Lo zolfo è uno degli elementi più comuni della crosta terrestre. Molto spesso, si trova nella composizione di minerali contenenti metalli oltre ad esso. Molto interessanti sono i processi che si verificano quando si raggiungono il punto di ebollizione e il punto di fusione dello zolfo. Analizzeremo questi processi, nonché le difficoltà ad essi associati, in questo articolo. Ma prima, tuffiamoci nella storia della scoperta di questo elemento.
Cronologia
Nella sua forma nativa, oltre che nella composizione dei minerali, lo zolfo è noto fin dall'antichità. Negli antichi testi greci viene descritto l'effetto velenoso dei suoi composti sul corpo umano. L'anidride solforosa rilasciata durante la combustione dei composti di questo elemento può infatti essere mortale per le persone. Intorno all'VIII secolo, lo zolfo iniziò ad essere utilizzato in Cina per produrre miscele pirotecniche. Non c'è da stupirsi, perché è in questo paese che si crede sia stata inventata la polvere da sparo.
Anche nell'antico Egitto, la gente conosceva un metodo per arrostire il minerale contenente zolfo a base di rame. Ecco come veniva estratto il metallo. Lo zolfo è fuoriuscito sotto forma di gas velenoso SO2.
Nonostante sia famoso fin dall'antichità, la conoscenza di cosa sia lo zolfo, è arrivata grazie all'opera del naturalista francese AntoineLavoisier. Fu lui a stabilire che è un elemento e che i suoi prodotti di combustione sono ossidi.
Ecco una breve storia della conoscenza delle persone con questo elemento chimico. Successivamente, parleremo in dettaglio dei processi che hanno luogo nelle viscere della terra e portano alla formazione di zolfo nella forma in cui è ora.
Come nasce lo zolfo?
C'è un malinteso comune sul fatto che questo elemento si trovi più spesso nella sua forma nativa (cioè pura). Tuttavia, questo non è del tutto vero. Lo zolfo nativo si trova più spesso come inclusione in altri minerali.
Al momento, ci sono diverse teorie sull'origine dell'elemento nella sua forma più pura. Suggeriscono una differenza nel tempo di formazione dello zolfo e nei minerali in cui è disseminato. La prima, la teoria della singenesi, presuppone la formazione di zolfo insieme ai minerali. Secondo lei, alcuni batteri che vivono nell'oceano, hanno ridotto i solfati nell'acqua a idrogeno solforato. Quest'ultimo, a sua volta, si alzò, dove, con l'aiuto di altri batteri, fu ossidato a zolfo. Cadde sul fondo, mescolata al limo, e successivamente insieme formarono il minerale.
L'essenza della teoria dell'epigenesi è che lo zolfo nel minerale si è formato più tardi di se stesso. Ci sono diversi rami qui. Parleremo solo della versione più comune di questa teoria. Consiste in questo: le acque sotterranee, che scorrono attraverso accumuli di minerali solfati, si arricchiscono di esse. Quindi, passando attraverso i giacimenti di petrolio e gas, gli ioni solfato vengono ridotti ad idrogeno solforato a causa degli idrocarburi. L'idrogeno solforato, salendo in superficie, viene ossidatoossigeno atmosferico allo zolfo, che si deposita nelle rocce formando cristalli. Questa teoria ha recentemente trovato sempre più conferme, ma la questione della chimica di queste trasformazioni resta aperta.
Dal processo di origine dello zolfo in natura, passiamo alle sue modificazioni.
Allotropia e polimorfismo
Lo zolfo, come molti altri elementi della tavola periodica, esiste in natura in diverse forme. In chimica sono dette modificazioni allotropiche. C'è zolfo rombico. Il suo punto di fusione è leggermente inferiore a quello della seconda modifica: monoclina (112 e 119 gradi Celsius). E differiscono nella struttura delle cellule elementari. Lo zolfo rombico è più denso e stabile. Può, se riscaldato a 95 gradi, entrare in una seconda forma: monoclina. L'elemento di cui stiamo parlando ha analoghi nella tavola periodica. Il polimorfismo di zolfo, selenio e tellurio è ancora oggetto di discussione da parte degli scienziati. Hanno un rapporto molto stretto tra loro e tutte le modifiche che formano sono molto simili.
E poi analizzeremo i processi che avvengono durante lo scioglimento dello zolfo. Ma prima di iniziare, dovresti immergerti un po' nella teoria della struttura del reticolo cristallino e dei fenomeni che si verificano durante le transizioni di fase della materia.
Di cosa è fatto un cristallo?
Come sai, allo stato gassoso, la sostanza è sotto forma di molecole (o atomi), che si muovono casualmente nello spazio. nella materia liquidale sue particelle costituenti sono raggruppate, ma hanno ancora una libertà di movimento abbastanza ampia. In un solido stato di aggregazione, tutto è un po' diverso. Qui il grado di ordine aumenta al suo valore massimo e gli atomi formano un reticolo cristallino. Certo, ci sono delle fluttuazioni, ma hanno un'ampiezza molto piccola, e questo non può essere chiamato movimento libero.
Qualsiasi cristallo può essere diviso in celle elementari - tali composti consecutivi di atomi che si ripetono per l'intero volume del composto campione. Qui vale la pena chiarire che tali celle non sono un reticolo cristallino, e qui gli atomi si trovano all'interno del volume di una certa figura e non ai suoi nodi. Per ogni cristallo sono individuali, ma possono essere suddivisi in diversi tipi principali (sinconia) a seconda della geometria: triclini, monoclini, rombici, romboedrici, tetragonali, esagonali, cubici.
Analizziamo brevemente ogni tipo di reticolo, perché sono divisi in diverse sottospecie. E iniziamo con come possono differire l'uno dall' altro. In primo luogo, questi sono i rapporti tra le lunghezze dei lati e, in secondo luogo, l'angolo tra di loro.
Così, la singonia triclina, la più bassa di tutte, è un reticolo elementare (parallelogramma), in cui tutti i lati e gli angoli non sono uguali tra loro. Un altro rappresentante della cosiddetta categoria inferiore delle singonie è il monoclino. Qui, due angoli della cella sono di 90 gradi e tutti i lati hanno lunghezze diverse. Il tipo successivo appartenente alla categoria più bassa è la singonia rombica. Ha tre lati disuguali, ma tutti gli angoli della figurasono uguali a 90 gradi.
Passiamo alla categoria centrale. E il suo primo membro è la singonia tetragonale. Qui, per analogia, è facile intuire che tutti gli angoli della figura che rappresenta sono uguali a 90 gradi, e anche due dei tre lati sono uguali tra loro. Il prossimo rappresentante è la singonia romboedrica (trigonale). È qui che le cose si fanno un po' più interessanti. Questo tipo è definito da tre lati uguali e tre angoli uguali ma non diritti.
L'ultima variante della categoria media è la singonia esagonale. C'è ancora più difficoltà nel definirlo. Questa opzione è costruita su tre lati, due dei quali sono uguali e formano un angolo di 120 gradi, e il terzo è su un piano perpendicolare ad essi. Se prendiamo tre celle della singonia esagonale e le colleghiamo l'una all' altra, otterremo un cilindro a base esagonale (ecco perché ha un tale nome, perché "hexa" in latino significa "sei").
Beh, la cima di tutte le singonie, avendo simmetria in tutte le direzioni, è cubica. Lei è l'unica appartenente alla categoria più alta. Qui puoi immediatamente intuire come può essere caratterizzato. Tutti gli angoli e i lati sono uguali e formano un cubo.
Quindi, abbiamo terminato l'analisi della teoria sui principali gruppi di singonie, e ora parleremo più in dettaglio della struttura delle varie forme di zolfo e delle proprietà che ne conseguono.
La struttura dello zolfo
Come già accennato, lo zolfo ha due modificazioni: rombica e monoclina. Dopo la sezione sulla teoriaSicuramente è diventato chiaro come differiscono. Ma il punto è che, a seconda della temperatura, la struttura del reticolo può cambiare. L'intero punto è proprio nel processo di trasformazioni che si verificano quando viene raggiunto il punto di fusione dello zolfo. Quindi il reticolo cristallino viene completamente distrutto e gli atomi possono muoversi più o meno liberamente nello spazio.
Ma torniamo alla struttura e alle caratteristiche di una sostanza come lo zolfo. Le proprietà degli elementi chimici dipendono in gran parte dalla loro struttura. Ad esempio, lo zolfo, per le peculiarità della struttura cristallina, ha la proprietà di flottazione. Le sue particelle non vengono bagnate dall'acqua e le bolle d'aria che vi aderiscono le tirano in superficie. Pertanto, lo zolfo grumo galleggia quando immerso in acqua. Questa è la base per alcuni metodi per separare questo elemento da una miscela di altri simili. E poi analizzeremo i metodi principali per estrarre questo composto.
Produzione
Lo zolfo può essere presente con diversi minerali, e quindi a diverse profondità. A seconda di ciò, vengono scelti diversi metodi di estrazione. Se la profondità è bassa e non ci sono accumuli di gas nel sottosuolo che interferiscono con l'attività mineraria, il materiale viene estratto con un metodo aperto: gli strati di roccia vengono rimossi e, trovando minerale contenente zolfo, vengono inviati alla lavorazione. Ma se queste condizioni non sono soddisfatte e ci sono pericoli, viene utilizzato il metodo del pozzo trivellato. Deve raggiungere il punto di fusione dello zolfo. Per questo vengono utilizzate installazioni speciali. È semplicemente necessario un apparato per fondere lo zolfo in grumi in questo metodo. Ma su questo processo - un po 'dopo.
In generale, quando si estrae lo zolfo in qualsiasi modo, c'è un alto rischio di avvelenamento, perché molto spesso vi si depositano idrogeno solforato e anidride solforosa, che sono molto pericolosi per l'uomo.
Per comprendere meglio gli svantaggi ei vantaggi di un particolare metodo, conosciamo i metodi di lavorazione del minerale contenente zolfo.
Estrazione
Anche qui ci sono diversi trucchi basati su proprietà completamente diverse dello zolfo. Tra questi ci sono termica, estrazione, vapore-acqua, centrifuga e filtrazione.
I più collaudati sono quelli termici. Si basano sul fatto che i punti di ebollizione e di fusione dello zolfo sono inferiori a quelli dei minerali in cui si "sposa". L'unico problema è che consuma molta energia. Per mantenere la temperatura era necessario bruciare parte dello zolfo. Nonostante la sua semplicità, questo metodo è inefficace e le perdite possono raggiungere un record del 45%.
Stiamo seguendo il ramo dello sviluppo storico, quindi passiamo al metodo vapore-acqua. A differenza dei metodi termici, questi metodi sono ancora utilizzati in molte fabbriche. Stranamente, si basano sulla stessa proprietà: la differenza nel punto di ebollizione e nel punto di fusione dello zolfo da quelli per i metalli associati. L'unica differenza è come avviene il riscaldamento. L'intero processo avviene in autoclavi - installazioni speciali. Lì viene fornito minerale di zolfo arricchito contenente fino all'80% dell'elemento estratto. Quindi, sotto pressione, l'acqua calda viene pompata nell'autoclave.vapore. Riscaldandosi fino a 130 gradi Celsius, lo zolfo si scioglie e viene rimosso dal sistema. Naturalmente, rimangono le cosiddette code: particelle di zolfo che galleggiano nell'acqua formate a causa della condensazione del vapore acqueo. Vengono rimossi e rimessi nel processo, poiché contengono anche molti degli elementi di cui abbiamo bisogno.
Uno dei metodi più moderni: la centrifuga. A proposito, è stato sviluppato in Russia. Insomma, la sua essenza è che il fuso di una miscela di zolfo e minerali con cui si accompagna viene immerso in una centrifuga e gira ad alta velocità. La roccia più pesante tende ad allontanarsi dal centro a causa della forza centrifuga, mentre lo zolfo stesso rimane più alto. Quindi i livelli risultanti vengono semplicemente separati l'uno dall' altro.
C'è un altro metodo che viene utilizzato anche nella produzione fino ad oggi. Consiste nel separare lo zolfo dai minerali attraverso appositi filtri.
In questo articolo considereremo esclusivamente i metodi termici per estrarre un elemento per noi senza dubbio importante.
Processo di fusione
Lo studio del trasferimento di calore durante la fusione dello zolfo è una questione importante, perché questo è uno dei modi più economici per estrarre questo elemento. Possiamo combinare i parametri del sistema durante il riscaldamento e dobbiamo calcolare la loro combinazione ottimale. È a questo scopo che vengono effettuati uno studio del trasferimento di calore e un'analisi delle caratteristiche del processo di fusione dello zolfo. Esistono diversi tipi di installazioni per questo processo. La caldaia per la fusione dello zolfo è una di queste. Ottenere l'articolo che stai cercando con questo prodotto- solo un aiutante. Tuttavia, oggi esiste un'installazione speciale: un apparato per sciogliere lo zolfo in grumi. Può essere efficacemente utilizzato nella produzione per produrre zolfo di elevata purezza in grandi quantità.
A tale scopo, nel 1890, fu inventata un'installazione che consente di fondere lo zolfo in profondità e di pomparlo in superficie utilizzando un tubo. Il suo design è abbastanza semplice ed efficace in azione: due tubi si trovano l'uno nell' altro. Il vapore surriscaldato a 120 gradi (punto di fusione dello zolfo) circola attraverso il tubo esterno. L'estremità del tubo interno raggiunge i depositi dell'elemento di cui abbiamo bisogno. Quando riscaldato dall'acqua, lo zolfo inizia a sciogliersi e ad uscire. Tutto è abbastanza semplice. Nella versione moderna, l'installazione contiene un altro tubo: è all'interno del tubo con zolfo e l'aria compressa scorre attraverso di esso, il che fa salire più rapidamente la massa fusa.
Ci sono molti altri metodi e uno di questi raggiunge il punto di fusione dello zolfo. Due elettrodi vengono abbassati sottoterra e una corrente viene fatta passare attraverso di essi. Poiché lo zolfo è un tipico dielettrico, non conduce corrente e inizia a diventare molto caldo. Quindi, si scioglie e con l'aiuto di un tubo, come nel primo metodo, viene pompato fuori. Se vogliono inviare zolfo alla produzione di acido solforico, viene dato alle fiamme sottoterra e il gas risultante viene eliminato. Viene ulteriormente ossidato ad ossido di zolfo (VI) e quindi sciolto in acqua, ottenendo il prodotto finale.
Abbiamo analizzato lo scioglimento dello zolfo, lo scioglimento dello zolfo ei metodi della sua estrazione. Ora è il momento di scoprire perché sono necessari metodi così complessi. Infatti, l'analisi del processo di fusione dello zolfo eè necessario un sistema di controllo della temperatura per pulire bene e applicare efficacemente il prodotto finale dell'estrazione. Dopotutto, lo zolfo è uno degli elementi più importanti che svolgono un ruolo chiave in molti settori della nostra vita.
Applicazione
Non ha senso dire dove vengono usati i composti di zolfo. È più facile dire dove non si applicano. Lo zolfo si trova in qualsiasi gomma e prodotti in gomma, nel gas che viene fornito alle case (lì è necessario identificare una perdita se si verifica). Questi sono gli esempi più comuni e semplici. In effetti, le applicazioni dello zolfo sono innumerevoli. Elencarli tutti è semplicemente irrealistico. Ma se ci impegniamo a farlo, si scopre che lo zolfo è uno degli elementi più essenziali per l'umanità.
Conclusione
Da questo articolo, hai imparato qual è il punto di fusione dello zolfo, perché questo elemento è così importante per noi. Se sei interessato a questo processo e al suo studio, probabilmente hai imparato qualcosa di nuovo per te stesso. Ad esempio, queste possono essere caratteristiche della fusione dello zolfo. In ogni caso, non c'è limite alla perfezione e la conoscenza dei processi che avvengono nell'industria non interferirà con nessuno di noi. Puoi continuare in modo indipendente a padroneggiare le complessità tecnologiche dei processi di estrazione, estrazione e lavorazione dello zolfo e di altri elementi contenuti nella crosta terrestre.
