Siarka i selen- wzory, właściwości
Siarka i selen to odpowiednio drugi i trzeci pierwiastek VI grupy układu okresowego, pierwszym pierwiastkiem w tej grupie jest tlen, jednak jego własności są znacząco różne. Siarka i selen mają zdecydowanie niższą elektroujemność niż tlen, i mogą przyjmować wyższe stopnie utlenienia (do +VI), tworząc stabilne związki z tlenem i fluorowcami, np.\( SF_6\), \(SO_3\). W stanie wolnym, zarówno siarka jak i selen są ciałami stałymi. W stanie wolnym, zarówno siarka jak i selen są ciałami stałymi. Siarka przyjmuje szereg odmian alotropowych o różnych strukturach, z których najczęściej występujące jest odmiany składają się z pierścieni \(S_8\). Są to: siarka rombowa (α), siarka jednoskośna (β) i znacznie rzadsza odmiana γ. Selen występuje w postaci długich łańcuchów połączonych wiązaniami pojedynczymi. Wybrane właściwości siarki i selenu przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1: Wybrane właściwości siarki i selenu
|
Nazwa pierwiastka |
Symbol |
Konfiguracja elektronowa |
Trwałe Izotopy |
Temp. przemian fazowych [K] |
Główne źródło w przyrodzie |
|
|
topnienia |
wrzenia |
|||||
|
Siarka |
\(S\) |
\([Ne]3s^23p^4\) |
\(^{32}S\) (95,02%), \(^{33}S\) (0,75%), \(^{34}S\) (4,21%), \(^{36}S \)(0,02%)
|
388,36 |
718,8 |
W postaci zanieczyszczeń w ropie naftowej, węglu i gazie ziemnym |
|
Selen |
\(Se\) |
\([Ar]4s^23d^{10}4p^4\) |
\(^{74}Se \)(0,87%), \(^{76}Se\)(9,36%), \(^{77}Se\) (7,63%),\( ^{78}Se\) (23,78%), \(^{80}Se\) (49,61%) ** |
494,0 |
958,0 |
Jako zanieczyszczenie w minerałach siarczkowych (zastępuje część siarki) |
** Selen ponadto posiada 2 izotopy promieniotwórcze o dużym \(t _{ \frac{1}{2} } \) : \(^{79}Se\) (ślady,\( t _{ \frac{1}{2} } =3,27 \cdot 10^5 lat\)), \(^{82}Se\) (8,73%, \(t _{ \frac{1}{2} } = 1,08 \cdot 10^{20} lat\))
Siarka i selen- występowanie w przyrodzie
W przyrodzie, siarka występuje jako wolny pierwiastek, głównie w postaci wspomnianej wyżej siarki rombowej lub jednoskośnej. Występuje również w postaci szeregu minerałów siarczkowych (sole kwasu siarkowodorowego) i siarczanowych (sole kwasu siarkowego(VI)). Najważniejsze minerały siarczkowe to piryt \(FeS_2\), chalkopiryt \(CuFeS_2\), sfaleryt \(ZnS\), galena \(PbS\). Wśród minerałów siarczanowych można wymienić: anhydryt \(CaSO_4\), gips krystaliczny – uwodniony \(CaSO_4\), chalkantyt – uwodniony \(CuSO_4\), baryt – \(BaSO_4\). Obecnie, większość siarki produkowanej na świecie powstaje w procesach odsiarczania paliw kopalnych (ropy, węgla) lub w procesach odsiarczania spalin przemysłowych.
Selen w przyrodzie występuje głównie w postaci zanieczyszczeń w minerałach siarczkowych. Rzadko występuje w formie czystego pierwiastka lub minerałów. Przemysłowo, selen otrzymywany jest jako produkt uboczny podczas elektrolitycznego oczyszczania miedzi lub podczas produkcji kwasu siarkowego(VI).
Zarówno siarka, jak i selen są niezbędne dla organizmów żywych: siarka jako makroelement, wchodzący w skład aminokwasów cysteiny i metioniny. Cysteina odgrywa istotną rolę w kształtowaniu trójwymiarowej struktury białek (mostki dwusiarczkowe) oraz w procesach utleniania-redukcji jako fragment tripeptydu – glutationu (GSH). Selen natomiast jest pierwiastkiem śladowym, występującym w organizmach w postaci selenowodoru, \(H_2S\) oraz w strukturze aminokwasów – selenocysteiny i selenometioniny, a także metyloselenocysteiny, które są selenowymi analogami cysteiny, metioniny i metylocysteiny.
Siarka i selen- otrzymywanie
Siarkę wydobywa się albo przez metody odkrywkowe, lub też poprzez wytopienie jej z wydobytej skały. Siarkę można także otrzymać z dwutlenku siarki redukując ją np. tlenkiem węgla lub koksem. Pozyskiwanie siarki z siarkowodoru jest kolejną metodą otrzymywania czystej siarki.
Selen natomiast otrzymuje się w procesie ubocznym rafiancji rud miedzi i siarki. Inną metodą jest wytracanie hydrazyną selenu z kwasu selenowego \(H_2SeO_3\).
Siarka i selen- zastosowania
Siarka w stanie wolnym wykorzystywana jest w procesie wulkanizacji gumy (produkcja opon różnego typu), w którym wielosiarczki sieciują organiczny polimer. Pierwiastkowa siarka jest również składnikiem prochu strzelniczego. W postaci siarczanu wapnia (minerały gips i anhydryt) siarka znajduje zastosowanie w budownictwie (cement portlandzki) i do produkcji nawozów sztucznych. Kwas siarkowy(VI), \(H_2SO_4\) jest jednym z podstawowych chemikaliów przemysłowych.
Selen znajduje zastosowanie głównie w produkcji barwnego szkła (kolor czerwony szkła uzyskiwany jest dzięki mieszance selenku kadmu i siarczku kadmu) oraz w produkcji ogniw słonecznych (selenek miedzi – indu – galu), a także w procesie elektrolitycznego otrzymywania manganu.
Związki siarki i selenu
Do najważniejszych związków siarki i selenu należą siarczki i selenki (stopień utlenienia –II), tlenki (stopnie utlenienia +IV, +VI, ale również inne) oraz kwasy tlenowe (+IV i +VI). Związki te są szerzej opisane w dalszych tekstach.