KÉN: ELŐZMÉNYEK, TULAJDONSÁGOK, SZERKEZET, ELŐÁLLÍTÁS, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2026

A kén nemfémes elem vezet az oxigén alatt a periódusos rendszer kalkogének csoportjába. Ezt kifejezetten található csoportban 16 idő 3, és képviseli a kémiai szimbólum S. a természetes izotópok, ³² S messze a legnagyobb mennyiségben (körülbelül 94% az összes kén-atom).

Ez a Föld egyik leggazdagabb eleme, amely teljes tömegének körülbelül 3% -át teszi ki. Más szavakkal, ha a bolygó összes kénét elvetnék, két sárga hold épülhetne fel; három műhold lenne egy helyett. Különböző oxidációs állapotokat képes átvenni (+2, -2, +4 és +6), így sói számosak, és gazdagítják a földkéreg és -magot.

Kén kristályok. Forrás: Pixabay.

A kén jelentése a sárga, a rossz szagok és a pokol szinonimája. Rossz szagainak fő oka a származékai; különösen a szénsavas és a szerves is. A többi, ásványi anyagok szilárd anyagok és olyan színekkel rendelkeznek, amelyek magukban foglalják a sárga, a szürke, a fekete és a fehér (többek között).

Ez az egyik elem, amely a legtöbb alotrópot bemutatja. Megtalálható a kis, diszkrét molekulák S ₂ vagy S ₃; gyűrűként vagy ciklusként az ortorombás és monoklin kén S _{8, amely} a legstabilabb és legszélesebb; és spirális láncokként.

Nemcsak a földkéregben található ásványi anyagok formájában, hanem testünk biológiai mátrixaiban is. Például a cisztin, cisztein és metionin aminosavakban, vasfehérjékben, keratinben és néhány vitaminban található. A fokhagymában, a grapefruitban, a hagymában, a káposztaban, a brokkoliban és a karfiolban is megtalálható.

Kémiailag lágy elem, oxigén hiányában kéntartalmú ásványokat és szulfátokat képez. Kék lánggal ég, amorf vagy kristályos szilárd anyagként jelentkezhet.

Annak ellenére, hogy elengedhetetlen a kénsav szintéziséhez, egy erősen maró hatású anyag és kellemetlen szagokkal rendelkezik, valójában jóindulatú elem. A ként bármilyen helyiségben nagy óvintézkedések nélkül lehet tárolni, mindaddig, amíg a tűz elkerülhető.

A kén előzményei

A Bibliában

A kén az emberiség történetének egyik legrégebbi eleme; annyira, hogy a felfedezése bizonytalan, és nem ismeretes az ősi civilizációk közül melyik használta először (4000 évvel Krisztus előtt). A Biblia legelején megtalálható a kísértet és a pokol kíséretében.

A pokol feltételezhető kénszagát úgy gondolják, hogy a vulkáni kitörésekhez kapcsolódik. Az első felfedezőnek biztosan találkoznia kellett e elem bányáival, például porokkal vagy sárga kristályokkal a vulkán közelében.

Antikvitás

Ez a sárgás színű szilárd anyag hamarosan figyelemre méltó gyógyító hatást mutatott. Az egyiptomiak például ként használtak a szemhéj gyulladásának kezelésére. Ezenkívül enyhítette a rákot és a pattanásokat is, ezt az alkalmazást manapság a kénszappanokban és más bőrgyógyászati ​​készítményekben is meg lehet találni.

A rómaiak ezt az elemet rituáléikban füstölőként és fehérítőként használtak. Amikor ég, SO ₂ -et bocsát ki, amely elárasztotta a helyiségeket, keveredve a páratartalommal, és olyan antibakteriális közeget biztosítva, amely képes a rovarok elpusztítására.

A rómaiak, akárcsak a görögök, felfedezték a kén magas éghetőségét, ezért vált a tűz szinonimájává. Kék lángjának színének meg kell világítania a római cirkuszt. Úgy gondolják, hogy a görögök a maga részéről felhasználták ezt az elemet gyújtófegyverek létrehozására.

A kínaiak a maga részéről megtudták, hogy a kén sóval (KNO ₃) és a szén keverésével létrehozták az anyag fekete porát, amely történelmi fordulatot hozott, és ez az ásvány az Egyesült Államokban nagy igényeket és érdeklődést váltott ki az akkori nemzetek körében.

Modern idők

Mintha a fegyverpor nem lenne elég ok arra, hogy ként beborítson, a kénsav és annak ipari alkalmazásai hamarosan megjelentek. És a kénsav rúdjával meghatározták az ország gazdagságát vagy jólétét a vegyület fogyasztásának szintjéhez viszonyítva.

Csak a briliáns vegyész, Antoine Lavoisier tudta felismerni a ként, és elemeként osztályozni 1789-ben. Aztán 1823-ban a német kémikus, Eilhard Mitscherlich felfedezte, hogy a kén túlnyomórészt kétféle módon kristályosodhat: romboedrikus és monoklinikus.

A kén története a vegyületek és alkalmazások ugyanazon irányát követi. A kénsav óriási ipari jelentőségével együtt a gumik vulkanizálása, a penicillin szintézise, ​​az aknák kiaknázása, a kénben gazdag nyersolaj finomítása, a talaj táplálása stb.

Tulajdonságok

Fizikai megjelenés

Törékeny szilárd anyag por vagy kristály formájában. Színe tompa citrom-sárga, íztelen és nincs szaga.

Folyékony megjelenés

A folyékony kén egyedülálló abban, hogy kezdeti sárga színe vörösesvé válik, és magas hőmérsékleten való fokozódása és sötétedése következik be. Amikor ég, fényes kék lángot bocsát ki.

Moláris tömeg

32 g / mol.

Olvadáspont

115,21 ° C.

Forráspont

445 ° C

gyújtási pont

160 ° C

Öngyulladási hőmérséklet

232 ° C

Sűrűség

2,1 g / ml. Más alotrópok azonban lehetnek kevésbé sűrűek.

Moláris hőkapacitás

22,75 J / mol K

Kovalens sugár

105 ± 15 óra.

elektronegativitás

2,58 a Pauling skálán.

Polaritás

Az SS kötések apolárisak, mivel mindkét kénatom azonos elektronegativitással rendelkezik. Ez az összes allotrópját, ciklikus vagy lánc alakú, nem polárisvá teszi; ezért tehát a vízzel való kölcsönhatása nem hatékony, és nem oldható meg benne.

Azonban, a kén lehet oldjuk apoláros oldószerek, például szén-diszulfidban, a CS ₂, és az aromások (benzol, toluol, xilol, stb).

Ion

A kén különféle ionokat képezhet, általában anionokat. A legismertebb a kén, S ^2-. S ^2- jellemzi, hogy terjedelmes, és van egy puha Lewis-bázis.

Mivel ez lágy bázis, az elmélet kijelenti, hogy hajlamos vegyületeket képezni lágy savakkal; például átmeneti fém kationok, ideértve a Fe ²⁺, Pb ²⁺ és Cu ²⁺.

Felépítés és elektronikus konfiguráció

A kén korona

S8 molekula, a legstabilabb és legszélesebb körű kén alotróp. Forrás: Benjah-bmm27.

A kén előfordulhat sokféle alotrópban; és ezek viszont kristályszerkezettel rendelkeznek, amelyek különböző nyomásokon és / vagy hőmérsékleten változnak. Ezért a kén allotrópokban és polimorfokban gazdag elem, szilárd szerkezeteinek vizsgálata az elméleti-kísérleti munka végtelen forrása.

Miért ilyen szerkezeti összetettség? Először is, a kénben (SS) lévő kovalens kötések nagyon erősek, ezeket csak a szén, a CC és a hidrogén, a HH kötődése felülmúlja.

A kén, a szénel ellentétben, nem tetraédereket, hanem bumerangokat képez; hogy szögeikkel összehajtva és gyűrűvel stabilizálják a kénláncokat. A legismertebb gyűrű, amely a kén legstabilabb allotrópját is képviseli, az S ₈, a „kénkorona” (felső kép).

Vegye figyelembe, hogy az S ₈ összes SS összekötő része különálló bumerángoknak tűnik, így gyűrűt képeznek, és egyáltalán nem laposak. Ezek az S ₈ koronák a londoni erőkön keresztül kölcsönhatásba lépnek, és úgy orientálódnak, hogy szerkezeti mintákat hozzanak létre, amelyek meghatározzák az ortorombás kristályt; az úgynevezett S ₈ α (S-α, vagy egyszerűen ortorombikus kén).

Polimorfokhoz

A kénkorona egyike a sok allotrópnak ezen elem számára. S ₈ α ennek a koronának a polimorf formája. Van még két másik (az egyik legfontosabb) néven S ₈ β és S ₈ γ (S-β és az S-γ, sorrendben). Mindkét polimorf kristályosodik át monoklin struktúrák, S ₈ γ hogy sűrűbb (gamma kén).

Mindhárom sárga szilárd anyag. De hogyan kapja meg az egyes polimorfokat külön-külön?

S ₈ β úgy állítjuk elő, S ₈ α, hogy 93 ° C, majd lehetővé teszi annak lassú hűtés lelassítani átmenetet vissza a rombos fázis (az α). És viszont S ₈ γ akkor érhető el, amikor az S ₈ a 150 ° C-on megolvad, és engedi ismét lassan lehűlni; ez a sűrűbb a kénkorona polimorfok közül.

Egyéb ciklikus allotrópok

Az S ₈ korona nem az egyetlen ciklikus allotróp. Vannak mások, mint az S ₄, S ₅ (analóg ciklopentán), S ₆ (képviselők egy hatszög, mint a ciklohexán), S ₇, S ₉, és a S _10-20; ez utóbbi azt jelenti, hogy lehetnek gyűrűk vagy ciklusok, amelyek tíz-húsz kénatomot tartalmazhatnak.

Mindegyik a kén különböző ciklikus alotrópjait képviseli; viszont, hangsúlyozva, polimorf vagy polimorf szerkezetű változatok vannak, amelyek függnek a nyomástól és a hőmérséklettől.

Például, S ₇ legfeljebb négy ismert polimorfok: α, β, γ, és δ. A magasabb molekulatömegű tagok vagy koronák szerves szintézis termékei, és a természetben nem dominálnak.

Kénláncok

Kénlánc. Forrás: OpenStax

Ahogy több kénatom van beépítve a szerkezetbe, gyűrűződésük csökken, és a kénláncok nyitva maradnak, és spirális alakváltozásokat hajtanak végre (mintha spirál vagy csavar lenne).

Így létrejön egy másik nagy mennyiségű kénalotróp család, amely nem gyűrűkből vagy ciklusokból áll, hanem láncokból (mint például a fenti képen).

Amikor ezek az SS láncok párhuzamosan helyezkednek el a kristályban, csapdába ejtik a szennyeződéseket, és végül meghatároznak egy szálas szilárd anyagot, amelyet szálas kénnek vagy S-ψ-nek hívnak. Ha ezek között a párhuzamos láncok között vannak kovalens kötések, amelyek összekapcsolják őket (amint ez történik a gumi vulkanizálásával), akkor lamináris kén van.

Amikor az S ₈ kén megolvad, sárgás folyékony fázist kapunk, amely sötétedhet, ha a hőmérsékletet megemelik. Ennek oka az, hogy az SS kötések megsérülnek, és ezért termikus depolimerizációs folyamat zajlik le.

Ez a folyadék hűtéskor műanyag, majd üveges tulajdonságokkal rendelkezik; vagyis üveges és amorf ként (S-χ) kapunk. Összetétele gyűrűkből és kénláncokból áll.

És amikor a rostos és lamináris allotróp keverékét nyerik az amorf kénből, akkor Crystexet állítanak elő, ez egy kereskedelmi termék, amelyet a gumi vulkanizálására használnak.

Kis alotrópok

Bár maradtak utoljára, nem kevésbé fontosak (vagy érdekesek), mint a magasabb molekulatömegű allotrópok. Az S ₂ és S ₃ molekulák a kénezett változatai O ₂ és O ₃. Az elsőben két kénatom kapcsolódik kettős kötéssel, S = S, és a másodikban három atom van, rezonanciaszerkezettel, S = SS.

Mindkét S ₂ és S ₃ gázhalmazállapotúak. S ₃ cseresznyevörös színű. Mindkettőnek elegendő bibliográfiai anyaga van, hogy mindegyik egyedi cikkre kiterjedjen.

Elektronikus konfiguráció

A kénatom elektronkonfigurációja:

3s ² 3p ⁴

Két elektronot nyerhet, hogy befejezze valencia oktetét, és így oxidációs állapota -2. Hasonlóképpen, elveszítheti az elektronokat, kezdve kettővel a 3p pályáján, oxidációs állapota +2; Ha elveszít két további elektronot, miközben a 3p-os pályájuk üres, akkor az oxidációs állapota +4 lesz; és ha elveszíti az összes elektronot, akkor +6 lesz.

beszerzése

ásványtani

A kén számos ásványi anyag része. Ezek között vannak a pirit (FeS ₂), a galena (PbS), a covellite (CuS) és más szulfát- és szulfid-ásványok. Feldolgozásuk révén nemcsak a fémeket lehet extrahálni, hanem a ként is egy reduktív reakció sorozat után.

Tiszta módon nyerhető vulkanikus szellőzőnyílásokban is, ahol a hőmérséklet emelkedésével megolvad és lefelé folyik; És ha felgyullad, éjszaka kékes lávának tűnik. Fárasztó munka és fárasztó fizikai munka révén a ként úgy lehet betakarítani, ahogyan azt Szicíliában gyakran megtették.

A kén megtalálható a föld alatti bányákban is, amelyek a felmelegedett víz szivattyúzására szolgálnak annak felolvasztására és a felületre továbbítására. Ezt a begyűjtési eljárást Frasch-folyamatnak nevezik, amelyet jelenleg kevésbé használnak.

Olaj

Manapság a kén nagy része az olajiparból származik, mivel szerves vegyületei a nyersolaj és finomított származékai összetételének részét képezik.

Ha egy nyers vagy finomított termék gazdag kén- és keresztülmegy hidrokéntelenítés, hogy felszabadítja nagy mennyiségű H ₂ S (büdös gáz, amely a szaga, mint záptojás):

RSR + 2 H ₂ → 2 RH + H ₂ S

A H ₂ S ezután kémiailag kezelt a Clauss folyamatban, össze a következő kémiai egyenletek:

3 O ₂ + 2 H ₂ S → 2 SO ₂ + 2 H ₂ O

SO ₂ + 2 H ₂ S → 3 S + 2 H ₂ O

Alkalmazások

A kén néhány felhasználási módját az alábbiakban és általános módon említjük:

- Alapvető elem mind a növények, mind az állatok számára. Két aminosavban is jelen van: a cisztein és a metionin.

- Ez a kénsav alapanyaga, számtalan kereskedelmi termék előállításában részt vevő vegyület.

- A gyógyszeriparban kénszármazékok szintézisére használják, a penicillin a legismertebb a példák közül.

- Lehetővé teszi a gumik vulkanizálását azáltal, hogy a polimer láncokat összekapcsolják az SS kötésekkel.

- Sárga színű és más fémekkel való keverékei miatt kívánatos a pigmentiparban.

- Szervetlen mátrixokkal, például homokkal és kőzetekkel keverve beton és kén-aszfalt készül a bitumen helyettesítésére.

Kockázatok és óvintézkedések

A kén önmagában ártalmatlan, nem mérgező anyag, és szintén nem jelent potenciális kockázatot, hacsak nem reagál más vegyületek képződésére. Szulfát-sói nem veszélyesek, és nagyobb óvintézkedések nélkül kezelhetők. Ez nem az a helyzet, azonban annak gáznemű származékai: SO ₂ és H ₂ S, mind erősen toxikus.

Folyékony fázisban súlyos égési sérüléseket okozhat. Ha lenyelik nagy mennyiségben képes kiváltani a termelés H ₂ S a belekben. Egyébként ez nem jelent kockázatot azok számára, akik rágják.

Általánosságban elmondható, hogy a kén biztonságos elem, amely nem igényel túl sok óvintézkedést, kivéve a tűztől és erős oxidálószerektől való távol tartását.

Irodalom

1. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
2. Laura Crapanzano. (2006). A kén polimorfizmusa: szerkezeti és dinamikus szempontok. Fizika.Université Joseph-Fourier - Grenoble I. Angol. fftel-00204149f
3. Wikipedia. (2019). A kén allotropjai. Helyreállítva: en.wikipedia.org
4. Meyer Beat. (1976). Elemi kén. Chemical Reviews, 76. kötet, 3. szám.
5. Dr. Doug Stewart. (2019). Kén elem tények. Chemicool. Helyreállítva: chemicool.com
6. Donald W. Davis és Randall A. Detro. (2015). Kén története. Georgia Gulf Sulphur Corporation. Helyreállítva: georgiagulfsulfur.com
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. január 11.) 10 érdekes kén tény. Helyreállítva: gondolat.com
8. Boone, C.; Bond, C.; Hallman, A.; Jenkins, J. (2017). Kén Általános Tájékoztató; Növényvédőszer-információs Központ, Oregon Állami Egyetemi Bővítési Szolgáltatások. npic.orst.edu