El azufre es uno de los elementos más comunes de la corteza terrestre. Muy a menudo, se encuentra en la composición de minerales que contienen metales además de él. Los procesos que ocurren cuando se alcanza el punto de ebullición y fusión del azufre son muy interesantes. Analizaremos estos procesos, así como las dificultades asociadas a ellos, en este artículo. Pero primero, sumerjámonos en la historia del descubrimiento de este elemento.
Historia
En su forma nativa, así como en la composición de los minerales, el azufre se conoce desde la antigüedad. En textos griegos antiguos, se describe el efecto venenoso de sus compuestos en el cuerpo humano. El dióxido de azufre liberado durante la combustión de compuestos de este elemento puede ser mortal para las personas. Alrededor del siglo VIII, el azufre comenzó a usarse en China para hacer mezclas pirotécnicas. No es de extrañar, porque es en este país donde se cree que se inventó la pólvora.
Incluso en el antiguo Egipto, la gente conocía un método para tostar el mineral que contenía azufre a base de cobre. Así fue como se extrajo el metal. El azufre escapó en forma de gas venenoso SO2.
A pesar de ser famoso desde la antigüedad, el conocimiento de lo que es el azufre llegó gracias al trabajo del naturalista francés AntoineLavoisier. Fue él quien estableció que es un elemento, y sus productos de combustión son óxidos.
Aquí hay una breve historia del conocimiento de la gente con este elemento químico. A continuación, hablaremos en detalle sobre los procesos que tienen lugar en las entrañas de la tierra y que conducen a la formación de azufre en la forma en que se encuentra ahora.
¿Cómo se produce el azufre?
Hay una idea errónea común de que este elemento se encuentra con mayor frecuencia en su forma nativa (es decir, pura). Sin embargo, esto no es del todo cierto. El azufre nativo se encuentra con mayor frecuencia como una inclusión en otro mineral.
Por el momento, existen varias teorías sobre el origen del elemento en estado puro. Sugieren una diferencia en el tiempo de formación del azufre y de los minerales en los que se intercala. La primera, la teoría de la singénesis, asume la formación de azufre junto con los minerales. Según ella, algunas bacterias que viven en el océano redujeron los sulfatos del agua a sulfuro de hidrógeno. Este último, a su vez, se elevó, donde, con la ayuda de otras bacterias, se oxidó a azufre. Cayó al fondo, se mezcló con limo y, posteriormente, juntos formaron mineral.
La esencia de la teoría de la epigénesis es que el azufre en el mineral se formó más tarde que él mismo. Hay varias sucursales aquí. Solo hablaremos de la versión más común de esta teoría. Consiste en esto: el agua subterránea, que fluye a través de acumulaciones de minerales de sulfato, se enriquece con ellos. Luego, al pasar por los campos de petróleo y gas, los iones de sulfato se reducen a sulfuro de hidrógeno debido a los hidrocarburos. El sulfuro de hidrógeno, que sube a la superficie, se oxidaoxígeno atmosférico a azufre, que se asienta en las rocas, formando cristales. Esta teoría ha encontrado recientemente más y más confirmaciones, pero la cuestión de la química de estas transformaciones permanece abierta.
Desde el proceso de origen del azufre en la naturaleza, pasemos a sus modificaciones.
Alotropía y polimorfismo
El azufre, como muchos otros elementos de la tabla periódica, existe en la naturaleza en varias formas. En química se les llama modificaciones alotrópicas. Hay azufre rómbico. Su punto de fusión es algo inferior al de la segunda modificación: monoclínica (112 y 119 grados centígrados). Y difieren en la estructura de las células elementales. El azufre rómbico es más denso y estable. Puede, cuando se calienta a 95 grados, pasar a una segunda forma: monoclínica. El elemento que estamos discutiendo tiene análogos en la tabla periódica. Los científicos aún están discutiendo el polimorfismo del azufre, el selenio y el telurio. Tienen una relación muy estrecha entre sí, y todas las modificaciones que forman son muy similares.
Y luego analizaremos los procesos que ocurren durante la fusión del azufre. Pero antes de empezar, debería sumergirse un poco en la teoría de la estructura de la red cristalina y los fenómenos que ocurren durante las transiciones de fase de la materia.
¿De qué está hecho un cristal?
Como saben, en estado gaseoso, la sustancia se encuentra en forma de moléculas (o átomos), moviéndose aleatoriamente en el espacio. en materia liquidasus partículas constituyentes están agrupadas, pero todavía tienen una libertad de movimiento bastante grande. En un estado sólido de agregación, todo es un poco diferente. Aquí el grado de orden aumenta hasta su valor máximo y los átomos forman una red cristalina. Por supuesto, hay fluctuaciones en él, pero tienen una amplitud muy pequeña, y esto no puede llamarse movimiento libre.
Cualquier cristal se puede dividir en celdas elementales, como compuestos consecutivos de átomos que se repiten en todo el volumen del compuesto de muestra. Aquí vale la pena aclarar que tales celdas no son una red cristalina, y aquí los átomos están ubicados dentro del volumen de cierta figura, y no en sus nodos. Para cada cristal, son individuales, pero se pueden dividir en varios tipos principales (syngony) según la geometría: triclínica, monoclínica, rómbica, romboédrica, tetragonal, hexagonal, cúbica.
Analicemos brevemente cada tipo de celosía, porque se dividen en varias subespecies. Y comencemos con cómo pueden diferir entre sí. En primer lugar, estas son las proporciones de las longitudes de los lados y, en segundo lugar, el ángulo entre ellos.
Así, la singonía triclínica, la más baja de todas, es un retículo elemental (paralelogramo), en el que todos los lados y ángulos no son iguales entre sí. Otro representante de la llamada categoría inferior de singonías es monoclínico. Aquí, dos esquinas de la celda tienen 90 grados y todos los lados tienen diferentes longitudes. El siguiente tipo perteneciente a la categoría más baja es la singonía rómbica. Tiene tres lados desiguales, pero todos los ángulos de la figurason iguales a 90 grados.
Pasemos a la categoría intermedia. Y su primer miembro es la singonía tetragonal. Aquí, por analogía, es fácil adivinar que todos los ángulos de la figura que representa son iguales a 90 grados, y también dos de los tres lados son iguales entre sí. El siguiente representante es la singonía romboédrica (trigonal). Aquí es donde las cosas se ponen un poco más interesantes. Este tipo se define por tres lados iguales y tres ángulos que son iguales pero no rectos.
La última variante de la categoría intermedia es la singonía hexagonal. Hay aún más dificultad para definirlo. Esta opción está construida sobre tres lados, dos de los cuales son iguales y forman un ángulo de 120 grados, y el tercero está en un plano perpendicular a ellos. Si tomamos tres celdas de la singonía hexagonal y las unimos entre sí, obtendremos un cilindro con base hexagonal (por eso tiene ese nombre, porque "hexa" en latín significa "seis").
Bueno, la parte superior de todas las singonías, al tener simetría en todas las direcciones, es cúbica. Ella es la única perteneciente a la categoría más alta. Aquí puede adivinar de inmediato cómo se puede caracterizar. Todos los ángulos y lados son iguales y forman un cubo.
Entonces, hemos terminado el análisis de la teoría sobre los principales grupos de singonías, y ahora hablaremos con más detalle sobre la estructura de varias formas de azufre y las propiedades que se derivan de esto.
La estructura del azufre
Como ya se mencionó, el azufre tiene dos modificaciones: rómbico y monoclínico. Después de la sección de teoríaSeguramente quedó claro en qué se diferencian. Pero el punto es que, dependiendo de la temperatura, la estructura de la red puede cambiar. El punto central está en el proceso mismo de transformaciones que ocurren cuando se alcanza el punto de fusión del azufre. Entonces la red cristalina se destruye por completo y los átomos pueden moverse más o menos libremente en el espacio.
Pero volvamos a la estructura y características de una sustancia como el azufre. Las propiedades de los elementos químicos dependen en gran medida de su estructura. Por ejemplo, el azufre, debido a las peculiaridades de la estructura cristalina, tiene la propiedad de flotación. Sus partículas no son mojadas por el agua y las burbujas de aire adheridas a ellas las atraen hacia la superficie. Por lo tanto, el azufre en grumos flota cuando se sumerge en agua. Esta es la base de algunos métodos para separar este elemento de una mezcla de elementos similares. Y luego analizaremos los principales métodos para extraer este compuesto.
Producción
El azufre puede ocurrir con diferentes minerales y, por lo tanto, a diferentes profundidades. Dependiendo de esto, se eligen diferentes métodos de extracción. Si la profundidad es poco profunda y no hay acumulaciones de gases subterráneos que interfieran con la extracción, entonces el material se extrae mediante un método abierto: se eliminan las capas de roca y, al encontrar minerales que contienen azufre, se envían para su procesamiento. Pero si no se cumplen estas condiciones y existen peligros, entonces se utiliza el método de perforación. Necesita alcanzar el punto de fusión del azufre. Para esto, se utilizan instalaciones especiales. Un aparato para fundir azufre en terrones en este método es simplemente necesario. Pero sobre este proceso - un pocomás tarde.
En general, cuando se extrae azufre de cualquier manera, existe un alto riesgo de envenenamiento, porque la mayoría de las veces se depositan sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre, que son muy peligrosos para los humanos.
Para comprender mejor las desventajas y ventajas de un método en particular, familiaricémonos con los métodos de procesamiento de minerales que contienen azufre.
Extracción
Aquí también hay varios trucos basados en propiedades completamente diferentes del azufre. Entre ellas se encuentran las térmicas, de extracción, vapor-agua, centrífugas y de filtración.
Los más probados son los térmicos. Se basan en el hecho de que los puntos de ebullición y fusión del azufre son más bajos que los de los minerales en los que se "casa". El único problema es que consume mucha energía. Para mantener la temperatura, solía ser necesario quemar parte del azufre. A pesar de su simplicidad, este método es ineficaz y las pérdidas pueden alcanzar un récord del 45 por ciento.
Seguimos la rama del desarrollo histórico, por lo que pasamos al método de vapor-agua. A diferencia de los métodos térmicos, estos métodos todavía se utilizan en muchas fábricas. Por extraño que parezca, se basan en la misma propiedad: la diferencia en el punto de ebullición y el punto de fusión del azufre con respecto a los metales asociados. La única diferencia es cómo se produce el calentamiento. Todo el proceso tiene lugar en autoclaves - instalaciones especiales. Allí se suministra mineral de azufre enriquecido que contiene hasta el 80% del elemento extraído. Luego, bajo presión, se bombea agua caliente al autoclave.vapor. Al calentarse hasta 130 grados centígrados, el azufre se derrite y se elimina del sistema. Por supuesto, quedan las llamadas colas: partículas de azufre que flotan en el agua formadas debido a la condensación del vapor de agua. Se quitan y se vuelven a poner en el proceso, ya que también contienen mucho del elemento que necesitamos.
Uno de los métodos más modernos: centrifugar. Por cierto, fue desarrollado en Rusia. En definitiva, su esencia es que el fundido de una mezcla de azufre y minerales con el que lo acompaña se sumerge en una centrífuga y gira a gran velocidad. La roca más pesada tiende a alejarse del centro debido a la fuerza centrífuga, mientras que el azufre en sí permanece más alto. Luego, las capas resultantes simplemente se separan unas de otras.
Hay otro método que también se utiliza en la producción hasta el día de hoy. Consiste en separar el azufre de los minerales a través de filtros especiales.
En este artículo consideraremos métodos exclusivamente térmicos para la extracción de un elemento que sin duda es importante para nosotros.
Proceso de fusión
El estudio de la transferencia de calor durante la fusión del azufre es un tema importante, ya que es una de las formas más económicas de extraer este elemento. Podemos combinar los parámetros del sistema durante el calentamiento y necesitamos calcular su combinación óptima. Es para ello que se realiza un estudio de la transferencia de calor y un análisis de las características del proceso de fusión del azufre. Existen varios tipos de instalaciones para este proceso. La caldera de fusión de azufre es una de ellas. Conseguir el artículo que buscas con este producto- Sólo un ayudante. Sin embargo, hoy hay una instalación especial: un aparato para derretir azufre en trozos. Se puede utilizar eficazmente en la producción para producir azufre de alta pureza en grandes cantidades.
Para el propósito anterior, en 1890, se inventó una instalación que permite fundir azufre en profundidad y bombearlo a la superficie mediante una tubería. Su diseño es bastante simple y efectivo en acción: dos tuberías están ubicadas una en la otra. El vapor sobrecalentado a 120 grados (punto de fusión del azufre) circula a través de la tubería exterior. El extremo del tubo interior llega hasta los depósitos del elemento que necesitamos. Cuando se calienta con agua, el azufre comienza a derretirse y salir. Todo es bastante simple. En la versión moderna, la instalación contiene otra tubería: está dentro de la tubería con azufre, y el aire comprimido fluye a través de ella, lo que hace que la fusión suba más rápido.
Hay varios métodos más, y uno de ellos alcanza el punto de fusión del azufre. Dos electrodos se sumergen bajo tierra y se hace pasar una corriente a través de ellos. Dado que el azufre es un dieléctrico típico, no conduce corriente y comienza a calentarse mucho. Así, se derrite y con la ayuda de una tubería, como en el primer método, se bombea. Si quieren enviar azufre a la producción de ácido sulfúrico, entonces se prende fuego bajo tierra y se saca el gas resultante. Se oxida aún más a óxido de azufre (VI) y luego se disuelve en agua, obteniendo el producto final.
Hemos analizado la fusión del azufre, la fusión del azufre y los métodos para su extracción. Ahora es el momento de descubrir por qué se necesitan métodos tan complejos. De hecho, el análisis del proceso de fusión del azufre ySe necesita un sistema de control de temperatura para poder limpiar bien y aplicar efectivamente el producto final de la extracción. Después de todo, el azufre es uno de los elementos más importantes que juega un papel clave en muchas áreas de nuestra vida.
Solicitud
No tiene sentido decir dónde se usan los compuestos de azufre. Es más fácil decir dónde no se aplican. El azufre se encuentra en cualquier caucho y productos de caucho, en el gas que se suministra a los hogares (allí es necesario identificar una fuga si ocurre). Estos son los ejemplos más comunes y sencillos. De hecho, las aplicaciones del azufre son innumerables. Enumerarlos a todos es simplemente poco realista. Pero si nos comprometemos a hacer esto, resulta que el azufre es uno de los elementos más esenciales para la humanidad.
Conclusión
De este artículo, aprendiste cuál es el punto de fusión del azufre y por qué este elemento es tan importante para nosotros. Si está interesado en este proceso y su estudio, probablemente haya aprendido algo nuevo por sí mismo. Por ejemplo, estas pueden ser características de la fusión del azufre. En cualquier caso, no hay límite a la perfección, y el conocimiento de los procesos que tienen lugar en la industria no interferirá con ninguno de nosotros. Puede continuar de forma independiente dominando las complejidades tecnológicas de los procesos de extracción, extracción y procesamiento de azufre y otros elementos contenidos en la corteza terrestre.
