Siarka (łac. Siarka) to pierwiastek niemetalowy. Symbol chemiczny to S, numer seryjny w układzie okresowym to 16. Wartościowość siarki została ustalona jeszcze przed badaniem struktury atomu. Jej wartość określano na podstawie właściwości zastępowania, przyciągania lub przyłączania określonej liczby innych atomów lub grup. Później naukowcy odkryli rolę ujemnie naładowanych cząstek (elektronów) w tworzeniu wiązania chemicznego.
Wartość siarki: jakie cechy atomów wpływają na jej wartość?
Pod względem rozpowszechnienia na Ziemi, pierwiastek chemiczny znajduje się na 16 miejscu. Występuje jako jasnożółte kryształy lub proszek w skałach, w pobliżu aktywnych i wygasłych wulkanów. Najbardziej znanymi naturalnymi związkami są siarczki i siarczany.
Cechy pierwiastka i substancji:
- Mocne niemetalowe.
- Pod względem elektroujemności (EO) lub zdolności do przyciągania elektronów, siarka ustępuje tylko fluorowi, tlenowi, azocie, chlorowi i bromowi.
- Wchodzi w interakcję z metalami i niemetalami, substancjami prostymi i złożonymi.
Różnice we właściwościach zależą od struktury i stanu atomu, różnicy wartości EO. Dowiedzmy się, co siarka walencyjna może mieć w związkach. Ich zachowanie chemiczne zależy od budowy powłok energetycznych, liczby i rozmieszczenia zewnętrznych elektronów w atomie.
Dlaczego wartościowość jest różna?
Stabilne są naturalne izotopy siarki o liczbach masowych 32 (najczęściej), 33, 34 i 36. Atom każdego z tych nuklidów zawiera 16 dodatnio naładowanych protonów. W przestrzeni w pobliżu jądra 16 elektronów porusza się z dużą prędkością. Są nieskończenie małe, naładowane ujemnie. Mniej przyciągane do jądra (bardziej wolne) 6 zewnętrznych cząstek. Kilka lub wszystkie z nich biorą udział w tworzeniu różnego rodzaju wiązań chemicznych. Zgodnie ze współczesnymi koncepcjami wartościowość siarki jest określona przez liczbę utworzonych wspólnych (wiążących) par elektronów. Zazwyczaj na rysunkach i diagramach cząstki zewnętrzne biorące udział w tym procesie są przedstawiane jako kropki wokół znaku chemicznego.
Jak walencja zależy od struktury atomu?
Używając wykresu energii, możesz pokazać strukturę poziomów i podpoziomów (s, p, d), od których zależy wzór na wartościowość siarki. Dwie różnie skierowane strzałki symbolizują sparowane, jedna - niesparowane elektrony. Przestrzeń kosmiczną atomu siarki tworzą orbitale składające się z 6 cząstek, a 8 jest niezbędnych do stabilności zgodnie z regułą oktetu. Konfigurację powłoki walencyjnej odzwierciedla wzór 3s23p4. Elektrony niedokończonej warstwymają duży zapas energii, co powoduje niestabilny stan całego atomu. Aby osiągnąć stabilność, atom siarki wymaga dwóch dodatkowych form ujemnych. Można je uzyskać tworząc wiązania kowalencyjne z innymi pierwiastkami lub absorbując dwa wolne elektrony. W tym przypadku siarka wykazuje wartościowość II (–). Tę samą wartość można uzyskać za pomocą wzoru: 8 - 6=2, gdzie 6 to numer grupy, w której znajduje się element.
Gdzie znajdują się związki, w których wartościowość siarki wynosi II (–)?
Pierwiastek przyciąga lub całkowicie usuwa elektrony z atomów o niższej wartości elektroujemności w skali Pollinga. Walencja II (-) przejawia się w siarczkach metali i niemetali. W składzie skał i minerałów o dużym znaczeniu praktycznym znajduje się szeroka grupa takich związków. Należą do nich piryt (FeS), sfaleryt (ZnS), galena (PbS) i inne substancje. Kryształy siarczku żelaza mają piękny żółtobrązowy kolor i połysk. Mineralny piryt jest często określany mianem „złota głupców”. Aby uzyskać metale z rud, są one prażone lub redukowane. Siarkowodór H2S ma taką samą strukturę elektronową jak woda. Pochodzenie H2S:
- uwalnia się, gdy białka gniją (na przykład jajo kurze);
- wybuchają gazy wulkaniczne;
- kumuluje się w naturalnych wodach, oleju;
- wyróżnia się w pustkach w skorupie ziemskiej.
Dlaczego jest wzór na czterowartościowy tlenek siarki SO2?
Wzór na dwutlenek pokazuje, że jeden atom siarki w cząsteczce jest związany z dwoma atomami tlenu, z których każdy potrzebuje 2 elektronów na oktet. Powstałe wiązanie ma charakter kowalencyjny polarny (EO tlenu jest większe). Wartościowość siarki w tym związku wynosi IV (+), ponieważ 4 elektrony atomu siarki są przesunięte w kierunku dwóch atomów tlenu. Wzór można zapisać w następujący sposób: S2O4, ale zgodnie z zasadami należy go zmniejszyć o 2. Dwutlenek po rozpuszczeniu w wodzie tworzy jony słabego kwasu siarkawego. Jego sole - siarczyny - są silnymi reduktorami. Gaz SO2 służy jako półprodukt w produkcji kwasu siarkowego.
W jakich substancjach siarka wykazuje najwyższą wartościowość?
Tlenek SO3 lub S2O6 to bezbarwna ciecz, która twardnieje w temperaturze poniżej 17°C. W związku SO3 wartościowość tlenu wynosi II (–), a siarki VI (+). Wyższy tlenek rozpuszcza się w wodzie i tworzy silny dwuzasadowy kwas siarkowy. Ze względu na dużą rolę w procesach produkcyjnych substancję tę nazwano „chlebem przemysłu chemicznego”. Ważną rolę w gospodarce i medycynie odgrywają sole kwaśne – siarczany. Stosuje się hydrat wapnia (gips), sód (sól Glaubera), magnez (sól epsom lub sól gorzka).
1, 2, 3, 4, 6 zewnętrzne elektrony mogą uczestniczyć w tworzeniu różnych typów wiązań chemicznych. Wymieńmy możliwe wartościowości siarki, biorąc pod uwagę, że istnieją związki rzadkie i niestabilne: I (-), II (-), II (+), III (+), IV (+), VI (+). Pierwiastek uzyskuje drugą dodatnią walencję wSO tlenek. Najczęstsze wartości II (–), IV (+), VI (+) wykazuje siarka jako część grupy substancji o znaczeniu przemysłowym, rolniczym i medycznym. Jego związki są wykorzystywane do produkcji fajerwerków.
Wychwytywanie gazów spalinowych pozostaje dużym problemem, w tym tlenków siarki IV (+), VI (+) i siarkowodoru, które są szkodliwe dla ludzi i środowiska. Powstały technologie przetwarzania tych odpadów gazowych i pozyskiwania z nich kwasu siarkowego i siarczanów. W tym celu obok zakładów metalurgicznych lub na tym samym terenie budowane są przedsiębiorstwa chemiczne. W rezultacie zmniejsza się ilość zanieczyszczeń, jest mniej „deszczów kwasu siarkowego”.
