Sērs ir viens no visizplatītākajiem zemes garozas elementiem. Visbiežāk tas ir atrodams minerālu sastāvā, kas papildus tam satur metālus. Ļoti interesanti ir procesi, kas notiek, sasniedzot sēra viršanas temperatūru un kušanas temperatūru. Šajā rakstā mēs analizēsim šos procesus, kā arī ar tiem saistītās grūtības. Bet vispirms ienirt šī elementa atklāšanas vēsturē.
Vēsture
Sērs savā dzimtajā formā, kā arī minerālvielu sastāvā ir pazīstams kopš senatnes. Sengrieķu tekstos ir aprakstīta tā savienojumu indīgā ietekme uz cilvēka ķermeni. Sēra dioksīds, kas izdalās šī elementa savienojumu sadegšanas laikā, patiešām var būt nāvējošs cilvēkiem. Ap 8. gadsimtu Ķīnā sēru sāka izmantot pirotehnisko maisījumu pagatavošanai. Nav brīnums, jo tieši šajā valstī tiek uzskatīts, ka šaujampulveris ir izgudrots.
Pat Senajā Ēģiptē cilvēki zināja metodi, kā apdedzināt sēru saturošu rūdu, kuras pamatā ir varš. Tādā veidā tika iegūts metāls. Sērs izplūda indīgas gāzes veidā SO2.
Lai gan tas ir slavens kopš seniem laikiem, zināšanas par to, kas ir sērs, radās, pateicoties franču dabaszinātnieka Antuāna darbamLavuazjē. Tieši viņš konstatēja, ka tas ir elements un tā sadegšanas produkti ir oksīdi.
Šeit ir tik īsa cilvēku iepazīšanās vēsture ar šo ķīmisko elementu. Tālāk mēs detalizēti runāsim par procesiem, kas notiek zemes zarnās un noved pie sēra veidošanās tādā formā, kādā tas ir tagad.
Kā rodas sērs?
Izplatīts nepareizs uzskats, ka šis elements visbiežāk sastopams tā sākotnējā (tas ir, tīrā) formā. Tomēr tā nav gluži taisnība. Vietējais sērs visbiežāk sastopams kā iekļaušana citās rūdās.
Šobrīd pastāv vairākas teorijas par elementa izcelsmi tā tīrākajā formā. Tie liecina par atšķirību sēra veidošanās laikā un rūdām, kurās tas atrodas. Pirmā, sinģenēzes teorija, pieņem sēra veidošanos kopā ar rūdām. Pēc viņas teiktā, dažas baktērijas, kas dzīvo okeānā, reducēja ūdenī esošos sulfātus līdz sērūdeņradim. Pēdējais savukārt pacēlās uz augšu, kur ar citu baktēriju palīdzību tika oksidēts līdz sēram. Viņa nokrita apakšā, sajaucās ar dūņām, un pēc tam tās kopā veidoja rūdu.
Epiģenēzes teorijas būtība ir tāda, ka sērs rūdā radās vēlāk nekā pats. Šeit ir vairākas filiāles. Mēs runāsim tikai par šīs teorijas visizplatītāko versiju. Tas sastāv no tā: gruntsūdeņi, kas plūst cauri sulfātu rūdu uzkrājumiem, ir bagātināti ar tiem. Pēc tam, ejot cauri naftas un gāzes laukiem, sulfātu joni ogļūdeņražu ietekmē tiek reducēti par sērūdeņradi. Sērūdeņradis, paceļoties uz virsmu, tiek oksidētsatmosfēras skābeklis līdz sēram, kas nosēžas iežos, veidojot kristālus. Šī teorija pēdējā laikā ir atradusi arvien vairāk apstiprinājumu, taču jautājums par šo transformāciju ķīmiju paliek atklāts.
No sēra rašanās procesa dabā, pāriesim pie tā modifikācijām.
Allotropija un polimorfisms
Sērs, tāpat kā daudzi citi periodiskās tabulas elementi, dabā pastāv vairākos veidos. Ķīmijā tos sauc par alotropiskām modifikācijām. Ir rombveida sērs. Tā kušanas temperatūra ir nedaudz zemāka nekā otrās modifikācijas: monoklīniskā (112 un 119 grādi pēc Celsija). Un tie atšķiras elementāro šūnu struktūrā. Rombiskais sērs ir blīvāks un stabilāks. Tas, uzkarsējot līdz 95 grādiem, var pāriet uz otro formu - monoklīnisku. Elementam, par kuru mēs runājam, ir analogi periodiskajā tabulā. Zinātnieki joprojām apspriež sēra, selēna un telūra polimorfismu. Viņiem ir ļoti ciešas attiecības vienam ar otru, un visas to radītās modifikācijas ir ļoti līdzīgas.
Un tad mēs analizēsim procesus, kas notiek sēra kušanas laikā. Bet pirms sākat, jums vajadzētu nedaudz ienirt kristāla režģa struktūras teorijā un parādībās, kas notiek matērijas fāzu pāreju laikā.
No kā izgatavots kristāls?
Kā jūs zināt, gāzveida stāvoklī viela ir molekulu (vai atomu) formā, kas nejauši pārvietojas telpā. šķidrā vielāto veidojošās daļiņas ir sagrupētas, taču tām joprojām ir diezgan liela pārvietošanās brīvība. Cietā apkopošanas stāvoklī viss ir nedaudz savādāk. Šeit sakārtotības pakāpe palielinās līdz maksimālajai vērtībai, un atomi veido kristāla režģi. Protams, tajā ir svārstības, taču tām ir ļoti maza amplitūda, un to nevar saukt par brīvu kustību.
Jebkuru kristālu var sadalīt elementārās šūnās – tādos secīgos atomu savienojumos, kas atkārtojas visā parauga savienojuma tilpumā. Šeit ir vērts precizēt, ka šādas šūnas nav kristāla režģis, un šeit atomi atrodas noteiktas figūras tilpuma iekšpusē, nevis tās mezglos. Katram kristālam tie ir individuāli, taču atkarībā no ģeometrijas tos var iedalīt vairākos galvenajos tipos (singonijā): triklīniskā, monoklīniskā, rombiskā, romboedriskā, tetragonālā, sešstūra, kubiskā.
Īsi analizēsim katru režģu veidu, jo tie ir sadalīti vairākās pasugās. Un sāksim ar to, kā tie var atšķirties viens no otra. Pirmkārt, tās ir malu garumu attiecības un, otrkārt, leņķis starp tām.
Tādējādi triklīniskā singonija, zemākā no visām, ir elementārs režģis (paralelogramma), kurā visas malas un leņķi nav vienādi viens ar otru. Vēl viens tā sauktās zemākās singoniju kategorijas pārstāvis ir monoklīnisks. Šeit divi šūnas stūri ir 90 grādu leņķī, un visām malām ir atšķirīgs garums. Nākamais veids, kas pieder pie zemākās kategorijas, ir rombiskā singonija. Tam ir trīs nevienādas malas, bet visi figūras leņķiir vienādi ar 90 grādiem.
Pārejam uz vidējo kategoriju. Un tā pirmais dalībnieks ir tetragonālā singonija. Šeit pēc analoģijas ir viegli uzminēt, ka visi tā attēlotās figūras leņķi ir vienādi ar 90 grādiem, un arī divas no trim malām ir vienādas viena ar otru. Nākamais pārstāvis ir romboedriskā (trigonālā) singonija. Šeit lietas kļūst nedaudz interesantākas. Šo veidu nosaka trīs vienādas malas un trīs leņķi, kas ir vienādi, bet nav taisni.
Pēdējais vidējās kategorijas variants ir sešstūra singonija. Ir vēl grūtāk to definēt. Šī opcija ir veidota no trim pusēm, no kurām divas ir vienādas un veido 120 grādu leņķi, bet trešā atrodas tām perpendikulārā plaknē. Ja ņemam trīs sešstūra singonijas šūnas un pievienosim tās vienu otrai, iegūsim cilindru ar sešstūra pamatni (tāpēc tam ir šāds nosaukums, jo "hexa" latīņu valodā nozīmē "seši").
Nu, visu singoniju augšdaļa, kurai ir simetrija visos virzienos, ir kubiska. Viņa ir vienīgā, kas pieder augstākajai kategorijai. Šeit jūs varat uzreiz uzminēt, kā to var raksturot. Visi leņķi un malas ir vienādi un veido kubu.
Tātad, esam pabeiguši teorijas analīzi par galvenajām singoniju grupām, un tagad sīkāk pastāstīsim par dažādu sēra formu uzbūvi un no tā izrietošajām īpašībām.
Sēra struktūra
Kā jau minēts, sēram ir divas modifikācijas: rombisks un monoklinisks. Pēc sadaļas par teorijuProtams, kļuva skaidrs, ar ko tie atšķiras. Bet visa būtība ir tāda, ka atkarībā no temperatūras režģa struktūra var mainīties. Visa būtība ir pašā pārvērtību procesā, kas notiek, kad tiek sasniegts sēra kušanas punkts. Tad kristāliskais režģis tiek pilnībā iznīcināts, un atomi var vairāk vai mazāk brīvi pārvietoties telpā.
Bet atgriezīsimies pie tādas vielas kā sērs struktūras un īpašībām. Ķīmisko elementu īpašības lielā mērā ir atkarīgas no to struktūras. Piemēram, sēram kristāla struktūras īpatnību dēļ piemīt flotācijas īpašība. Tās daļiņas nesamitrina ūdens, un tām pielipušie gaisa burbuļi izvelk tās uz virsmu. Tādējādi sēra gabaliņi peld, kad to iegremdē ūdenī. Tas ir pamats dažām metodēm šī elementa atdalīšanai no līdzīgu elementu maisījuma. Un tad mēs analizēsim galvenās metodes šī savienojuma ekstrakcijai.
Ražošana
Sērs var rasties ar dažādiem minerāliem, un tāpēc dažādos dziļumos. Atkarībā no tā tiek izvēlētas dažādas ekstrakcijas metodes. Ja dziļums ir neliels un pazemē nav gāzu uzkrāšanās, kas traucē ieguvi, tad materiāls tiek iegūts atklātā veidā: tiek noņemti iežu slāņi un, atrodot sēru saturošu rūdu, tiek nosūtīti pārstrādei. Bet, ja šie nosacījumi nav izpildīti un pastāv briesmas, tad tiek izmantota urbuma metode. Tam jāsasniedz sēra kušanas temperatūra. Šim nolūkam tiek izmantotas īpašas instalācijas. Aparāts sēra vienreizējai kausēšanai šajā metodē ir vienkārši nepieciešams. Bet par šo procesu - nedaudzvēlāk.
Kopumā, jebkādā veidā ekstrahējot sēru, pastāv liels saindēšanās risks, jo visbiežāk ar to nogulsnējas sērūdeņradis un sēra dioksīds, kas ir ļoti bīstami cilvēkiem.
Lai labāk izprastu konkrētas metodes trūkumus un priekšrocības, iepazīsimies ar sēru saturošas rūdas apstrādes metodēm.
Ekstrakcija
Šeit arī ir vairāki triki, kuru pamatā ir pavisam citas sēra īpašības. Starp tiem ir termiskā, ekstrakcijas, tvaika ūdens, centrbēdzes un filtrēšanas.
Visvairāk pārbaudītie no tiem ir termiskie. To pamatā ir fakts, ka sēra viršanas un kušanas temperatūra ir zemāka nekā rūdām, kurās tas "ieslēdzas". Vienīgā problēma ir tā, ka tas patērē daudz enerģijas. Temperatūras uzturēšanai agrāk bija nepieciešams sadedzināt daļu sēra. Neskatoties uz vienkāršību, šī metode ir neefektīva, un zaudējumi var sasniegt rekordlielus 45 procentus.
Mēs sekojam vēsturiskās attīstības atzaram, tāpēc pārejam pie tvaika-ūdens metodes. Atšķirībā no termiskajām metodēm šīs metodes joprojām tiek izmantotas daudzās rūpnīcās. Savādi, ka to pamatā ir viena un tā pati īpašība - sēra viršanas temperatūras un kušanas temperatūras atšķirība no saistītajiem metāliem. Vienīgā atšķirība ir tajā, kā notiek apkure. Viss process notiek autoklāvos – īpašās instalācijās. Tur tiek piegādāta bagātināta sēra rūda, kas satur līdz 80% iegūtā elementa. Pēc tam zem spiediena karsto ūdeni iesūknē autoklāvā.tvaiks. Sasilstot līdz 130 grādiem pēc Celsija, sērs kūst un tiek izņemts no sistēmas. Protams, paliek tā saucamās astes – ūdenī peldošās sēra daļiņas, kas veidojas ūdens tvaiku kondensācijas dēļ. Tie tiek noņemti un atkal ievietoti procesā, jo tajos ir arī daudz mums vajadzīgā elementa.
Viena no modernākajām metodēm - centrifūga. Starp citu, tas tika izstrādāts Krievijā. Īsāk sakot, tā būtība ir tāda, ka sēra un minerālvielu maisījuma kausējums, ko tas pavada, tiek iegremdēts centrifūgā un griežas lielā ātrumā. Smagākais iezis centrbēdzes spēka ietekmē tiecas prom no centra, bet pats sērs paliek augstāks. Pēc tam iegūtie slāņi tiek vienkārši atdalīti viens no otra.
Ir vēl viena metode, ko arī izmanto ražošanā līdz mūsdienām. Tas sastāv no sēra atdalīšanas no minerāliem, izmantojot īpašus filtrus.
Šajā rakstā mēs apskatīsim tikai termiskās metodes, lai iegūtu elementu, kas mums neapšaubāmi ir svarīgs.
Kausēšanas process
Siltuma pārneses izpēte sēra kausēšanas laikā ir svarīgs jautājums, jo tas ir viens no ekonomiskākajiem veidiem, kā iegūt šo elementu. Mēs varam apvienot sistēmas parametrus apkures laikā, un mums ir jāaprēķina to optimālā kombinācija. Šim nolūkam tiek veikts siltuma pārneses pētījums un sēra kausēšanas procesa pazīmju analīze. Šim procesam ir vairāki instalāciju veidi. Sēra kausēšanas katls ir viens no tiem. Iegūstiet meklēto preci ar šo produktu- tikai palīgs. Tomēr šodien ir īpaša iekārta - aparāts vienreizēja sēra kausēšanai. To var efektīvi izmantot ražošanā, lai ražotu augstas tīrības pakāpes sēru lielos daudzumos.
Šim nolūkam 1890. gadā tika izgudrota iekārta, kas ļauj dziļumā izkausēt sēru un izsūknēt to virspusē, izmantojot cauruli. Tās dizains ir diezgan vienkāršs un efektīvs darbībā: divas caurules atrodas viena otrā. Pa ārējo cauruli cirkulē līdz 120 grādiem pārkarsēts tvaiks (sēra kušanas temperatūra). Iekšējās caurules gals sasniedz mums vajadzīgā elementa nogulsnes. Sildot ar ūdeni, sērs sāk kust un izplūst. Viss ir pavisam vienkārši. Mūsdienu versijā instalācijā ir vēl viena caurule: tā atrodas caurules iekšpusē ar sēru, un caur to plūst saspiests gaiss, kas liek kausējumam ātrāk pacelties.
Ir vēl vairākas metodes, un viena no tām sasniedz sēra kušanas temperatūru. Divi elektrodi ir nolaisti pazemē un caur tiem tiek izvadīta strāva. Tā kā sērs ir tipisks dielektriķis, tas nevada strāvu un sāk ļoti sakarst. Tādējādi tas kūst un ar caurules palīdzību, tāpat kā pirmajā metodē, tiek izsūknēts. Ja viņi vēlas nosūtīt sēru sērskābes ražošanai, tad tas tiek aizdedzināts pazemē un iegūtā gāze tiek izņemta. To tālāk oksidē līdz sēra oksīdam (VI) un pēc tam izšķīdina ūdenī, iegūstot galaproduktu.
Mēs esam analizējuši sēra kušanu, sēra kausēšanu un tā ekstrakcijas metodes. Tagad ir pienācis laiks noskaidrot, kāpēc ir vajadzīgas tik sarežģītas metodes. Faktiski sēra kušanas procesa analīze untemperatūras kontroles sistēma ir nepieciešama, lai labi notīrītu un efektīvi izmantotu ekstrakcijas galaproduktu. Galu galā sērs ir viens no svarīgākajiem elementiem, kam ir galvenā loma daudzās mūsu dzīves jomās.
Pieteikums
Nav jēgas teikt, kur tiek izmantoti sēra savienojumi. Vieglāk ir pateikt, kur tie neattiecas. Sērs ir atrodams jebkurā gumijā un gumijas izstrādājumos, gāzē, kas tiek piegādāta mājām (tur tas ir nepieciešams, lai identificētu noplūdi, ja tāda notiek). Šie ir visizplatītākie un vienkāršākie piemēri. Patiesībā sēra pielietojumi ir neskaitāmi. Tos visus uzskaitīt ir vienkārši nereāli. Bet, ja mēs apņemamies to darīt, izrādās, ka sērs ir viens no būtiskākajiem elementiem cilvēcei.
Secinājums
No šī raksta jūs uzzinājāt, kāda ir sēra kušanas temperatūra, kāpēc šis elements mums ir tik svarīgs. Ja jūs interesē šis process un tā izpēte, tad, iespējams, esat iemācījušies kaut ko jaunu sev. Piemēram, tās var būt sēra kušanas pazīmes. Jebkurā gadījumā pilnībai nav robežu, un zināšanas par rūpniecībā notiekošajiem procesiem netraucēs nevienam no mums. Jūs varat patstāvīgi turpināt apgūt sēra un citu zemes garozā esošo elementu ieguves, ieguves un apstrādes procesu tehnoloģiskās smalkumus.
