Siarka (S)

Siarka
Informacje wstępne:
Siarka jest niemetalem występującym w bloku energetycznym p w układzie okresowym. Siarka leży w 16 grupie (grupa tlenowców) i 3 okresie. Ma zatem trzy powłoki elektronowe. Jej liczba atomowa Z to 16, dlatego siarka ma 16 protonów i 16 elektronów. Jej liczba masowa A wynosi 32- siarka ma zatem 32 nukleony- 16 neutronów i 16 protonów. Zapiszmy sobie konfigurację powłokową siarki:
K2L8M6
i podpowłokową:
1s22s22p63s23p4
oraz podpowłokową skróconą:
[Ne]3s23p4.
Temperatura topnienia siarki wynosi 113°C, a temperatura wrzenia 444°C, zatem w warunkach normalnych siarka jest ciałem stałym. Siarka występuje w postaci czterech stabilnych izotopów 32S, 33S, 34S i 36S, a wszystkich izotopów posiada aż 25. Dominującym izotopem jest 32S. Występuje w wielu odmianach alotropowych, z których najważniejsze są siarka-α i siarka-β. Siarka jest składnikiem wielu związków nieorganicznych i występuje powszechnie w związkach organicznych. Dodatkowo jest pierwiastkiem biogennym. Siarka w warunkach normalnych jest mało reaktywna, zazwyczaj wchodzi w reakcji dopiero w odpowiedniej temperaturze. Siarka będzie występowała na różnych stopniach utlenienia: II, IV, VI.
Odmiany alotropowe siarki
Odmiany alotropowe to różne „wersje” danego pierwiastka. Poszczególne odmiany różnią się między sobą właściwościami i budową wewnętrzną. Siarka występuje w postaci cząsteczek- 6,7, 8, 9-15, 18 lub 20 atomowych. Te cząsteczki mają budowę pierścieniową. Obecność innych pierwiastków cząsteczkowych uwzględnia się w reakcjach- zapisujemy, np. H2, O2 itd. jednak należy zaznaczyć, że w przypadku siarki zapisujemy po prostu S, mimo iż występuje w formie cząsteczkowej.
A to ciekawe!
Czy wiesz dlaczego to właśnie ośmioatomowa cząsteczka siarki jest najbardziej popularna? Dlatego, że jej inne odmiany alotropowe są znacznie mniej trwałe od siarki ośmioatomowej.

Cząsteczka siarki S8.
Siarka rombowa, czyli siarka alfa Sα występuje naturalnie w przyrodzie i jest nierozpuszczalna w wodzie, ale dobrze rozpuszczalna w CS2. Słabo przewodzi ciepło, ale jest świetnym izolatorem elektrycznym. Posiada strukturę pierścieniową. Jej pierścień złożony jest z ośmiu atomów siarki. Aby otrzymać siarkę jednoskośną, czyli siarkę beta Sβ należy ogrzewać siarkę rombową w temperaturze 96°C- przy ciśnieniu normalnym. Jeśli ciśnienie byłoby wyższe, temperaturę należało by podwyższyć. Siarka jednoskośna ma mniejszą gęstość od siarki rombowej. Inne właściwości są identyczne jak w przypadku siarki rombowej- różni się jedynie sposobem upakowania atomów siarki w swojej strukturze. Dalsze ogrzewanie siarki jednoskośnej doprowadziłoby do otrzymania cieczy.
Ciekawostka!
Odmiana alotropowa zawierająca 20 atomów siarki w pierścieniu nazywa się cyklo-ikozasiarka.
Gdy będziemy ogrzewać siarkę, to dojdzie do powstania żółtej cieczy. Z kolei gdy tę żółtą ciecz wrzucimy do zimnej wody to powstanie siarka plastyczna- bezpostaciowa odmiana siarki, która przekształca się w odmianę rombową. Powolne ochładzanie doprowadzi do powstania siarki jednoskośnej, natomiast szybkie obniżenie temperatury sprawi, że powstanie brunatna plastyczna masa, która po czasie stanie się brunatna i twarda.
Kiedy siarkę zaczniemy spalać, a następnie te opary gwałtowanie schładzać dojdzie do powstania tak zwanego kwiatu siarczanego- który ma postać żółtego proszku składającego się z drobnych kryształów.
Siarka w związkach
Siarka występuje w wielu związkach nieorganicznych- tworzy tlenki, wodorki, kwasy i sole. Zapoznajmy się z przykładami tych związków.
Poprzez spalanie siarki w tlenie powstanie tlenek siarki (IV), czyli SO2 (S+O2→ SO2). Tlenek ten ma bardzo drażniący zapach, który szkodliwie działa na układ oddechowy człowieka. Ten tlenek ma właściwości bakteriobójcze i charakter kwasowy. Oznacza to, że reaguje z zasadami i wodą. W przypadku reakcji z wodą daje kwas (SO2+H2O→ H2SO3). Kwas ten to kwas siarkowy(IV), czyli H2SO3. Kwas ten jest bezbarwną cieczą, która ma właściwości wybielające. Jest to kwas nietrwały, który rozkłada się do SO2 i H2O, dlatego jego wzór sumaryczny często zapisuje się w postaci SO2+H2O. Siarka tworzy jeszcze jeden tlenek i kolejny kwas. Tlenek ten to tlenek siarki(VI), który otrzymuje się przez utlenianie tlenku siarki(IV). Spójrz jak przebiega ta reakcja:
2SO2+ O2→ 2SO3.
Reakcja ta często odbywa się przy pomocy katalizatora, jakim jest platyna.
Ten tlenek ma charakter kwasowy i reagując z wodą daje kwas siarkowy(VI). Reakcja ta wygląda następująco:
SO3+H2O→ H2SO4.
Kwas siarkowy(VI) to bezbarwna oleista ciecz, która zwęgla substancje. Jest higroskopijny, to znaczy, że ma zdolność pochłaniania wody z powietrza. Jest bardzo żrący. Kwas ten wykorzystuj się do czyszczenia karoserii samochodowych.
Siarka tworzy jeszcze siarkowodór, czyli H2S. Siarkowodór można otrzymać w wyniku syntezy wodoru i siarki:
H2+S→ H2S.
Siarkowodór to silnie trujący bezbarwny gaz, o ostrym, nieprzyjemnym zapachu zgniłych jaj. Występuje w gazach wulkanicznych i jest składnikiem wód leczniczych. Jest to wodorek kwasowy, zatem w reakcji z wodą daje kwas. Jest to kwas siarkowodorowy, który jest wodnym roztworem siarkowodoru- ma podobne właściwości.

W reakcji zapisujemy literę „g” przy siarkowodorze, informuje nas ona o tym, że jest to siarkowodór, czyli gaz. Z kolei przy kwasie siarkowodorowym zapisujemy „aq”, od aqua- woda, ponieważ jest to roztwór wodny. Nad strzałką zapisujemy H2O, ponieważ jest to proces rozpuszczania siarkowodoru w wodzie.
Kwasy te tworzą sole- kwas siarkowy (VI) tworzy siarczany(VI), kwas siarkowy(IV)- siarczany(IV), a kwas siarkowodorowy- siarczki. Najpopularniejsza sól jest składnikiem skał gipsowych, anhydrytu i gipsu. Mowa o siarczanie(VI) wapnia, czyli CaSO4.
W wyniku spalania skały gipsowej, której głównym składnikiem jest gips, czyli minerał o wzorze CaSO4 2H2O, otrzymuje się gips palony i gips bezwodny. Jeśli proces palenia prowadzony jest w bardzo wysokiej temperaturze, ok. 200°C, powstanie gips bezwodny, czyli CaSO4, który także jest minerałem o nazwie anhydryt. Jeśli temperatura spalania będzie niższa, ok. 110°C, to powstanie gips palony, czyli hydrat o wzorze (CaSO4) 2 H2O. Gips palony po zmniejszaniu z wodą tworzy zaprawę gipsową, którą wykorzystuje się w budownictwie. Gips ponadto wykorzystywany jest w stomatologii do tworzenia odlewów oraz w medycynie przy złamaniach.
Oprócz tego popularnie występującym siarczkiem w postaci minerału jest piryt, o wzorze sumarycznym FeS2. Piryt powstaje w końcowych fazach krystalizacji magmy. Piryt poza znaczeniem kolekcjonerskim używany jest w chemii do otrzymywania tlenków siarki.

Siarka jest składnikiem związków organicznych. Może być obecna w węglowodorach, np. benzenie. Aby to uczynić przeprowadza się reakcję sulfowania benzenu. Przeprowadza się reakcję z benzenem i ze stężonym kwasem siarkowym(VI). Produktami tej reakcji są woda i kwas benzenosulfonowy. Spójrz na przebieg tej reakcji:

Siarka reaguje z metanem tworząc dwusiarczek węgla, CS2, który wykazuje właściwości rakotwórcze i mutagenne. Ponadto siarka jest pierwiastkiem biogennym, czyli jest jednym z sześciu głównych pierwiastków budujących organizmy. Siarka w ciele człowieka buduje wytwory naskórka, takie jak włosy i paznokcie. Ponadto jest składnikiem wielu białek, enzymów i hormonów. W roślinach odpowiada za ich charakterystyczny smak/zapach, np. ostry smak cebuli, czosnku czy papryki. Dobrym źródłem siarki są mięsa, mleko oraz jajka oraz wcześniej wspomniane ostre warzywa. Brak tych produktów w naszej diecie powoduje niedobór siarki. Niedobór siarki skutkuje dużą kruchością i łamliwością włosów oraz paznokci. Włosy przestają być jędrne i zdrowe, a my jesteśmy zmęczeni i mamy wahania nastroju. Objawami mogą być trądzik i łuszczyca.
Siarka- występowanie
Siarka występuje, np. w Polsce w postaci minerału rzadkiego- siarki rodzimej. Poza Polską występuje we Włoszech, w Ukrainie i w Stanach Zjednoczonych. Siarka rodzima powstaje w procesie wyziewów wulkanicznych w szczelinach skalnych, lub jako produkt przeobrażenia gipsu w siarkowodór, a następnie w siarkę. Jest krucha i żółta. Zawiera w dużej mierze czystą siarkę, choć może być zanieczyszczona innymi pierwiastkami. Wykorzystuje się ją do produkcji kwasu siarkowego(VI), a także do produkcji środków grzybobójczych. W Polsce siarka rodzima występuje w okolicach Tarnowa. Siarkę można wydobywać przez pozyskiwanie siarki rodzimej, lecz głównie poprzez odsiarczanie spalin i paliw.
Zastosowania siarki
Siarka bardzo często jest substratem do produkcji związków, w których występuje, np. kwasów, które mają swoje zastosowania. Jednak może być także wykorzystywana, np. do produkcji sztucznych ogni. Kolejne zastosowanie siarki to produkcja nawozów. Siarka znalazła też swoje zastosowanie w medycynie. Używa się jej w postaci maści na schorzenia dermatologiczne, np. trądzik. Siarczan(VI) magnezu używany jest do kąpieli, które mają spowodować złuszczenie się naskórka. Siarka jest składnikiem wielu leków i substancji antybakteryjnych. Przykładem może być penicylina. Siarka jest składnikiem pestycydów chroniących rośliny przed rozmaitymi szkodnikami, natomiast tlenki siarki wykorzystywane są do zwalczania gryzoni. Siarkę wykorzystuje się w przemyśle do wulkanizacji gumy i produkcji prochu czarnego. Siarka wykorzystywana jest w detergentach i środkach konserwujących suszone owoce.
Siarka i kwaśnie deszcze
Kwaśne deszcze to opad atmosferyczny o niskiej wartości pH. Odpowiedzialne za to są gazy pochłonięte z powietrza, między innymi tlenki siarki. Pochłonięte tlenki reagują z wodą z powietrza tworząc kwasy, tlenki te mogą być uwalniane do atmosfery w wyniku czynników naturalnych, np. wybuchów wulkanów, jednak to człowiek w dużej mierze odpowiedzialny jest za emisję siarki. Wpływ na to mają obszary silnie uprzemysłowione, które wykorzystują siarkę. Tlenki te pochłaniane z atmosfery zbierają się i przemieszczają nawet na duże odległości. Następnie następuje proces jak w przypadku normalnego opadu- taka chmura staje się coraz cięższa, aż dochodzi do opadu. Kwaśne deszcze są niezwykle szkodliwe dla środowiska. Powodują zakwaszenie wód podziemnych oraz gleb, przez co roślinność nie może się rozwijać. Zakwaszenie gleb wpływa na obecność grzybów, np. w danym lesie, które z kolei są pokarmem dla zwierząt. Kwaśne deszcze rozpuszczają wapń i cement, dlatego są szkodliwe dla infrastruktury. Zakwaszenie jezior może prowadzić do śmierci ryb i roślinności tam się znajdujących. Aby temu przeciwdziałać staramy się ograniczyć eksploatację siarki i jej pochodnych, a także odsiarczać paliwa i spaliny, aby szkodliwe związki nie dostawały się do atmosfery. Poniżej możesz zobaczyć skutki jakie niesie za sobą kwaśny deszcz dla roślinności. Grafika ukazuje drzewa w Górach Izerskich.