су.

Геологічна своєрідність цих родовищ можна пояснити тільки з позицій теорії метасоматоза: первинні гіпси і ангідриту перетворилися у вторинні карбонатні руди з вкрапленнями самородної сірки. Важливо не тільки сусідство мінералів - середній вміст сірки в руді цих родовищ одно змісту хімічно зв'язаної сірки в ангідрит. А дослідження ізотопного складу сірки і вуглецю в руді цих родовищ дали прибічникам теорії метасоматоза додаткові аргументи.

Але є одне "але": хімізм процесу перетворення гіпсу в сірку і кальцит поки не ясний, і тому немає підстав вважати теорію метасоматоза єдино правильною. На землі і зараз існують озера (зокрема, Сірчане озеро біля Серноводськ), де відбувається сінгенетіческім відкладення сірки і сірконосних мул не містить ні гіпсу, ні ангідриту.

Все це означає, що різноманітність теорій і гіпотез про походження самородної сірки - результат не тільки і не стільки неповноти наших знань, скільки складності явищ, що відбуваються в надрах. Ще з елементарної шкільної математики всі ми знаємо, що до одного результату можуть призвести різні шляхи. Цей закон поширюється і на геохімію.


5. Отримання

В давнину і в середні віки сірку добували, вкапивая в землю великий глиняний горщик, на який ставили інший, з отвором в дні. Останній заповнювали породою, що містить сірку, і потім нагрівали. Сірка плавилася і стікала в нижній горщик.

В даний час сірку одержують головним чином шляхом виплавки самородної сірки безпосередньо в місцях її залягання під землею. Сірчані руди видобувають різними способами - залежно від умов залягання. Покладів сірки майже завжди супроводжують скупчення отруйних газів - сполук сірки. До того ж не можна забувати про можливість її самозаймання.

Видобуток руди відкритим способом відбувається так. Крокуючі екскаватори знімають пласти порід, під якими залягає руда. Вибухами рудний пласт дроблять, після чого брили руди відправляють на сіркоплавильний завод, де з концентрату витягують сірку.

У 1890 р. Герман Фраш, запропонував плавити сірку під землею і через свердловини, подібні нафтовим, викачувати її на поверхню. Порівняно невисока (113 C) температура плавлення сірки підтверджувала реальність ідеї Фраша. У 1890 р. почалися випробування, що призвели до успіху.

Відомо кілька методів отримання сірки з сірчаних руд: пароводяні, фільтраційні, термічні, центріфугальной і екстракційні.

Також сірка у великих кількостях міститься в природному газі в газоподібному стані (у вигляді сірководню, сірчистого ангідриду). При видобутку вона відкладається на стінках труб і обладнання, виводячи їх з ладу. Тому її вловлюють з газу якомога швидше після видобутку. Отримана хімічно чиста мелкодисперсная сірка є ідеальною сировиною для хімічної та гумової промисловості.

Найбільше родовище самородної сірки вулканічного походження знаходиться на острові Ітуруп із запасами категорії A + B + C1 - 4227 тис. тонн і категорії C2 - 895 тис. тонн, що достатньо для будівництва підприємства потужністю 200 тис. тонн гранульованої сірки в рік.


6. Виробники

Основними виробниками сірки в Росії є підприємства ВАТ Газпром : ТОВ Газпром видобуток Астрахань і ТОВ Газпром видобуток Оренбург, які її отримують як побічний продукт при очищенні газу.

7. Властивості

7.1. Фізичні

Природний зросток кристалів самородної сірки

Сірка істотно відрізняється від кисню здатністю утворювати стійкі ланцюжки та цикли з атомів. Найбільш стабільні циклічні молекули S 8, що мають форму корони, що утворюють ромбічну і моноклинную сірку. Це кристалічна сірка - крихке речовина жовтого кольору. Крім того, можливі молекули з замкнутими (S 4, S 6) ланцюгами і відкритими ланцюгами. Такий склад має пластична сірка, речовина коричневого кольору, яка виходить при різкому охолодженні розплаву сірки (пластична сірка вже через кілька годин стає крихкою, набуває жовтий колір і поступово перетворюється на ромбічну). Формулу сірки найчастіше записують просто S, так як вона, хоч і має молекулярну структуру, є сумішшю простих речовин з різними молекулами. В воді сірка нерастворима, деякі її модифікації розчиняються в органічних розчинниках, наприклад сероуглероде, скипидарі. Плавлення сірки супроводжується помітним збільшенням об'єму (приблизно 15%). Розплавлена ​​сірка являє собою жовту легкорухливою рідина, яка вище 160 C перетворюється в дуже в'язку темно-коричневу масу. Найбільшу в'язкість розплав сірки набуває при температурі 190 C; подальше підвищення температури супроводжується зменшенням в'язкості і вище 300 C розплавлена ​​сірка знову стає рухомою. Це пов'язано з тим, що при нагріванні сірки вона поступово полімеризується, збільшуючи довжину ланцюжка з підвищенням температури. При нагріванні сірки понад 190 C полімерні ланки починають руйнуватися. Сірка може служити простим прикладом Електрети. При терті сірка набуває сильний негативний заряд [4].

Сірку застосовують для виробництва сірчаної кислоти, вулканізації каучуку, як фунгіцид в сільському господарстві і як сірка колоїдна - лікарський препарат. Також сірка в складі серобітумних композицій застосовується для отримання сероасфальта, а в якості заступника портландцементу - для отримання серобетона.


7.2. Хімічні

Горіння сірки

На повітрі сірка горить, утворюючи сірчистий ангідрид - безбарвний газ з різким запахом:

S + O 2 = SO 2

За допомогою спектрального аналізу встановлено, що насправді процес окислювання сірки в двоокис являє собою ланцюгову реакцію й відбувається з утворенням ряду проміжних продуктів: моноокиси сірки S 2 O 2, молекулярної сірки S 2, вільних атомів сірки S і вільних радикалів моноокиси сірки SO [ 5].

Відбудовні властивості сірки виявляються в реакціях сірки і з іншими неметалами, однак при кімнатній температурі сірка реагує тільки з фтором :

S + 3F 2 = SF 6

Розплав сірки реагує з хлором, при цьому можливе утворення двох нижчих хлоридів [6] :

2S + Cl 2 = S 2 Cl 2
S + Cl 2 = SCl 2

При нагріванні сірка також реагує з фосфором, утворюючи суміш сульфідів фосфору [7], серед яких - вищий сульфід P 2 S 5:

5S + 2P = P 2 S 5

Крім того, при нагріванні сірка реагує з воднем, вуглецем, кремнієм :

S + H 2 = H 2 S ( сірководень)

C + 2S = CS 2 ( сірковуглець)

При нагріванні сірка взаємодіє з багатьма металами, часто - дуже бурхливо. Іноді суміш металу з сіркою спалахує при підпалюванні. При цьому взаємодії утворюються сульфіди :

2Na + S = Na 2 S
Ca + S = CaS
2Al + 3S = Al 2 S 3
Fe + S = FeS .

Розчини сульфідів лужних металів реагують з сіркою з утворенням полісульфідів:

Na 2 S + S = Na 2 S 2

З складних речовин слід відзначити насамперед реакцію сірки з розплавленої лугом, в якій сірка диспропорционирует аналогічно хлору :

3S + 6KOH = K 2 SO 3 + 2K 2 S + 3H 2 O .

Отриманий сплав називається сірчаної печінкою.

З концентрованими кислотами-окисниками ( HNO 3, H 2 SO 4) сірка реагує тільки при тривалому нагріванні:

S + 6HNO 3 (Конц.) = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O
S + 2H 2 SO 4 (Конц.) = 3SO 2 + 2H 2 O

8. Біологічна роль

Сірка - один з біогенних елементів. Сірка входить до складу деяких амінокислот ( цистеїн, метіонін), вітамінів ( біотин, тіамін), ферментів. Сірка бере участь в утворенні третинної структури білка (формування дисульфідних містків). Також сірка бере участь в бактеріальному фотосинтезі (сірка входить до складу бактериохлорофилла, а сірководень є джерелом водню). Окислювально-відновні реакції сірки - джерело енергії в хемосинтезу. [8].

Людина містить приблизно 2 г сірки на 1 кг своєї ваги.

Самородна сірка на поштовій марці, 2009

9. Пожежонебезпечні властивості сірки

Тонкоподрібненому сірка схильна до хімічного самозаймання в присутності вологи, при контакті з окислювачами, а також у суміші з вугіллям, жирами, маслами. Сера образует взрывчатые смеси с нитратами, хлоратами и перхлоратами. Самовозгорается при контакте с хлорной известью.

Средства тушения: распылённая вода, воздушно-механическая пена [9].

По данным В. Маршалла пыль серы относится к разряду взрывоопасных, но для взрыва необходима достаточно высокая концентрация пыли - порядка 20 г/м3 (20000мг/м3), такая концентрация во много раз превышает предельно допустимую концентрацию для человека в воздухе рабочей зоны - 6 мг/м3. [10]

Пары образуют с воздухом взрывчатую смесь [11].

Горение серы протекает только в расплавленном состоянии аналогично горению жидкостей. Верхний слой горящей серы кипит, создавая пары, которые образуют слабосветящееся пламя высотой до 5 см [12]. Температура пламени при горении серы составляет 1820 C [13].

Так как воздух по объёму состоит приблизительно из 21 % кислорода и 79 % азота и при горении серы из одного объёма кислорода получается один объём SO 2, то максимальное теоретически возможное содержание SO 2 в газовой смеси составляет 21 %. На практике горение происходит с некоторым избытком воздуха, и объёмное содержание SO 2 в газовой смеси меньше теоретически возможного, составляя обычно 1415 % [5].

Виявлення горения серы пожарной автоматикой является трудной проблемой. Пламя сложно обнаружить человеческим глазом или видеокамерой, спектр голубого пламени лежит в основном в ультрафиолетовом диапазоне. Тепловыделение при пожаре приводит к температуре ниже, чем при пожарах других распространенных пожароопасных веществ. Для обнаружения горения тепловым извещателем необходимо размещать его непосредственно близко к сере. Пламя серы не излучает в инфракрасном диапазоне. Таким образом оно не будет обнаружено распространёнными инфракрасными извещателями. Ими будут обнаруживаться лишь вторичные возгорания. Пламя серы не выделяет паров воды. Таким образом детекторы ультрафиолетовых извещателей пламени, использующие соединения никеля, не будут работать.

Для эффективного обнаружения пламени рекомендуется использовать ультрафиолетовые извещатели с детекторами на основе молибдена. Они имеют спектральный диапазон чувствительности 18502650 ангстрем, который подходит для обнаружения горения серы [14].

Для выполнения требований пожарной безопасности на складах серы необходимо:

  • конструкции и технологическое оборудование должны регулярно очищаться от пыли;
  • помещение склада должно постоянно проветриваться естественной вентиляцией при открытых дверях;
  • дробление комков серы на решётке бункера должно производиться деревянными кувалдами или инструментом из неискрящего материала;
  • конвейеры для подачи серы в производственные помещения должны быть снабжены металлоискателями;
  • в местах хранения и применения серы необходимо предусматривать устройства (бортики, пороги с пандусом и т. п.), обеспечивающие в аварийной ситуации предотвращение растекания расплава серы за пределы помещения или открытой площадки;
  • на складе серы запрещается:
    • производство всех видов работ с применением открытого огня;
    • складировать и хранить промасленную ветошь и тряпки;
    • при ремонте применять инструмент из искродающего материала [15].

9.1. Пожары на складах серы

У грудні 1995 года на открытом складе серы предприятия, расположенного в городе Сомерсет-Уэст Западной Капской провинции Южно-Африканской Республики произошёл крупный пожар, погибли два человека [16] [17].

16 января 2006 г. около пяти вечера на череповецком предприятии "Аммофос" загорелся склад с серой. Общая площадь пожара - около 250-ти квадратных метров. Полностью ликвидировать его удалось лишь в начале второго ночи. Жертв и пострадавших нет [18].

15 березня 2007 рано вранці на ТОВ "Балаковської завод волоконних матеріалів" сталася пожежа на закритому складі сірки. Площа пожежі склала 20 кв.м. На пожежі працювало 4 пожежні розрахунки з особовим складом в 13 чоловік. Приблизно через півгодини пожежа була ліквідована. Ніхто не постраждав [19].

4 і 9 березня 2008 року сталося загоряння сірки в Атирауської області в сховище сірки ТШО на Тенгізська родовищі. У першому випадку вогнище спалаху вдалося загасити швидко, в другому випадку сірка горіла 4 години. Обсяг горіли відходів нафтопереробки, до яких по казахстанським законам віднесена сірка, склав більше 9 тисяч кілограмів [20].

У квітні 2008 недалеко від селища Кряж Самарської області загорівся склад, на якому зберігалося 70 тонн сірки. Пожежі була присвоєна друга категорія складності. До місця події виїхали 11 пожежних розрахунків і рятувальники. У той момент, коли пожежні опинилися біля складу, горіла ще не вся сірка, а тільки її невелика частина - близько 300 кілограмів. Площа загоряння разом з ділянками сухої трави, прилеглими до складу, склала 80 квадратних метрів. Пожежникам вдалося швидко збити полум'я і локалізувати пожежу: вогнища загоряння були засипані землею і залиті водою [21].

У липні 2009 у Дніпродзержинську горіла сірка. Пожежа сталася на одному з коксохімічних підприємств в Баглійському районі міста. Вогонь охопив більше восьми тонн сірки. Ніхто зі співробітників комбінату не постраждав [22].


Примітки

  1. Хімічна енциклопедія: у 5 т. / Редкол.: Зефиров Н. С. (гол. ред.) - Москва: Радянська енциклопедія, 1995. - Т. 4. - С. 319. - 639 с. - 20 000 екз . - ISBN 5-85270-039-8.
  2. Фасмер М. Етимологічний словник російської мови, том 3 - М.: Прогресс. - 1964 - 1973. - С. 603.
  3. Mallory JP, Adams DQ The Oxford Introduction To Proto-Indo-European And Indo-European World - Oxford: University Press. - 2006. - С. 124.
  4. Б. В. Некрасов Основи загальної хімії. - 3-е изд., Виправлене і доп. - М .: Хімія, 1973. - Т. 1. - 656 с.
  5. 1 2 Непенін Н. М. Технологія целюлози. Виробництво сульфітної целюлози - М .: "Лісова промисловість", 1976. - С. 151.
  6. Ключников Н. Г. Неорганчіескій синтез. М., Просвітництво, 1971, С. 267-269
  7. Ремі Г. Курс неорганічної хімії - М .: "Видавництво іноземної літератури", 1961. - С. 695.
  8. Т. Л. Богданова, Є. А. Солодова Біологія: Довідник для старшокласників та вступників до ВНЗ - М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА. - 2011. - С. 85.
  9. А. Я. Корольченко, Д. А. Корольченко Пожежовибухонебезпека речовин і матеріалів та засоби їх гасіння. Довідник: в 2-х год - 2-е изд., Перераб і доп. - М .: Асі. "Пожнаука", 2004. - Т. 2. - 396 с.
  10. Є. П. Білобров, А. В. Сидоров "Еколого-гігієнічні наслідки вибухів пилу і пожеж комової сірки, які супроводжують її перевантаження в порту Маріуполь" -
  11. РД 50-290-81 Методичні вказівки. Аналізатори вмісту сірки в нафті. Методи і засоби перевірки - завантажити безкоштовно - www.gosthelp.ru/text/RD5029081Metodicheskieuka.html
  12. В. Аксютін, П. Щеглов, В. Жолобов, С. Алексанянц "Ліквідація пожеж при аварійних ситуаціях з небезпечними вантажами - daily.sec.ru / dailypblprnver.cfm? pid = 22051 "
  13. Теребнев В. В. Довідник керівника гасіння пожежі. Тактичні можливості пожежних підрозділів - М .: Пожкніга, 2004. - С. 99.
  14. http://www.det-tronics.com/utcfs/ws-462/Assets/77-1022_sulfur_fire_detection.pdf - www.det-tronics.com/utcfs/ws-462/Assets/77-1022_sulfur_fire_detection.pdf
  15. ППБО 157-90 Правила пожежної безпеки в лісовій промисловості 5.11. Склади сірки і негашеного вапна
  16. South African sulphur fire - cat.inist.fr /? aModele = afficheN & cpsidt = 3238537
  17. AECI fire puts sulphur stockpiles in spotlight-01/01/1996-ECN - www.icis.com/Articles/1996/01/01/11154/aeci-fire-puts-sulphur-stockpiles-in-spotlight.html
  18. Радіо "Трансміт": Новини: Пожежа на Череповецькому "Амофос"! Напередодні близько п'ятої вечора на цьому підприємстві загорівся склад із сіркою - www.transmit.ru/news/2006/1/17/228/
  19. В Балаково згорів склад з сіркою - Інформаційне агентство Взгляд-инфо - www.vzsar.ru/news/2007/03/16/v_balakove_sgorel_sklad_s_seroy.html
  20. ТзОВ "Тенгізшевройл" оштрафують за дві пожежі у сховищі сірки | Інформаційний портал ZAKON.KZ - www.zakon.kz/107224-too-tengizshevrojjl-oshtrafujut-za-dva.html
  21. KP.RU / / МНСники шукають власника сараю із сіркою, що горів під Самарою - kp.ru/print/article/24083.4/316363
  22. Коксохім горів у Дніпродзержинську - www.mobus.com/dnepropetrovsk/213828.html

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Сірка, Жорж-П'єр
Сірка, Жорж-П'єр
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru