Sumpor

Sumpor
[Ne] 3s2 3p4 16S                                                                                                                                                                                                                                 ↓                                                                     ↓                                                             →                                                             →                                                             Periodni sistem elemenata
Općenito
Hemijski element, Simbol, Atomski broj	Sumpor, S, 16
Serija	Nemetali
Grupa, Perioda, Blok	16, 3, p
Izgled	Limun-žuti prah
Zastupljenost	0,05 %
Atomske osobine
Atomska masa	32,065 u
Atomski radijus (izračunat)	100 (88) pm
Kovalentni radijus	102 pm
Van der Waalsov radijus	180 pm
Elektronska konfiguracija	[Ne] 3s2 3p4
Broj elektrona u energetskom nivou	2, 8, 6
1. energija ionizacije	999,6 kJ/mol
2. energija ionizacije	2252 kJ/mol
3. energija ionizacije	3357 kJ/mol
4. energija ionizacije	4556 kJ/mol
5. energija ionizacije	7004,3 kJ/mol
6. energija ionizacije	8495,8 kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje	čvrsto
Mohsova skala tvrdoće	2
Struktura kristala	ortorombična
Gustoća	1960 kg/m3
Magnetizam	dijamagnetičan
Tačka topljenja	388,36 K (115,21 °C)
Tačka ključanja	717,87 K (444,72 °C)
Molarni volumen	15,53 · 10-6 m3/mol
Toplota isparavanja	9,6 kJ/mol
Toplota topljenja	1,7175 kJ/mol
Pritisak pare	2,65 · 10-20 Pa kod 388 K
Brzina zvuka	m/s
Specifična toplota	710 J/(kg · K)
Specifična električna provodljivost	5,0 · 10-22 S/m
Toplotna provodljivost	0,269 W/(m · K)
Hemijske osobine
Oksidacioni broj	±2, 4, 6
Oksidi	SO2, SO3
Elektrodni potencijal	?
Elektronegativnost	2,58 (Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR 30S sin 1,178 s ε 6,138 30P 31S sin 2,572 s ε 5,396 31P 32S 95,02 % Stabilan 33S 0,75 % Stabilan 34S 4,21 % Stabilan 35S sin 87,32 d β- 0,167 35Cl 36S 0,02 % Stabilan 37S sin 5,05 min β- 4,865 37Cl 38S sin 170,3 min β- 2,937 38Cl 39S sin 11,5 s β- 6,640 39Cl 40S sin 8,8 s β- 4,710 40Cl
Sigurnosno obavještenje
Oznake upozorenja F Lako zapaljivo
Obavještenja o riziku i sigurnosti	R: 11 S: 33
Ukoliko je moguće i u upotrebi, koriste se SI osnovne jedinice. Ako nije drugačije označeno, svi podaci su podaci dobiveni mjerenjima u normalnim uslovima.

Sumpor (S, latinski sulphur) je nemetal VIA grupe. Stabilni izotopi sumpora su: ³²S, ³³S, ³⁴S i ³⁶S.

Sumpor je neophodan za život čovjeka. Ulazi u sastav dvije aminokiseline kao i u mnoga bitna biološka jedinjenja, kao što su na primjer vitamini. Važnija jedinjenja sumpora su sumporna kiselina, sulfitna kiselina, njihove soli, sumpor (IV) oksid i sumpor (VI) oksid. Poznat je i oksid sumpora SO, ali je izrazito nestabilan.

Sumpor se javlja i u čistom bliku i u obliku minerala sulfida i sulfita. Sem iz sumpornih ruda sumpor se u velikoj količini dobija i prečišćavanjem kamenog uglja i prečišćavanjem industrijskog pepela.

Primjena sumpora

Sumpor i njegova jedinjenja su bitne sirovine za dobijanje sumporne kiseline osnovnog produkta hemijske industrije. Veći dio sumpora koji se dobije koristi se za proizvodnji sumporne kiseline. Velike količine sumpora se koriste i u vulkanizaciji u procesima u kojima se kaučuk pretvara u gumu. Prirodni kaučuk kroz tretiranje sumporom gubi svoju ljepljivost i postaje elastičniji. Ovaj proces se odigrava pri temperaturi između 100 – 150 °C. Zavisno od procenta sumpora dobija se meka ili potpuno tvrda guma.

Zbog relativno male zapaljivosti sumpor se koristi za izradu vještačkih plamenova. U medicini se sumpor koristi za liječenje kožnih bolesti. Koristi se i kao sredstvo za uništavanje korova. Koristi se i za proizvodnju lijekova, šibica, pesticida i papira. Male količine sumpora se koriste i za proizvodnju specijalne vrste betona. Taj beton za razliku od običnih ne podliježe dejstvu kiselina, tako da se koristi u nekim fabrikama u kojima postoji opasnost od izlivanja kiselina.

Zastupljenost

U čistom obliku javlja se u velikim količinama u Poljskoj oko Tarnobrega (Tarnobrzega) na Siciliji u Luizijani i Teksasu (SAD), u Japanu, u Turkmenistanu i Uzbekistanu. Sem toga sumpor je sastojak brojnih jedinjenja od kojih su najpoznatija:

• FeS
• FeS₂ - pirit
• ZnS
• CuFeS₂
• CaSO₄ * 2H₂O - gips
• SrSO₄
• BaSO₄
• Na₂SO₄ * MgSO₄ * 4H₂O
• K₂SO₄ * 2MgSO₄
• K₂SO₄ * MgSO₄ * 2CaSO₄

Dobijanje

Sumpor se dobija iz dva izvora: Većina sumpora se dobija iz podzemnih zaliha. Određena količina sumpora se nalazi u nafti i u zemnom plinu (neprerađena nafta i zemni plin koji se dobijaju u određenim rejonima sadrže velike količine sumpora. Pri njihovom spaljivanju nastaje sumpor-dioksid koji izaziva zagađenje vazduha i kisele kiše. Zbog toga prije nego što ova goriva puste u promet rafinerije su dužne da uklone sumpor iz njega). Sumpor koji se nalazi u čistom obliku ispod zemlje se otapa zagrijanom vodenom parom i vadi na zemljinu površinu pomoću vazduha pod pritiskom. Bitan izvor sumpora su također i njegova jedinjenja koja se nalaze u industrijskim gasovima. Sumpor se u industriji dobija i redukcijom sumpor dioksida pomoću ugljik monoksida.

Količina sumpora u kamenom uglju dolazi do nekoliko procenata i on također predstavlja izvor ovog elementa. Male količine sumpora se nalaze u životinjskim bjelančevinama.

Fizičko-hemijske osobine sumpora i njihovih jedinjenja

Alotropija i fizičke osobine sumpora

Sumpor je element koji se javlja u nekoliko alotropskih modifikacija. Njegove dvije osnovne modifikacije su rompski i monoklinski sumpor. Kao dalje modifikacije mogu se javiti submikrokristalna (to jest amorfna), kao i purpuran sumpor koja nastaje kondenzacijom sumpornih para pri temperaturi tečnog vazduha. Rompski sumpor je stabilan do temperature od 95,5 C° a na toj temperaturi se uslijed pritiska vlastite pare pretvara u monoklinski sumpor. Pri temperaturi od 119 °C monoklinski sumpor prelazi u tečno stanje. Pri pritisku od preko 1200 atmosfera postoji samo jedna modifikacija sumpora - rompski.

Ukoliko rompski sumpor zagrijavamo veoma brzo prelazeći temperaturu od 95,5 °C, sumpor se može sačuvati u stanju nepostojane ravnoteže i on neće preći u monoklinsku modifikaciju. Na analogan način može se sačuvati tečan sumpor na temperaturi ispod 119 °C.

Sumpor se rastvara u nekim rastvaračima kao što su CS₂. Posebno je ponašanje sumpora u tečnom stanju. Preko temperature topljenja sumpor gradi svjetložutu tečnost. Sa porastom temperature tečnost postaje sve gušća i mijenja boju u tamno smeđu. Pri temperaturi od 187 °C sumpor dobija maksimalnu ljepljivost koja je oko 10000 puta veća od prvobitne. Na toj temperaturi sumpor ima toliku gustinu da se ne može prosuti iz posude okenute dnom na gore. Pri daljem zagrijavanju sumpor postaje opet lakopaljiv i dostiže temperaturu ključanja na temperaturi od 444,6°C. Tečan sumpor koji se naglo ohladi (na primjer sipanjem u hladnu vodu) postaje elastična (plastična) slično kaučuku. Mehaničkim razvlačenjem plastičnog sumpora nastaje vlaknasta struktura.

Daljim povećanjem temperature nastaje kao i obično smanjenje ljepljivosti. Obe modifikacije sumpora se razlikuju u rastvorljivosti u CS₂. Razvlačen plastičan sumpor sadrži spiralno ukrštene elemente građe složene u vlakna. Plastičan sumpor može se vulkanizirati kao i kaučuk. Pare sumpora na temperaturi blizu ključanja se sastoje iz S₈ i djelimično S₆ molekula. Povišavanjem temperature čestice se smanjuju. Na temperaturi od 800°C pare sumpora se sastoje samo iz dvoatomnih molekula. Disocijacija dvoatomskih čestica na pojedinačne atome zahtjeva značajnu potrošnju energije. Stepen disocijacije dvoatomskih čestica iznosi 3,7% na temperaturi od 1727 °C a 72,6% na temperaturi od 2727 °C.

Koloidni sumpor

Ako se pare sumpora naglo ohlade, one se kondenzuju u obliku sitnog, žutog praha, sumpornog cvijeta. On se znatnim dijelom sastoji od amorfnog sumpora. Amorfni sumpor pri povišenju temperature prelazi u kristalan. To je jednosmjerna promjena. Amorfni sumpor se također javlja pri izdvajanju iz rastvora u toku hemijske reakcije.

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ ---» Na₂SO₄ + SO₂ + S + H₂O

Pri tome nastaje rastvor sumpora u vodi. U tom rastvoru su čestice sumpora veoma male. Rastvori te vrste imaju specifične osobine i označavaju se kao koloidni rastvori.

Hemijske osobine sumpora

Na običnoj temperaturi sumpor je slabo aktivan. Tačka paljenja sumpora je na temperaturi od 250°C. Sumpor se veoma lako jedini samo sa fluorom, a sa hlorom već dosta teže. Sa drugim elementima kao na primjer vodonikom tek pri povišenoj temperaturi. Reaguje i sa metalima ali tek na povišenoj temperaturi, i te reakcije su egzotermne tako da se otpočeta reakcije sinteze sama nastavlja dalje nerijetko sa žarenjem smjese.

Toksičnost sumpora

Sumpor izaziva nadražaje sluzokože nosnih kanala i očiju. On ne izaziva jaka trovanja. Većina njegovih jedinjenja je otrovna.

Sumpor dioksid

Sumpor dioksid nastaje spaljivanjem sumpora na vazduhu. On je bezbojan gas, zagušljivog mirisa. Teži je od vazduha. Rastvara se u vodi. Rastvor koji nastaje je kiseo jer gas reaguje sa vodom gradeći sulfitnu kiselinu (H₂SO₃ ). To dokazuje da je sumpor dioksid kiseli oksid. Sulfitna kiselina je nestabilna i lahko se ponovo razlaže na sumpor dioksid i na vodu. Sumpor dioksid u obliku rastvora ili u vlažnom okruženju djeluje kao izbjeljivač. Sumpor dioksid izbjeljuje razne stvari redukujući sastojke koji se u njima nalaze. Sumpor dioksid se ispušta kao sporedni produkt iz automobila i iz dimnjaka fabrika zagađujući životnu sredinu. Napada sistem za disanje ljudi i životinja. Rastvarajući se u vazduhu uzrokuje kisele kiše koje uništavaju biljke, metalne konstrukcije i građevine.

Primjena sumpor dioksida

Određene količine se koriste za izbeljivanje vune i drvene mase pri produkciji papira. Određene količine se koriste i za produkciju bezalkoholnih pića, džemova i za sušenje voća, jer zaustavlja razvoj bakterija i gljivica. Većina sumpor dioksida se koristi za proizvodnju sulfitne kiseline.