Introducing 

Prezi AI.

Your new presentation assistant.

Refine, enhance, and tailor your content, source relevant images, and edit visuals quicker than ever before.

Loading…
Transcript

Tlen i siarka

Tlen

Pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 8, niemetal z grupy tlenowców w układzie okresowym.

Stabilnymi izotopami tlenu są 16

O (stanowi ponad 99% tlenu naturalnego), 17

O oraz 18

O.

Tlen w stanie wolnym występuje w postaci cząsteczek dwuatomowych O

2 oraz trójatomowych – ozonu O

3 (głównie w ozonosferze). Wykryto jednak także cząsteczki cztero- i ośmioatomowe.

Tlen jest paramagnetykiem. Ciekły tlen ma barwę niebieską. Stały tlen znany jest w sześciu odmianach alotropowych, do których należy tzw. „czerwony tlen” i tlen metaliczny, stabilne w warunkach bardzo wysokich ciśnień.

Występowanie

Tlen jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziemi – zawartość tlenu w jej skorupie wynosi 46,4%. Stanowi też 20,95% objętości atmosfery ziemskiej (23,25% wagowych). W postaci związków z innymi pierwiastkami wchodzi w skład hydrosfery (gdzie jego zawartość wynosi około 89% – woda) i litosfery jako tlenki (np. krzemionka (piasek) zawiera ok. 53% tlenu). W przyrodzie obieg tlenu odbywa się w cyklu zamkniętym. Rozpuszczalność tlenu w wodzie słodkiej wynosi 8,3 mg/l, a w wodzie słonej (3,5% soli) 6,6 mg/l (25 °C, 1 atm.). Tlen jest około dwa razy lepiej rozpuszczalny w wodzie niż azot[8]. Rozpuszczalność powietrza w wodzie wynosi 23 mg/l (25 °C, 1 atm.)[9]; powietrze rozpuszczone w wodzie zawiera 35,6% tlenu.

W przyrodzie

Tlen jest pierwiastkiem biogennym.

Jest niezbędny organizmom tlenowym do przeprowadzenia fosforylacji oksydacyjnej będącej najważniejszym etapem oddychania. Niektóre organizmy beztlenowe giną w obecności niewielkich ilości wolnego tlenu. Organizm przeciętnego dorosłego człowieka zużywa w ciągu minuty około 200 ml (0,3 g) tlenu. Oddychanie czystym tlenem jest dość niebezpieczne, ponieważ podnosi on ciśnienie krwi i wywołuje kwasicę. Niedobór tlenu staje się niebezpieczny dla życia, gdy jego zawartość w powietrzu spada poniżej 10–12%.

Zwierzęta wykorzystują go w procesie oddychania tlenowego w celu otrzymania energii:

C6H12O6 + 6O2 + ADP + H3PO4 → 6CO2 + 7H2O + ATP

Związki tlenu

Tlen wchodzi w skład wielu związków chemicznych o dużym znaczeniu przemysłowym: tlenków (w szczególności tlenku wodoru (wody) oraz dwutlenku węgla), nadtlenków (w szczególności nadtlenku wodoru), kwasów tlenowych, zasad. Jest też składnikiem większości związków organicznych o znaczeniu biologicznym, przykładowo białek i tłuszczów.

Oprócz anionów tlenkowych (występujących też w tzw. podtlenkach), ozonkowych, ponadtlenkowych i nadtlenkowych znane są związki, w których tlen występuje w podsieci kationowej. Jest to kation dioksygenylowy O+2 w związku O2PtF6 (heksafluoroplatynian dioksygenylu). Kation ten może być stabilizowany przeciwjonem anionowym o silniejszych właściwościach ox-bas od tlenu lub red-ac od kationu oksygenylowego.

Właściwości

Względna masa atomowa 15,9994; tlen należy do grupy tlenowców; niemetal; bezbarwny i bezwonny gaz, słabo rozpuszczalny w wodzie; temperatura krzepnięcia –218,4°C, temperatura skraplania –182,962°C, gęstość 1,429 g/dm3; skroplony stanowi niebieską ciecz.

Właściwości

Zastosowanie

Tlen używany jest w palnikach wodorowo-tlenowych oraz acetylenowo-tlenowych. Przyrządy te służą do cięcia metali i spawania, a tlen jest utleniaczem, dającym wysoką temperaturę niezbędna do spawania. Za sprawą tych właściwości tlen jako utleniacz jest używany także w paliwach rakietowych.

Otrzymywanie

Otrzymywanie

W laboratorium tlen otrzymuje się podczas termicznego rozkładu manganianu(VII) potasu, rozkładu wody utlenionej (w obecności katalizatora) lub podczas rozkładu wody pod działaniem prądu elektrycznego (elektrolizy wody). Przemysłowa metoda otrzymywania tlenu polega na destylacji ciekłego powietrza.

Siarka

pierwiastek chemiczny, niemetal z bloku p w układzie okresowym.

Izotopy stabilne siarki to 32S, 33S, 34S i 36S.

Siarka ma kilka odmian alotropowych, z których trzy najważniejsze to siarka rombowa, jednoskośna i amorficzna.

Jest rozpuszczalna w dwusiarczku węgla, słabo rozpuszcza się w etanolu, benzenie i eterze dietylowym. Jej rozpuszczalność w wodzie jest minimalna – 5 μg/kg (25 °C).

Płonąca siarka

W zwykłej temperaturze jest mało aktywna. Bardzo łatwo łączy się tylko z fluorem, trudniej z chlorem. Z innymi pierwiastkami, jak np. z wodorem, łączy się dopiero w podwyższonej temperaturze. Z metalami tworzy po ogrzaniu siarczki, przy czym reakcje te są silnie egzotermiczne, w konsekwencji zapoczątkowana reakcja syntezy przebiega dalej samorzutnie nieraz z rozżarzeniem mieszaniny. Na powietrzu, po inicjacji zapłonu, spala się samorzutnie niebieskim płomieniem do dwutlenku siarki (SO2). Dalsze utlenienie, do trójtlenku siarki, zachodzi wydajnie dopiero wobec katalizatora, np. pięciotlenku wanadu.

Ważniejsze związki siarki to kwas siarkowy, kwas siarkawy, siarkowodór oraz ich sole (odpowiednio siarczany i siarczyny, siarczki), dwutlenek siarki i tritlenek siarki. Znane są również: tlenek siarki(I) S2O, tlenek siarki(II) SO i nadtlenek siarki SO4.

Występowanie

Siarka występuje m.in. w Polsce, na Sycylii, w Luizjanie i Teksasie (USA), na Ukrainie, w Japonii, w Turkmenistanie i Uzbekistanie.

Siarka występuje w osadach z neogenu (miocen–torton) w postaci wypełnień drobnych przestrzeni. Powstała w wyniku biologicznej redukcji siarczanu wapnia przez mikroorganizmy. Zawartość siarki w skale maksymalnie dochodzić może do 70%, a średnio wynosi 25–30%.

Siarka występuje zarówno w stanie rodzimym, jak i w postaci wielu minerałów. Są to zarówno siarczki, jak i siarczany:

siarczki: piryt, chalkopiryt, markasyt, blenda cynkowa, galena, cynober

siarczany: gips, anhydryt, baryt, kainit, celestyn, kizeryt

Ponieważ jest ważnym składnikiem białek roślinnych i zwierzęcych, występuje w paliwach kopalnych będących pokładami obumarłych tkanek (szczególnie węgiel kamienny i ropa naftowa).

Siarka pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej zajmuje 16 miejsce[9]. Jej całkowita zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 0,042% wagowych, w wodzie morskiej 0,093%, a w ciele człowieka 0,2%

Znaczenie biologiczne

Siarka jest niezbędna do życia. Wchodzi w skład dwóch aminokwasów kodowanych – metioniny i cysteiny oraz wielu innych biologicznie ważnych związków np. witamin. Siarka pierwiastkowa w postaci pyłu działa drażniąco na błony śluzowe oczu i górnych dróg oddechowych. Nie powoduje ona silnych zatruć. Wiele związków siarki jest toksycznych.

Zastosowania

Siarka pierwiastkowa jest używana jako substrat do produkcji innych związków. W USA około 90% siarki jest przetwarzane na Kwas siarkowy (dane za lata 1995–2020). Jako że ma on kluczowe znaczenie dla światowej gospodarki, jego produkcja i konsumpcja jest wskaźnikiem rozwoju przemysłowego danego kraju. Głównym zastosowaniem kwasu siarkowego jest wytwarzanie nawozów fosforowych i procesy ługowania rud

Nawozy sztuczne

Siarka jest coraz częściej używana jako składnik nawozów mineralnych. Najważniejszą postacią siarki na nawozy sztuczne jest siarczan wapnia. Pierwiastkowa siarka jest hydrofobowa, stąd też nie może być bezpośrednio wykorzystywana przez rośliny. Bakterie glebowe przekształcają siarkę w rozpuszczalne pochodne. Siarka również poprawia efektywność wykorzystania innych podstawowych składników odżywczych, zwłaszcza azotu i fosforu. Biologicznie wytwarzane cząsteczki siarki są hydrofilowe z faktu posiadania biopolimerowej powłoki. Zapotrzebowanie roślin na siarkę jest zbliżone do zapotrzebowania roślin na fosfor. W Polsce produkcją nawozów sztucznych z zawartością siarki zajmuje się m.in. Grupa Azoty

Chemikalia wysokowartościowe

Niektóre organiczne związki siarki są używane jako leki, substancje barwiące i agrochemikalia (chemikalia stosowane w rolnictwie). Wiele ważnych leków zawiera w swojej budowie siarkę, jak np. sulfonamidy. Siarka jest składnikiem wielu substancji antybakteryjnych. Większość antybiotyków beta laktamowych, włączając w to penicyliny, cefalosporyny i inne antybiotyki laktamowe zawierają heterocykliczną siarkę.

Siarczan magnezu, znany jako sól gorzka, może być używany jako środek przeczyszczający, dodatek do kąpieli (mający na celu delikatne złuszczanie naskórka), źródło magnezu dla roślin czy w końcu jako środek osuszający, stosowany w laboratoriach chemicznych.

Środki ochrony roślin

Siarka jest jednym z najstarszych fungicydów i pestycydów. Opryskiwanie siarką, konkretnie drobno zmieloną siarką elementarną, jest często stosowane jako fungicyd w ochronie winorośli, truskawek, wielu warzyw i innych upraw. Metoda ta dobrze chroni przed szeregiem pleśni, takich jak czarna plamistość róż. W rolnictwie ekologicznym siarka jest jedynym fungicydem używanym w uprawach ekologicznych, który chroni m.in. przed parchem jabłoni. Tlenek siarki i inne związki oparte na siarce (np. Sulfaquinoxalina (SQ)) wykorzystywane są jako środki do zwalczania gryzoni.

Środki ochrony roślin

Medycyna

Siarka w postaci czystej farmakologicznie, tzw. siarka strącona (Sulfur praecipitatum), jest stosowana w postaci zawiesin, maści i zasypek w schorzeniach dermatologicznych, np. jako lek przeciwtrądzikowy (ATC D10 AB 02). Jest wykorzystywana do sporządzania preparatów galenowych, np. maści siarkowej i maści siarkowo-salicylowo-mydlanej, znanej też jako maść Lenartowicza.

Wydobycie i produkcja przemysłowa

Produkcja siarki na świecie szacowana jest na około 60 mln ton rocznie. Siarka otrzymywana jest poprzez odsiarczanie spalin i paliw kopalnych, eksploatację złóż siarki rodzimej oraz poprzez wyprażanie rud siarczkowych (np. pirytu).

Wydobycie siarki rodzimej spadło znacząco ze względu na znaczący wzrost produkcji siarki z odzysku z zasiarczonych złóż gazu ziemnego i ropy naftowej. W 2005 r. ponad 90% siarki uzyskiwano się z odsiarczania spalin i paliw, a jedynie 6% z wydobycia, podczas gdy w 1990 r. wydobycie stanowiło 25% produkcji siarki.

Odzysk siarki z ropy naftowej jest prowadzony metodą znaną jako proces Clausa. Polega na działaniu na H2S z ropy powietrzem lub tlenem:

2H2S + 3O2 → 2SO2 + 2H2O2H2S + SO2 → 3S + 2H2O

Pozostały nieprzetworzony H2S (do 40%) przechodzi przez szereg reaktorów zawierających katalizatory (m.in. tlenek glinu), by cały H2S został przekształcony w siarkę pierwiastkową.

Alternatywnie, ogrzewanie pirytu (FeS

2) do 1200 °C z powietrzem, daje siarkę i płynny siarczek żelaza(II) FeS – tzw. metoda Outokumpu[potrzebny przypis] (jednak produkcji kwasu siarkowego z pirytów zaniechano od kilkudziesięciu lat). Wolną siarkę otrzymuje się też przez redukcję dwutlenku siarki za pomocą tlenku węgla.

Właściwości

Siarka jest substancją stałą, krystaliczną, koloru żółtego, występującą w wielu odmianach alotropowych. Siarka elementarna zależnie od warunków może tworzyć cząsteczki o pierścieniowym lub łańcuchowym układzie atomów. Dzięki temu siarka wykazuje bogactwo odmian w stanie stałym i ciekłym.

Otrzymywanie

Siarka otrzymywana jest poprzez odsiarczanie spalin i paliw kopalnych, eksploatację złóż siarki rodzimej oraz poprzez wyprażanie rud siarczkowych (np. pirytu). Wydobycie siarki rodzimej spadło znacząco ze względu na znaczący wzrost produkcji siarki z odzysku z zasiarczonych złóż gazu ziemnego i ropy naftowej.

Ciekawostki

Siarka jest najlepszym panaceum na trądzik i przetłuszczanie się włosów, ponieważ reguluje pracę gruczołów łojowych, oczyszcza skórę i poprawia jej ukrwienie. Siarka jest również podstawowym składnikiem keratyny-białka skóry włosów i paznokci praz kolagenu warunkującego prawidłowy ich stan, wygląd i elastyczność.

Niektórzy naukowcy twierdzą, że w

przeszłości, gdy wzrastał poziom tlenu w atmosferze, wiele organizmów

ewolucyjnie zyskiwało gigantyzm, czego przykładem mogą być ogromne ważki,

skorpiony, pradawne gady takie jak dinozaury czy wreszcie widłaki, które w

czasach dinozaurów wyglądały jak drzewa, a dziś to niepozorne, małe roślinki. Jedna

z hipotez mówi, że gigantyzm był możliwym sposobem ochrony przed toksycznością

tlenu, jest to jednak kwestia wciąż dyskutowana.

Learn more about creating dynamic, engaging presentations with Prezi