RIKKI: HISTORIA, OMINAISUUDET, RAKENNE, SAAMINEN, KÄYTTÖ - KEMIA - 2025

Rikki on ei-metallinen elementti johtaa, happi-, ryhmä happiryhmä jaksollisen. Se on erityisesti sijaitsee ryhmän 16 kanssa ajan 3, ja esittää kemiallinen symboli S. sen luonnollisen isotooppeja, ³² S on ylivoimaisesti runsaimmin (noin 94% kaikista rikkiatomeja).

Se on yksi maapallon runsaimmista elementeistä, mikä on noin 3% sen kokonaismassasta. Toisin sanoen, jos kaikki planeetan rikki otetaan, kaksi keltaista kuuta voitaisiin rakentaa; yhden satelliitin sijaan olisi kolme satelliittia. Se voi omaksua erilaisia ​​hapetustiloja (+2, -2, +4 ja +6), joten sen suoloja on paljon ja rikastuttaa maankuorta ja ydintä.

Rikkikiteet. Lähde: Pixabay.

Rikki on synonyymi keltaiselle, huonoille hajuille ja helvetille. Tärkein syy huonoihin hajuihin johtuu siitä johdettuista yhdisteistä; erityisesti sodat ja orgaaniset. Muualta sen mineraalit ovat kiinteitä, ja niiden väreissä on muun muassa keltainen, harmaa, musta ja valkoinen.

Se on yksi niistä elementeistä, joka edustaa eniten suurta määrää allotropeja. Se löytyy pieninä, erillisinä molekyyleinä S ₂ tai S ₃; kuten renkaita tai jaksoa, on ortorombisen ja monokliinisen rikin S ₈ vakain ja runsas kaikkien; ja kierreketjuina.

Sitä ei löydy vain maankuoresta mineraalien muodossa, vaan myös kehomme biologisissa matriiseissa. Se on esimerkiksi aminohappoissa kystiini, kysteiini ja metioniini, rautaproteiineissa, keratiinissa ja joissain vitamiineissa. Sitä esiintyy myös valkosipulissa, greipissä, sipuleissa, kaali, parsakaali ja kukkakaali.

Kemiallisesti se on pehmeä alkuaine, ja hapen puuttuessa se muodostaa rikkipitoisia mineraaleja ja sulfaatteja. Se palaa sinertävällä liekillä ja voi näyttää amorfisena tai kiteisenä kiinteänä aineena.

Vaikka se on välttämätöntä rikkihapon, erittäin syövyttävän aineen synteesille, ja sillä on epämiellyttäviä hajuja, se on itse asiassa hyvänlaatuinen alkuaine. Rikki voidaan varastoida missä tahansa tilassa ilman suuria varotoimenpiteitä, kunhan tulipalot vältetään.

Rikin historia

Raamatussa

Rikki on yksi ihmiskunnan historian vanhimmista elementeistä; niin paljon, että sen löytö on epävarma eikä ole tiedossa, mikä muinaisista sivilisaatioista käytti sitä ensimmäistä kertaa (4000 vuotta ennen Kristusta). Aivan Raamatun sivuilla hänet löytyy helvetistä ja helvetistä.

Helvetin väitetyn rikin hajun uskotaan liittyvän tulivuorenpurkauksiin. Sen ensimmäisen löytäjän on varmasti törmännyt tämän elementin miinoihin, kuten pölymaihin tai keltaisiin kiteisiin tulivuoren läheisyydessä.

antiquity

Tämä kellertävä kiinteä aine osoitti pian merkittäviä parantavia vaikutuksia. Esimerkiksi egyptiläiset käyttivät rikkiä silmäluomien tulehduksen hoidossa. Se helpotti myös syyhyä ja aknea, sovelluksen, joka näkyy tänään rikkisaippuissa ja muissa dermatologisissa kohteissa.

Roomalaiset käyttivät tätä elementtiä rituaaleissaan savunpoistoaineena ja valkaisuaineena. Palaessaan se vapauttaa SO _{2: ta}, kaasua, joka tulvi huoneita, sekoittuen kosteuden kanssa ja tarjoamalla antibakteerisen väliaineen, joka pystyy tappamaan hyönteisiä.

Roomalaiset, kuten kreikkalaisetkin, löysivät rikkin korkean palavuuden, minkä vuoksi siitä tuli synonyymi. Sen sinertävän liekin värin on pitänyt valaista Rooman sirkuksia. Uskotaan, että kreikkalaiset puolestaan ​​käyttivät tätä elementtiä sytyttävien aseiden luomiseen.

Kiinalaiset puolestaan ​​oppivat, että sekoittamalla rikkiä suolahappoon (KNO ₃) ja hiileen, he loivat materiaalin mustan jauheen, joka asetti historiallisen käännöksen, ja se herätti suurta kysyntää ja kiinnostusta tähän mineraaliin ajan valtioissa.

Nykyaika

Ikään kuin ruutipulverilla ei olisi riittävää syytä rikoksen himoittamiseen, rikkihappo ja sen teolliset sovellukset nousivat pian esiin. Ja rikkihapon sauvalla mitattiin maan vaurauden tai vaurauden määrä suhteessa sen tämän yhdisteen kulutustasoon.

Vasta vuonna 1789 loistava kemisti Antoine Lavoisier pystyi tunnistamaan rikkiä ja luokittelemaan sen alkuaineeksi. Sitten vuonna 1823 saksalainen kemisti Eilhard Mitscherlich havaitsi, että rikki voi kiteytyä pääasiassa kahdella tavalla: romboedium ja monoklinikka.

Rikin historia seurasi sen yhdisteiden ja sovellusten samaa kulkua. Rikkihapon valtavan teollisen merkityksen myötä siihen liittyi kumien vulkanointi, penisilliinin synteesi, kaivoksen hyödyntäminen, rikkipitoisen raakaöljyn puhdistaminen, maaperän ravitsemus jne.

ominaisuudet

Fyysinen ulkonäkö

Hauras kiinteä aine jauhe- tai kidemuodossa. Sen väri on tylsä ​​sitruunankeltainen, se on mauton eikä siinä ole hajua.

Nestemäinen ulkonäkö

Nestemäinen rikki on ainutlaatuinen siinä mielessä, että sen alkuperäinen keltainen väri muuttuu punertavaksi ja voimistuu ja tummuu, jos se altistetaan korkeille lämpötiloille. Palaessaan se säteilee kirkkaan sinisiä liekkejä.

Moolimassa

32 g / mol.

Sulamispiste

115,21 ° C.

Kiehumispiste

445 ° C.

syttymispiste

160 ° C.

Itsesyttymislämpötila

232 ° C.

Tiheys

2,1 g / ml. Muut allotroopit voivat kuitenkin olla vähemmän tiheitä.

Molaarinen lämpökapasiteetti

22,75 J / mol K

Kovalenttinen säde

105 ± 15 pm.

elektronegatiivisuus

2,58 Paulingin asteikolla.

Vastakkaisuus

SS-sidokset ovat apolaarisia, koska molemmilla rikkiatomilla on sama elektronegatiivisuus. Tämä tekee kaikista sen tyyppisistä, syklisistä tai ketjumaisista, polaarisista; ja siksi sen vuorovaikutukset veden kanssa ovat tehottomia, eikä sitä voida liuottaa siihen.

Kuitenkin, rikki voidaan liuottaa ei-polaarisiin liuottimiin, kuten hiilidisulfidissa, CS ₂, ja aromaatit (bentseeni, tolueeni, ksyleeni, jne.).

Ioni

Rikki voi muodostaa erilaisia ​​ioneja, yleensä anioneja. Tunnetuin kaikista on rikki, S ^2-. S ^-2- on tunnusomaista, että se tilaa vieviä ja on pehmeä Lewis-emäs.

Koska se on pehmeä emäs, teorian mukaan se pyrkii muodostamaan yhdisteitä pehmeiden happojen kanssa; kuten siirtymämetallikationit, mukaan lukien Fe2 ⁺, Pb2 ⁺ ja Cu2 ⁺.

Rakenne ja elektroninen kokoonpano

Rikki kruunu

S8-molekyyli, vakain ja runsas rikin allotrooppi. Lähde: Benjah-bmm27.

Rikki voi esiintyä monenlaisissa allotropeissa; ja näillä puolestaan ​​on kiteisiä rakenteita, joita on modifioitu eri paineissa ja / tai lämpötiloissa. Siksi rikki on elementti, jossa on runsaasti allotropeja ja polymorfeja, ja sen kiinteiden rakenteiden tutkiminen on loputon teoreettisen-kokeellisen työn lähde.

Miksi tällainen rakenteellinen monimutkaisuus? Aluksi rikin (SS) kovalenttiset sidokset ovat erittäin vahvat, ja niitä ylittävät vain hiili, CC ja vety, HH.

Rikki, toisin kuin hiili, ei yleensä muodosta tetraedraa, vaan bumerangeja; joka kulmiensa kanssa taittuu ja rengastuvat rikkiketjujen stabiloimiseksi. Kaikkien tunnetuin rengas, joka edustaa myös vakainta rikkidotrooppia, on S ₈, ”rikki kruunu” (yläkuva).

Huomaa, että kaikki S _8: n SS-linkit näyttävät yksittäisiltä bumerangeilta, mikä johtaa renkaaseen, jonka laskoset eivät ole lainkaan. Nämä S _8- kruunut ovat vuorovaikutuksessa Lontoon joukkojen kanssa, suuntautuen siten, että ne luovat rakenteelliset kuviot, jotka määrittelevät ortorombisen kiteen; jota kutsutaan S ₈ α: ksi (S-α tai yksinkertaisesti ortorombinen rikki).

polymorfit

Rikkukruunu on yksi monista tämän elementin allotropeista. S ₈ α on polymorfi tämän kruunun. Kaksi muuta (tärkeimpien joukossa) on nimeltään S ₈ β ja S ₈ γ (vastaavasti S-β ja S-γ). Sekä polymorfit kiteytyvät monokliininen rakenne, jossa S ₈ γ on tiheämpää (gamma rikki).

Kaikki kolme ovat keltaista kiinteää ainetta. Mutta miten saat kunkin polymorfin erikseen?

S ₈ β valmistetaan kuumentamalla S ₈ α 93 ° C: seen, antamalla sitten hidas jäähdytys hidastaa sen siirtyminen takaisin ortorombiseen vaihe (jäljempänä α). Ja S ₈ γ, toisaalta, saadaan, kun S ₈ α sulaa 150 ° C: ssa, jälleen sallien sen jäähtyä hitaasti; se on tihein rikin kruunun polymorfeista.

Muut sykliset allotroopit

Kruunu S ₈ ei ole ainoa syklinen allotrooppi. On olemassa muitakin, kuten S- ₄, S ₅ (analoginen syklopentaani), S ₆ (jota edustaa kuusikulmio, kuten sykloheksaani), S ₇, S ₉ ja S _10-20; jälkimmäinen tarkoittaa, että siellä voi olla renkaita tai syklejä, jotka sisältävät kymmenestä kahteenkymmeneen rikkiatomia.

Jokainen niistä edustaa erilaisia ​​syklisiä rikin allotrooppeja; ja sen korostamiseksi puolestaan ​​niillä on polymorfeja tai polymorfisia rakenteita, jotka riippuvat paineesta ja lämpötilasta.

Esimerkiksi, S ₇ on jopa neljä tunnettua polymorfeja: α, β, γ, ja δ. Suuremman molekyylimassan jäsenet tai kruunut ovat orgaanisen synteesin tuotteita, eivätkä ne ole hallussaan luonteeltaan.

Rikkiketjut

Rikkiketju. Lähde: OpenStax

Kun rakenteeseen sisällytetään enemmän rikkiatomeja, niiden taipumus rengasta vähenee ja rikkiketjut pysyvät avoimina ja omaavat kierteisiä muodonmuutoksia (ikään kuin ne olisivat spiraaleja tai ruuveja).

Ja siten syntyy toinen mahtava rikki-allotrooppiperhe, joka ei koostu renkaista tai sykleistä, vaan ketjuista (kuten yllä olevassa kuvassa).

Kun nämä SS-ketjut asettuvat rinnan yhdensuuntaisesti kiteessä, ne vangitsevat epäpuhtaudet ja lopulta määrittelevät kuitumaisen kiinteän aineen, jota kutsutaan kuitupitoiseksi rikkiä tai S-ψ. Jos näiden rinnakkaisketjujen välillä on kovalenttisia sidoksia, jotka yhdistävät ne (kuten tapahtuu kumin vulkanoinnissa), meillä on laminaaririkki.

Kun rikkiä S ₈ sulaa, kellertävä nestefaasissa, joka voi kääntyä tumma, jos lämpötilaa nostetaan. Tämä johtuu siitä, että SS-sidokset rikkoutuvat, ja siksi tapahtuu terminen depolymerointi.

Tämä neste jäähdytettynä osoittaa muovi- ja sitten lasimaisia ​​ominaisuuksia; toisin sanoen saadaan lasimainen ja amorfinen rikki (S-χ). Sen koostumus koostuu sekä renkaista että rikkiketjuista.

Ja kun saadaan kuitu- ja laminaarisen allotroopin seos amorfisesta rikistä, tuotetaan Crystex, kaupallinen tuote, jota käytetään kumin vulkanointiin.

Pienet allotropes

Vaikka ne jätetään viimeiseksi, ne eivät ole yhtä tärkeitä (tai mielenkiintoisia) kuin korkeampien molekyylimassojen allotroopit. S ₂ ja S ₃ -molekyylit ovat rikitetty versiot O ₂ ja O ₃. Ensimmäisessä kaksi rikkiatomia yhdistetään kaksoissidoksella, S = S, ja toisessa on kolme atomia, joilla on resonanssirakenne, S = SS.

Sekä S ₂ ja S ₃ ovat kaasumaisia. S ₃ osoittaa kirsikkapunaista väriä. Molemmilla on tarpeeksi bibliografista materiaalia kullekin yksittäisen artikkelin kattamiseksi.

Sähköinen kokoonpano

Rikkiatomin elektronikonfiguraatio on:

3s ² 3p ⁴

Se voi saada kaksi elektronia valenssikehikon täydentämiseksi, ja siten sen hapetustila on -2. Samoin se voi menettää elektroneja, alkaen kahdesta 3p-kiertoradallaan, sen hapetustilansa ollessa +2; Jos häviät vielä kaksi elektronia, kun niiden 3p: n kiertoradat ovat tyhjiä, hapetustilasi on +4; ja jos kadotat kaikki elektronit, se on +6.

Saada

mineralogisia

Rikki on osa monia mineraaleja. Joukossa ovat pyriitti (FeS ₂), Galena (PBS), kovelliitista (CuS), ja muut päällä ja rikkivetyä mineraaleja. Niitä prosessoimalla ei voida pelkästään metallien uuttoa, vaan myös rikkiä pelkistävien reaktioiden sarjan jälkeen.

Sitä voidaan saada myös puhtaalla tavalla vulkaanisissa tuuletusaukkoissa, joissa lämpötilan noustessa se sulaa ja vuotaa alamäkeen; Ja jos se syttyy, se näyttää sinertävältä laavaksi yöllä. Raskaan työn ja rasittavan fyysisen työn avulla rikki voidaan kerätä samoin kuin se tehtiin melko usein Sisiliassa.

Rikkiä löytyy myös maanalaisista kaivoksista, joiden tarkoituksena on pumppaa ylikuumennettu vesi sen sulattamiseksi ja siirtämiseksi pinnalle. Tätä hankintaprosessia kutsutaan Frasch-prosessiksi, jota käytetään tällä hetkellä vähän.

Öljy

Nykyään suurin osa rikistä tulee öljyteollisuudesta, koska sen orgaaniset yhdisteet ovat osa raakaöljyn ja sen puhdistettujen johdannaisten koostumusta.

Jos raaka tai jalostettu tuote on paljon rikkiä ja läpikäy vedyn, se vapauttaa suuria määriä H ₂ S (haisevia kaasua, joka tuoksuu mätä munat):

RSR + 2 H ₂ → 2 RH + H ₂ S

H ₂ S sitten kemiallisesti käsitellään Clauss prosessi, tiivistää seuraavalla reaktioyhtälö:

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

Sovellukset

Jotkut rikin käyttötarkoituksista mainitaan jäljempänä ja yleisesti:

- Se on tärkeä tekijä sekä kasveille että eläimille. Sitä on jopa kahdessa aminohapossa: kysteiini ja metioniini.

- Se on rikkihapon raaka-aine, yhdiste, joka osallistuu lukemattomien kaupallisten tuotteiden valmistukseen.

- Lääketeollisuudessa sitä käytetään rikkijohdannaisten synteesiin, penisilliini on tunnetuin esimerkeistä.

- Mahdollistaa kumien vulkanoinnin yhdistämällä polymeeriketjut SS-sidoksilla.

- Sen keltainen väri ja seokset muiden metallien kanssa tekevät siitä toivottavaa pigmenttiteollisuudessa.

- Sekoitetaan epäorgaanisen matriisin, kuten hiekan ja kivien kanssa, betoni ja rikkiasfaltti valmistetaan bitumin korvaamiseksi.

Riskit ja varotoimet

Rikki itsessään on vaaraton, myrkytön aine, eikä se myöskään aiheuta mahdollisia riskejä, ellei se reagoi muodostaen muita yhdisteitä. Sen sulfaattisuolat eivät ole vaarallisia, ja niitä voidaan käsitellä ilman suuria varotoimenpiteitä. Tämä ei kuitenkaan ole, ja sen kaasumainen johdannaiset: SO ₂ ja H ₂ S, molemmat erittäin myrkyllisiä.

Jos se on nestemäisessä vaiheessa, se voi aiheuttaa vakavia palovammoja. Jos se on nielty suuria määriä se voi laukaista tuotanto H ₂ S suolistossa. Muuten se ei aiheuta vaaraa niille, jotka sitä pureskelevat.

Rikki on yleisesti turvallinen alkuaine, joka ei vaadi liikaa varotoimenpiteitä paitsi pitämään se poissa tulesta ja voimakkaista hapettimista.

Viitteet

1. Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). Mc Graw Hill.
2. Laura Crapanzano. (2006). Rikin polymorfismi: rakenteelliset ja dynaamiset näkökohdat. Fysiikka.Université Joseph-Fourier - Grenoble I. Englanti. fftel-00204149f
3. Wikipedia. (2019). Rikin allotroopit. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
4. Meyer Beat. (1976). Alkuperäinen rikki. Chemical Reviews, osa 76, nro 3.
5. Dr. Doug Stewart. (2019). Rikkielementit. Chemicool. Palautettu osoitteesta: chemicool.com
6. Donald W. Davis ja Randall A. Detro. (2015). Rikin historia. Georgia Gulf Sulphur Corporation. Palautettu osoitteesta: georgiagulfsulfur.com
7. Helmenstine, tohtori Anne Marie (11. tammikuuta 2019). 10 mielenkiintoista rikkiä. Palautettu osoitteesta: gondo.com
8. Boone, C.; Bond, C.; Hallman, A.; Jenkins, J. (2017). Rikki, yleinen tosite; Torjunta-aineiden kansallinen tietokeskus, Oregonin osavaltion yliopiston laajennuspalvelut. npic.orst.edu