Sēra sadegšanas procesa fizikālās un ķīmiskās bāzes.

S sadegšana notiek, izdalot lielu siltuma daudzumu: 0,5S 2g + O 2g \u003d SO 2g, ΔH \u003d -362,43 kJ

Degšana ir ķīmisko un fizikālo parādību komplekss. Sadedzināšanas krāsnī ir jārisina sarežģīti ātrumu, koncentrāciju un temperatūru lauki, kurus ir grūti aprakstīt matemātiski.

Izkausētā S sadegšana ir atkarīga no atsevišķu pilienu mijiedarbības un sadegšanas apstākļiem. Degšanas procesa efektivitāti nosaka katras sēra daļiņas pilnīgas sadegšanas laiks. Pirms sēra sadegšanas, kas notiek tikai gāzes fāzē, notiek S iztvaicēšana, tā tvaiku sajaukšana ar gaisu un maisījuma karsēšana līdz t, kas nodrošina nepieciešamo reakcijas ātrumu. Tā kā iztvaikošana no piliena virsmas intensīvāk sākas tikai pie noteikta t, katrs šķidrā sēra piliens jāuzsilda līdz šim t. Jo augstāks t, jo ilgāks laiks nepieciešams piliena uzsildīšanai. Kad virs piliena virsmas veidojas degošs tvaiku S un gaisa maisījums ar maksimālo koncentrāciju un t, notiek aizdegšanās. Piliena S sadegšanas process ir atkarīgs no sadegšanas apstākļiem: t un gāzes plūsmas relatīvā ātruma, un šķidruma S fizikāli ķīmiskajām īpašībām (piemēram, cieto pelnu piemaisījumu klātbūtne S), un tas sastāv no šādiem posmiem. : 1-sajaucot šķidruma S pilienus ar gaisu; 2-šo pilienu sildīšana un iztvaikošana; 3-termiskā tvaiku sadalīšana S; 4-gāzes fāzes veidošanās un tās aizdegšanās; 5-gāzes fāzes sadegšana.

Šie posmi notiek gandrīz vienlaicīgi.

Karsēšanas rezultātā sāk iztvaikot šķidruma S piliens, S tvaiki izkliedējas uz degšanas zonu, kur pie augsta t sāk aktīvi reaģēt ar gaisa O 2, notiek S difūzijas sadegšanas process ar SO 2 veidošanās.

Pie lielas t oksidācijas reakcijas S ātrums ir lielāks par fizikālo procesu ātrumu, tāpēc kopējo sadegšanas procesa ātrumu nosaka masas un siltuma pārneses procesi.

Molekulārā difūzija nosaka mierīgu, salīdzinoši lēnu degšanas procesu, savukārt turbulentā difūzija to paātrina. Samazinoties pilienu izmēram, samazinās iztvaikošanas laiks. Smalka sēra daļiņu izsmidzināšana un to vienmērīga sadale gaisa plūsmā palielina saskares virsmu, atvieglo daļiņu karsēšanu un iztvaikošanu. Katra atsevišķa piliena S degšanas laikā lāpas sastāvā ir jāizšķir 3 periodi: es- inkubācija; II- intensīva dedzināšana; III- izdegšanas periods.

Kad piliens sadedzina, no tās virsmas izplūst liesmas, kas atgādina saules uzliesmojumus. Atšķirībā no parastās difūzijas sadedzināšanas ar liesmu izgrūšanu no degoša piliena virsmas, to sauca par "sprādzienbīstamu sadegšanu".

S piliena sadegšana difūzijas režīmā tiek veikta, iztvaicējot molekulas no piliena virsmas. Iztvaikošanas ātrums ir atkarīgs no fizikālās īpašībasšķidrumi un t vidi, un to nosaka iztvaikošanas ātruma raksturlielums. Diferenciāļa režīmā S iedegas I un III periodā. Sprādzienbīstama piliena sadegšana novērojama tikai intensīvas degšanas periodā II periodā. Intensīvās degšanas perioda ilgums ir proporcionāls sākotnējā piliena diametra kubam. Tas ir saistīts ar faktu, ka sprādzienbīstama sadegšana ir piliena tilpumā notiekošo procesu sekas. Degšanas ātruma raksturlielums aprēķin. ar f-le: UZ= /τ sg;

d n ir sākotnējais piliena diametrs, mm; τ ir piliena pilnīgas sadegšanas laiks, s.

Piliena degšanas ātruma raksturlielums ir vienāds ar difūzijas un sprādzienbīstamas sadegšanas raksturlielumu summu: UZ= K vz + K diff; kvz= 0,78∙exp(-(1,59∙p) 2,58); K atšķir= 1,21∙p +0,23; K T2\u003d K T1 ∙ exp (E a ​​/ R ∙ (1 / T 1 - 1 / T 2)); K T1 - degšanas ātruma konstante pie t 1 \u003d 1073 K. K T2 - konst. sildīšanas ātrums pie t atšķiras no t 1 . Еа ir aktivācijas enerģija (7850 kJ/mol).

TAS. Galvenie nosacījumi efektīvai šķidruma S sadegšanai ir: visa nepieciešamā gaisa daudzuma padeve līdz degļa ietekai, smalka un vienmērīga šķidruma S izsmidzināšana, plūsmas turbulence un liela t.

Šķidruma S iztvaikošanas intensitātes vispārējā atkarība no gāzes ātruma un t: K 1= a∙V/(b+V); a, b ir konstantes atkarībā no t. V - ātrums gāze, m/s. Pie lielākas t iztvaikošanas intensitātes S atkarību no gāzes ātruma nosaka: K 1= K o ∙ V n ;

t, o C	lgK par	n
	4,975	0,58
	5,610	0,545
	6,332	0,8

Palielinoties t no 120 līdz 180 o C, S iztvaikošanas intensitāte palielinās 5-10 reizes, bet t 180 līdz 440 o C - 300-500 reizes.

Iztvaikošanas ātrumu pie gāzes ātruma 0,104 m/s nosaka: = 8,745 - 2600/T (pie 120-140 o C); = 7.346 -2025/T (pie 140-200 o C); = 10,415 - 3480 / T (pie 200-440 ° C).

Lai noteiktu iztvaikošanas ātrumu S pie jebkuras t no 140 līdz 440 ° C un gāzes ātrumu diapazonā no 0,026 līdz 0,26 m / s, vispirms to nosaka gāzes ātrumam 0,104 m / s un pārrēķina uz citu ātrumu: lg = lg + n ∙ lgV `` /V ` ; Šķidrā sēra iztvaikošanas ātruma un sadegšanas ātruma vērtības salīdzinājums liecina, ka degšanas intensitāte nevar pārsniegt iztvaikošanas ātrumu sēra viršanas temperatūrā. Tas apstiprina sadegšanas mehānisma pareizību, saskaņā ar kuru sērs deg tikai tvaika stāvoklī. Sēra tvaiku oksidēšanās ātruma konstanti (reakcija norit pēc otrās kārtas vienādojuma) nosaka kinētiskais vienādojums: -dС S /d = К∙С S ∙С О2 ; C S ir tvaika koncentrācija S; C O2 - conc-I tvaiki O 2; K ir reakcijas ātruma konstante. Kopējā tvaiku S un O 2 koncentrācija op-yut: C S= a(1-x); Ar O2= b - 2ax; a ir sākotnējā tvaika koncentrācija S; b - O 2 tvaiku sākotnējā koncentrācija; х ir tvaiku oksidācijas pakāpe S. Tad:

K∙τ= (2,3 /(b – 2a)) ∙ (lg(b – ax/b(1 – x)));

Oksidācijas reakcijas S līdz SO 2 ātruma konstante: lgK\u003d B - A / T;

par C	650 - 850	850 - 1100
IN	3,49	2,92
A

Sēra pilieni d< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 µm sprādzienbīstamā, 100-160 µm apgabalā pilienu degšanas laiks nepalielinās.

Tas. lai pastiprinātu degšanas procesu, sēru vēlams izsmidzināt pilienos d = 130-200 µm, kas prasa papildu enerģiju. Dedzinot to pašu skaitu S saņēma. SO 2 ir jo koncentrētāks, jo mazāks ir krāsns gāzes tilpums un lielāka tā t.

1 - CO2; 2 - Ar SO2

Attēlā parādīta aptuvenā sakarība starp t un SO 2 koncentrāciju krāsns gāzē, kas rodas, sēram adiabātiski sadegot gaisā. Praksē tiek iegūts ļoti koncentrēts SO 2, ko ierobežo fakts, ka pie t > 1300 ātri tiek iznīcināta krāsns un gāzes kanālu oderējums. Turklāt šajos apstākļos var rasties blakusreakcijas starp gaisa O 2 un N 2, veidojoties slāpekļa oksīdiem, kas ir nevēlams SO 2 piemaisījums, tāpēc sēra krāsnīs parasti tiek uzturēts t = 1000-1200. Un krāsns gāzes satur 12-14 tilpuma% SO 2 . No viena tilpuma O 2 veidojas viens tilpums SO 2, tāpēc maksimālais teorētiskais SO 2 saturs sadegšanas gāzē, degot S gaisā, ir 21%. Dedzinot S gaisā, šaujot. O 2 SO 2 saturs gāzu maisījumā var palielināties atkarībā no O 2 koncentrācijas. Teorētiskais SO 2 saturs, sadedzinot S tīrā O 2, var sasniegt 100%. Iespējamais grauzdēšanas gāzes sastāvs, kas iegūts, sadedzinot S gaisā un dažādos skābekļa-slāpekļa maisījumos, parādīts attēlā:

Krāsnis sēra sadedzināšanai.

S sadedzināšana sērskābes ražošanā tiek veikta krāsnīs atomizētā vai TV stāvoklī. Izkausētā S sadedzināšanai izmantojiet sprauslu, ciklonu un vibrācijas krāsnis. Visplašāk izmantotie ir ciklons un inžektors. Šīs krāsnis tiek klasificētas pēc zīmēm:- atbilstoši uzstādīto sprauslu veidam (mehāniskā, pneimatiskā, hidrauliskā) un to izvietojumam krāsnī (radiālā, tangenciālā); - ar sietu klātbūtni sadegšanas kamerās; - pēc izpildes (horizonti, vertikāles); - atbilstoši gaisa padeves ieplūdes atveru novietojumam; - ierīcēm gaisa plūsmu sajaukšanai ar S tvaikiem; - iekārtām sadegšanas siltuma S izmantošanai; - pēc kameru skaita.

Sprauslu krāsns (rīsi)

1 - tērauda cilindrs, 2 - odere. 3 - azbests, 4 - starpsienas. 5 - sprausla degvielas izsmidzināšanai, 6 sprauslas sēra izsmidzināšanai,

7 - kaste gaisa padevei krāsnī.

Tam ir diezgan vienkāršs dizains, viegli kopjams, tam ir gāzes attēls, nemainīga SO 2 koncentrācija. Uz nopietniem trūkumiem ietver: pakāpenisku starpsienu iznīcināšanu augstā t dēļ; zems sadegšanas kameras siltuma spriegums; grūtības iegūt augstas koncentrācijas gāzi, tk. izmantot lielu gaisa pārpalikumu; sadegšanas procenta atkarība no izsmidzināšanas kvalitātes S; ievērojams degvielas patēriņš krāsns palaišanas un apkures laikā; salīdzinoši lieli izmēri un svars, kā rezultātā ievērojami kapitālieguldījumi, ražošanas platības, ekspluatācijas izmaksas un lieli siltuma zudumi vidē.

Perfektāks ciklona krāsnis.

1 - priekškamera, 2 - gaisa kaste, 3, 5 - pēcsadedzināšanas kameras, 4. 6 spiedgredzeni, 7, 9 - sprauslas gaisa padevei, 8, 10 - sprauslas sēra padevei.

Piegāde: tangenciālā gaisa ieplūde un S; nodrošina vienmērīgu S sadegšanu krāsnī, pateicoties labākai plūsmas turbulencei; iespēja iegūt gala procesa gāzi līdz 18% SO 2; augsts krāsns telpas termiskais spriegums (4,6 10 6 W / m 3); aparāta tilpums tiek samazināts par 30-40, salīdzinot ar tādas pašas jaudas sprauslas krāsns tilpumu; pastāvīga koncentrācija SO 2; vienkārša sadegšanas procesa S regulēšana un tā automatizācija; zems laiks un degošs materiāls krāsns apkurei un iedarbināšanai pēc ilgas apstāšanās; zemāks slāpekļa oksīdu saturs pēc krāsns. Pamata nedēļas saistīts ar augstu t degšanas procesā; iespējama oderes un metināto šuvju plaisāšana; Neapmierinoša S izsmidzināšana noved pie tā tvaiku izplūdes t / apmaiņas iekārtās pēc krāsns, un līdz ar to pie iekārtas korozijas un t nestabilitātes pie t / maiņas iekārtas ieplūdes.

Molten S var iekļūt krāsnī caur tangenciālām vai aksiālām sprauslām. Ar sprauslu aksiālo izvietojumu degšanas zona ir tuvāk perifērijai. Pie pieskares - tuvāk centram, kā dēļ tiek samazināta augstā t ietekme uz oderi. (rīsi) Gāzes plūsmas ātrums ir 100-120 m / s - tas rada labvēlīgus apstākļus masas un siltuma pārnesei, un degšanas ātrums palielinās S.

Vibrācijas krāsns (rīsi).

1 – degļu krāsns galva; 2 - atgriezes vārsti; 3 - vibrācijas kanāls.

Vibrācijas degšanas laikā periodiski mainās visi procesa parametri (spiediens kamerā, gāzu maisījuma ātrums un sastāvs, t). Ierīce vibrātiem. degšanu S sauc par krāsni-degli. Pirms krāsns tiek sajaukts S un gaiss, un tie caur pretvārstiem (2) ieplūst krāsns-degļa galvā, kur tiek sadedzināts maisījums. Izejvielu piegāde tiek veikta pa daļām (procesi ir cikliski). Šajā krāsns versijā siltuma jauda un degšanas ātrums ievērojami palielinās, bet pirms maisījuma aizdedzināšanas ir nepieciešams labi sajaukt atomizēto S ar gaisu, lai process noritētu uzreiz. Šajā gadījumā sadegšanas produkti labi sajaucas, SO 2 gāzes plēve, kas apņem S daļiņas, tiek iznīcināta un atvieglo jaunu O 2 daļu iekļūšanu degšanas zonā. Šādā krāsnī iegūtais SO 2 nesatur nesadegušas daļiņas, tā koncentrācija ir augsta augšpusē.

Ciklona krāsnij, salīdzinot ar sprauslu krāsni, to raksturo 40-65 reizes lielāks termiskais spriegums, iespēja iegūt koncentrētāku gāzi un lielāka tvaika ražošana.

Šķidruma S sadedzināšanas krāsnīm svarīgākais aprīkojums ir sprausla, kurai jānodrošina plāna un vienmērīga šķidruma S izsmidzināšana, laba tā sajaukšanās ar gaisu pašā sprauslā un aiz tās, ātra šķidruma S plūsmas ātruma regulēšana, kamēr. saglabājot nepieciešamo tā attiecību ar gaisu, noteiktas formas stabilitāti, lāpas garumu, kā arī ir stabils dizains, uzticams un viegli lietojams. Lai sprauslas darbotos vienmērīgi, ir svarīgi, lai S būtu labi attīrīts no pelniem un bitumena. Sprauslas ir mehāniskas (raža zem sava spiediena) un pneimatiskas (izsmidzināšanā joprojām tiek iesaistīts gaiss).

Sēra sadegšanas siltuma izmantošana.

Reakcija ir izteikti eksotermiska, kā rezultātā izdalās liels daudzums siltuma un gāzes temperatūra pie krāšņu izejas ir 1100-1300 0 C. SO 2 kontakta oksidēšanai gāzes temperatūra pie ieejas 1. cat-ra slānis nedrīkst pārsniegt 420 - 450 0 C. Tāpēc pirms SO 2 oksidācijas stadijas ir nepieciešams atdzesēt gāzes plūsmu un izmantot lieko siltumu. Sērskābes sistēmās, kas darbojas ar sēru siltuma atgūšanai, visplašāk tiek izmantoti ūdens cauruļu siltuma rekuperācijas katli ar dabisko siltuma cirkulāciju. SETA - C (25 - 24); RKS 95 / 4,0 - 440.

Energotehnoloģiskais apkures katls RKS 95/4.0 - 440 ir ūdenscaurules, dabiskās cirkulācijas, gāzi necaurlaidīgs katls, paredzēts darbam ar spiedienu. Katls sastāv no 1. un 2. pakāpes iztvaicētājiem, 1.2. pakāpes tālvadības ekonomaizeriem, 1.2. pakāpes tālvadības pārkarsētājiem, trumuļa, sēra sadedzināšanas krāsnīm. Krāsns paredzēta līdz 650 tonnām šķidruma sadedzināšanai. Sērs dienā. Krāsns sastāv no diviem cikloniem, kas savienoti viens pret otru 110 0 leņķī, un pārejas kameras.

Iekšējais korpuss ar diametru 2,6 m, brīvi balstās uz balstiem. Ārējais apvalks ir 3 m diametrā.Gredzenveida telpa, ko veido iekšējais un ārējais apvalks, ir piepildīta ar gaisu, kas pēc tam caur sprauslām nonāk sadegšanas kamerā. Sērs tiek piegādāts krāsnī ar 8 sēra sprauslām, pa 4 katrā ciklonā. Sēra sadegšana notiek virpuļojošā gāzes-gaisa plūsmā. Plūsmas virpuļošana tiek panākta, tangenciāli ievadot gaisu sadegšanas ciklonā caur gaisa sprauslām, katrā ciklonā pa 3. Gaisa daudzumu kontrolē ar motorizētiem vārstiem uz katras gaisa sprauslas. Pārejas kamera ir paredzēta gāzes plūsmas virzīšanai no horizontālajiem cikloniem uz iztvaicētāja vertikālo gāzes kanālu. Kurtuves iekšējā virsma ir izklāta ar 250 mm biezu MKS-72 zīmola mulīta-korunda ķieģeļu.

1 - cikloni

2 - pārejas kamera

3 - iztvaicēšanas ierīces

Saņemot grauzdēšanas gāzi, dedzinot sēru, nav nepieciešams to attīrīt no piemaisījumiem. Sagatavošanas posms ietvers tikai gāzes žāvēšanu un skābes iznīcināšanu. Kad sērs tiek sadedzināts, notiek neatgriezeniska eksotermiska reakcija:

S + O 2 = SO 2 (1)

ar ļoti liela siltuma daudzuma izdalīšanos: H \u003d -362,4 kJ / mol vai masas vienības izteiksmē 362,4 / 32 \u003d 11,325 kJ / t \u003d 11325 kJ / kg S.

Izkausētais šķidrais sērs, kas tiek piegādāts sadedzināšanai, iztvaiko (uzvārās) 444,6 *C temperatūrā; iztvaikošanas siltums ir 288 kJ/kg. Kā redzams no iepriekš minētajiem datiem, sēra sadegšanas reakcijas siltums ir pilnīgi pietiekams, lai iztvaicētu izejvielu, tāpēc sēra un skābekļa mijiedarbība notiek gāzes fāzē (viendabīga reakcija).

Sēra sadedzināšana rūpniecībā tiek veikta šādi. Sērs ir iepriekš izkausēts (šim nolūkam var izmantot ūdens tvaikus, kas iegūti, izmantojot sēra galvenās sadegšanas reakcijas siltumu). Tā kā sēra kušanas temperatūra ir salīdzinoši zema, ir viegli atdalīt mehāniskos piemaisījumus, kas nav pārgājuši šķidrā fāzē, nostādot un pēc tam filtrējot no sēra, un iegūt pietiekami tīras izejvielas. Izkausētā sēra sadedzināšanai izmanto divu veidu krāsnis - sprausla un ciklons. Ir jāparedz šķidrā sēra izsmidzināšana tajos, lai tas ātri iztvaikotu un nodrošinātu drošu kontaktu ar gaisu visās aparāta daļās.

No krāsns apdedzināšanas gāze nonāk atkritumu siltuma katlā un pēc tam nākamajos aparātos.

Sēra dioksīda koncentrācija grauzdēšanas gāzē ir atkarīga no sēra un sadedzināšanai piegādātā gaisa attiecības. Ja gaisu ņem stehiometriskā daudzumā, t.i. uz katru sēra molu 1 mols skābekļa, tad ar pilnīgu sēra sadegšanu koncentrācija būs vienāda ar skābekļa tilpuma daļu gaisā C tātad 2. max \u003d 21%. Tomēr parasti gaiss tiek uzņemts pārāk daudz, pretējā gadījumā krāsns temperatūra būs pārāk augsta.

Ar adiabātisku sēra sadedzināšanu stehiometriskā sastāva reakcijas maisījuma apdedzināšanas temperatūra būs ~ 1500*C. Praktiskā ziņā temperatūras paaugstināšanas iespēju kurtuvē ierobežo fakts, ka virs 1300*C ātri tiek iznīcināta krāsns un gāzes kanālu oderējums. Parasti, dedzinot sēru, tiek iegūta apdedzināšanas gāze, kas satur 13 - 14% SO 2.

2. So2 kontaktoksidēšana uz so3

Sēra dioksīda kontaktoksidēšana ir tipisks heterogēnas oksidatīvās eksotermiskās katalīzes piemērs.

Šī ir viena no visvairāk pētītajām katalītiskajām sintēzēm. PSRS visrūpīgāko darbu pie SO 2 oksidēšanās līdz SO 3 izpētei un katalizatoru izstrādes veica G.K. Boreskovs. Sēra dioksīda oksidācijas reakcija

SO 2 + 0,5 O 2 = SO 3 (2)

raksturo ļoti augsta aktivācijas enerģijas vērtība un tāpēc tās praktiskā realizācija iespējama tikai katalizatora klātbūtnē.

Rūpniecībā galvenais SO 2 oksidēšanas katalizators ir katalizators, kura pamatā ir vanādija oksīds V 2 O 5 (vanādija kontaktmasa). Katalītisko aktivitāti šajā reakcijā uzrāda arī citi savienojumi, galvenokārt platīns. Tomēr platīna katalizatori ir ārkārtīgi jutīgi pat pret arsēna, selēna, hlora un citu piemaisījumu pēdām, un tāpēc tos pakāpeniski aizstāja ar vanādija katalizatoriem.

Reakcijas ātrums palielinās, palielinoties skābekļa koncentrācijai, tāpēc rūpniecībā process tiek veikts ar tā pārpalikumu.

Tā kā SO 2 oksidācijas reakcija pieder eksotermiskajam tipam, tās īstenošanas temperatūras režīmam vajadzētu tuvoties optimālo temperatūru līnijai. Temperatūras režīma izvēli papildus nosaka divi ierobežojumi, kas saistīti ar katalizatora īpašībām. Apakšējā temperatūras robeža ir vanādija katalizatoru aizdegšanās temperatūra, kas atkarībā no konkrētā katalizatora veida un gāzes sastāva ir 400 - 440 * C. augšējā temperatūras robeža ir 600 - 650*C un to nosaka tas, ka virs šīm temperatūrām katalizatora struktūra pārkārtojas un tas zaudē savu aktivitāti.

Diapazonā no 400 - 600 * C process tiek mēģināts veikt tā, lai, palielinoties konversijas pakāpei, temperatūra pazeminātos.

Visbiežāk rūpniecībā tiek izmantotas plauktu kontaktierīces ar ārējo siltuma apmaiņu. Siltuma apmaiņas shēma paredz maksimālo reakcijas siltuma izmantošanu avota gāzes sildīšanai un vienlaikus gāzes dzesēšanai starp plauktiem.

Viens no kritiski uzdevumi saskaras ar sērskābes rūpniecību - sēra dioksīda pārvēršanās pakāpes palielināšana un tā emisiju samazināšana atmosfērā. Šo problēmu var atrisināt vairākos veidos.

Viens no visvairāk racionālas metodesŠīs problēmas risinājums, ko plaši izmanto sērskābes rūpniecībā, ir dubultā kontakta un dubultās absorbcijas metode (DKDA). Lai novirzītu līdzsvaru uz labo pusi un palielinātu procesa ražu, kā arī palielinātu procesa ātrumu, process tiek veikts saskaņā ar šo metodi. Tās būtība ir tāda, ka reakcijas maisījums, kurā SO 2 konversijas pakāpe ir 90 - 95%, tiek atdzesēts un nosūtīts uz starpproduktu absorbētāju, lai atdalītu SO 3 . Atlikušajā reakcijas gāzē O 2 :SO 2 attiecība ievērojami palielinās, kas noved pie reakcijas līdzsvara nobīdes pa labi. Tikko uzkarsētā reakcijas gāze atkal tiek ievadīta kontaktaparātā, kur uz viena vai diviem katalizatora slāņiem tiek sasniegti 95% no atlikušā SO 2 konversijas. Kopējā SO 2 konversija šajā procesā ir 99,5% - 99,8%.

Sērs ir ķīmiskais elements, kas ir periodiskās tabulas sestajā grupā un trešajā periodā. Šajā rakstā mēs detalizēti aplūkosim tā ķīmisko sastāvu un ražošanu, izmantošanu un tā tālāk. Fizikālās īpašības ietver tādas pazīmes kā krāsa, elektrovadītspējas līmenis, sēra viršanas temperatūra utt. Ķīmiskais raksturo tās mijiedarbību ar citām vielām.

Sērs fizikas ziņā

Šī ir trausla viela. Plkst normāli apstākļi tas ir cietā agregācijas stāvoklī. Sēram ir citrondzeltena krāsa.

Un lielākoties visiem tā savienojumiem ir dzeltenas nokrāsas. Nešķīst ūdenī. Tam ir zema siltuma un elektriskā vadītspēja. Šīs īpašības raksturo to kā tipisku nemetālu. Neskatoties uz to, ka sēra ķīmiskais sastāvs nemaz nav sarežģīts, šai vielai var būt vairākas variācijas. Viss ir atkarīgs no kristāla režģa struktūras, ar kuras palīdzību atomi tiek savienoti, bet tie neveido molekulas.

Tātad, pirmā iespēja ir rombveida sērs. Viņa ir visstabilākā. Šāda veida sēra viršanas temperatūra ir četri simti četrdesmit pieci grādi pēc Celsija. Bet, lai šī viela pārietu gāzveida formā agregācijas stāvoklis, viņam vispirms jāiziet cauri šķidrumam. Tātad sēra kušana notiek temperatūrā, kas ir simts trīspadsmit grādi pēc Celsija.

Otrā iespēja ir monoklīniskais sērs. Tie ir adatas formas kristāli ar tumši dzeltenu krāsu. Pirmā tipa sēra kušana un pēc tam tā lēna dzesēšana noved pie šāda veida veidošanās. Šai šķirnei ir gandrīz tādas pašas fiziskās īpašības. Piemēram, šāda veida sēra viršanas temperatūra joprojām ir tie paši četri simti četrdesmit pieci grādi. Turklāt šai vielai ir tāda dažādība kā plastmasa. To iegūst, ielejot aukstā ūdenī, kas uzsildīts gandrīz līdz vārīšanās temperatūrai, rombveida. Šāda veida sēra viršanas temperatūra ir vienāda. Bet vielai ir īpašība stiepties kā gumijai.

Vēl viena sastāvdaļa fiziskās īpašības, par ko es gribētu runāt, ir sēra aizdegšanās temperatūra.

Šis indikators var atšķirties atkarībā no materiāla veida un tā izcelsmes. Piemēram, tehniskā sēra aizdegšanās temperatūra ir simts deviņdesmit grādi. Tas ir diezgan zems rādītājs. Citos gadījumos sēra uzliesmošanas temperatūra var būt divi simti četrdesmit astoņi grādi un pat divi simti piecdesmit seši. Tas viss ir atkarīgs no tā, no kāda materiāla tas tika iegūts, kāds ir tā blīvums. Bet mēs varam secināt, ka sēra sadegšanas temperatūra ir diezgan zema, salīdzinot ar citiem ķīmiskajiem elementiem, tā ir viegli uzliesmojoša viela. Turklāt dažreiz sērs var apvienoties molekulās, kas sastāv no astoņiem, sešiem, četriem vai diviem atomiem. Tagad, aplūkojot sēru no fizikas viedokļa, pāriesim uz nākamo sadaļu.

Sēra ķīmiskais raksturojums

Šim elementam ir salīdzinoši zems atomu masa, tas ir vienāds ar trīsdesmit diviem gramiem uz vienu molu. Sēra elementa īpašība ietver tādu šīs vielas īpašību kā spēju piederēt dažādas pakāpes oksidēšanās. Ar to tas atšķiras, teiksim, no ūdeņraža vai skābekļa. Apsverot jautājumu par ko ķīmiskais raksturojums elements sērs, nevar nepieminēt, ka atkarībā no apstākļiem tam piemīt gan reducējošas, gan oksidējošas īpašības. Tātad, lai secinātu, apsveriet dotās vielas mijiedarbību ar dažādiem ķīmiskiem savienojumiem.

Sērs un vienkāršas vielas

Vienkāršas vielas ir vielas, kas satur tikai vienu ķīmisko elementu. Tā atomi var apvienoties molekulās, kā, piemēram, skābekļa gadījumā, vai arī nesavienoties, kā tas ir metālu gadījumā. Tātad sērs var reaģēt ar metāliem, citiem nemetāliem un halogēniem.

Mijiedarbība ar metāliem

Lai veiktu šāda veida procesu, ir nepieciešama augsta temperatūra. Šādos apstākļos notiek pievienošanas reakcija. Tas ir, metāla atomi savienojas ar sēra atomiem, tādējādi veidojot sarežģītas vielas sulfīdus. Piemēram, ja jūs uzsildāt divus molus kālija, sajaucot tos ar vienu molu sēra, jūs iegūstat vienu molu šī metāla sulfīda. Vienādojumu var uzrakstīt šādā formā: 2K + S = K 2 S.

Reakcija ar skābekli

Tā ir sēra dedzināšana. Šī procesa rezultātā veidojas tā oksīds. Pēdējais var būt divu veidu. Tāpēc sēra sadegšana var notikt divos posmos. Pirmais ir tad, kad viens mols sēra un viens mols skābekļa veido vienu molu sēra dioksīda. Pierakstiet šī vienādojumu ķīmiskā reakcija var būt šāds: S + O 2 \u003d SO 2. Otrais posms ir vēl viena skābekļa atoma pievienošana dioksīdam. Tas notiek, ja augstā temperatūrā pievienojat vienu molu skābekļa diviem moliem. Rezultāts ir divi moli sēra trioksīda. Šīs ķīmiskās mijiedarbības vienādojums izskatās šādi: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. Šīs reakcijas rezultātā sērskābe. Tātad, veicot divus aprakstītos procesus, iegūto trioksīdu ir iespējams izlaist caur ūdens tvaiku strūklu. Un mēs iegūstam. Šādas reakcijas vienādojums ir uzrakstīts šādi: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4.

Mijiedarbība ar halogēniem

Ķīmiskā viela, tāpat kā citi nemetāli, ļauj tai reaģēt ar šo vielu grupu. Tas ietver tādus savienojumus kā fluors, broms, hlors, jods. Sērs reaģē ar jebkuru no tiem, izņemot pēdējo. Kā piemēru mēs varam minēt aplūkojamā periodiskās tabulas elementa fluorēšanas procesu. Sildot minēto nemetālu ar halogēnu, var iegūt divas fluora variācijas. Pirmais gadījums: ja mēs ņemam vienu molu sēra un trīs molus fluora, mēs iegūstam vienu molu fluorīda, kura formula ir SF 6. Vienādojums izskatās šādi: S + 3F 2 = SF 6. Turklāt ir otrs variants: ja mēs ņemam vienu molu sēra un divus molus fluora, mēs iegūstam vienu molu fluorīda ar ķīmisko formulu SF 4 . Vienādojums ir uzrakstīts šādā formā: S + 2F 2 = SF 4 . Kā redzat, viss ir atkarīgs no proporcijām, kādās sastāvdaļas tiek sajauktas. Tieši tādā pašā veidā ir iespējams veikt sēra hlorēšanas (var veidoties arī divas dažādas vielas) vai bromēšanas procesu.

Mijiedarbība ar citām vienkāršām vielām

Ar to elementa sēra raksturojums nebeidzas. Viela var arī nonākt ķīmiskā reakcijā ar ūdeņradi, fosforu un oglekli. Mijiedarbojoties ar ūdeņradi, veidojas sulfīda skābe. Tā reakcijas rezultātā ar metāliem var iegūt to sulfīdus, kurus, savukārt, iegūst arī tiešā sēra reakcijā ar to pašu metālu. Ūdeņraža atomu pievienošana sēra atomiem notiek tikai ļoti augstas temperatūras apstākļos. Sēram reaģējot ar fosforu, veidojas tā fosfīds. Tam ir šāda formula: P 2 S 3. Lai iegūtu vienu molu šīs vielas, jāņem divi moli fosfora un trīs moli sēra. Sēram mijiedarbojoties ar oglekli, veidojas attiecīgā nemetāla karbīds. Tā ķīmiskā formula izskatās šādi: CS 2. Lai iegūtu vienu molu šīs vielas, jums jāņem viens mols oglekļa un divi moli sēra. Visas iepriekš aprakstītās pievienošanas reakcijas notiek tikai tad, ja reaģenti tiek uzkarsēti līdz augstām temperatūrām. Mēs esam apsvēruši sēra mijiedarbību ar vienkāršām vielām, tagad pāriesim pie nākamā punkta.

Sērs un kompleksie savienojumi

Savienojumi ir vielas, kuru molekulas sastāv no diviem (vai vairākiem) dažādiem elementiem. Ķīmiskās īpašības sērs ļauj tam reaģēt ar tādiem savienojumiem kā sārmi, kā arī koncentrēta sulfātskābe. Tās reakcijas ar šīm vielām ir diezgan savdabīgas. Vispirms apsveriet, kas notiek, ja attiecīgais nemetāls tiek sajaukts ar sārmu. Piemēram, ja ņemat sešus molus un pievienojat tiem trīs molus sēra, jūs iegūstat divus molus kālija sulfīda, vienu molu dotā metāla sulfīta un trīs molus ūdens. Šāda veida reakciju var izteikt ar šādu vienādojumu: 6KOH + 3S \u003d 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Pēc tāda paša principa mijiedarbība notiek, ja pievienojat Tālāk, apsveriet sēra uzvedību koncentrētā šķīdumā. tai pievieno sulfātskābes. Ja ņemam vienu molu pirmās un divus molus otrās vielas, iegūstam šādus produktus: sēra trioksīdu trīs molu apjomā un arī ūdeni - divus molus. Šī ķīmiskā reakcija var notikt tikai tad, ja reaģenti tiek uzkarsēti līdz augstai temperatūrai.

Uzskatāmā nemetāla iegūšana

Ir vairākas galvenās metodes, ar kurām sēru var iegūt no dažādām vielām. Pirmā metode ir izolēt to no pirīta. Ķīmiskā formula pēdējais - FeS 2 . Karsējot šo vielu līdz augstai temperatūrai, nepiekļūstot skābeklim, var iegūt citu dzelzs sulfīdu - FeS - un sēru. Reakcijas vienādojums ir uzrakstīts šādi: FeS 2 \u003d FeS + S. Otrā sēra iegūšanas metode, ko bieži izmanto rūpniecībā, ir sēra sulfīda sadedzināšana neliela skābekļa daudzuma apstākļos. Šajā gadījumā jūs varat iegūt uzskatīto nemetālu un ūdeni. Lai veiktu reakciju, jums jāņem komponenti molārā attiecībā no divi pret vienu. Rezultātā mēs iegūstam gala produktus proporcijās divi pret divi. Šīs ķīmiskās reakcijas vienādojumu var uzrakstīt šādi: 2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O. Turklāt sēru var iegūt dažādos metalurģijas procesos, piemēram, ražojot metālus, piemēram, niķeli, varš un citi.

Rūpnieciskā izmantošana

Nemetāls, kuru mēs apsveram, ir atradis visplašāko pielietojumu ķīmiskajā rūpniecībā. Kā minēts iepriekš, šeit to izmanto, lai no tā iegūtu sulfātu skābi. Turklāt sēru izmanto kā sastāvdaļu sērkociņu ražošanā, jo tas ir viegli uzliesmojošs materiāls. Tas ir neaizstājams arī sprāgstvielu, šaujampulvera, dzirksteļu uc ražošanā. Turklāt sērs tiek izmantots kā viena no kaitēkļu apkarošanas līdzekļu sastāvdaļām. Medicīnā to izmanto kā sastāvdaļu ādas slimību zāļu ražošanā. Tāpat attiecīgo vielu izmanto dažādu krāsvielu ražošanā. Turklāt to izmanto fosfora ražošanā.

Sēra elektroniskā struktūra

Kā zināms, visi atomi sastāv no kodola, kurā atrodas protoni – pozitīvi lādētas daļiņas – un neitroni, t.i., daļiņas, kurām ir nulle lādiņš. Elektroni riņķo ap kodolu ar negatīvu lādiņu. Lai atoms būtu neitrāls, tā struktūrā jābūt vienādam protonu un elektronu skaitam. Ja pēdējo ir vairāk, tas jau ir negatīvs jons - anjons. Ja, gluži pretēji, protonu skaits ir lielāks par elektronu skaitu, tas ir pozitīvs jons vai katjons. Sēra anjons var darboties kā skābes atlikums. Tā ir daļa no tādu vielu molekulām kā sulfīda skābe (sērūdeņradis) un metālu sulfīdi. Anjons veidojas elektrolītiskās disociācijas laikā, kas rodas, vielai izšķīdinot ūdenī. Šajā gadījumā molekula sadalās katjonā, ko var attēlot kā metāla vai ūdeņraža jonu, kā arī katjonā - skābes atlikuma vai hidroksilgrupas jonu (OH-).

Tā kā sēra kārtas numurs periodiskajā tabulā ir sešpadsmit, varam secināt, ka tieši šāds protonu skaits atrodas tā kodolā. Pamatojoties uz to, mēs varam teikt, ka apkārt rotē arī sešpadsmit elektroni. Neitronu skaitu var atrast, atņemot no molārā masaķīmiskā elementa kārtas numurs: 32 - 16 = 16. Katrs elektrons negriežas nejauši, bet gan noteiktā orbītā. Tā kā sērs ir ķīmisks elements, kas pieder periodiskās tabulas trešajam periodam, ap kodolu ir trīs orbītas. Pirmajā ir divi elektroni, otrajā ir astoņi, bet trešajā ir seši. Elektroniskā formula sēra atomu raksta šādi: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Izplatība dabā

Pamatā aplūkotais ķīmiskais elements ir atrodams minerālu sastāvā, kas ir dažādu metālu sulfīdi. Pirmkārt, tas ir pirīts - dzelzs sāls; tas ir arī svins, sudrabs, vara spīdums, cinka maisījums, cinobra - dzīvsudraba sulfīds. Turklāt sēru var iekļaut arī minerālvielu sastāvā, kuru struktūru attēlo trīs vai vairāki ķīmiskie elementi.

Piemēram, halkopirīts, mirabilīts, kizerīts, ģipsis. Jūs varat apsvērt katru no tiem sīkāk. Pirīts ir dzelzs sulfīds jeb FeS 2 . Tam ir gaiši dzeltena krāsa ar zeltainu spīdumu. Šo minerālu bieži var atrast kā piemaisījumu lapis lazuli, ko plaši izmanto rotaslietu ražošanā. Tas ir saistīts ar faktu, ka šiem diviem minerāliem bieži ir kopīga atradne. Vara spīdums – halkocīts jeb halkozīns – ir zilgani pelēka viela, līdzīga metālam. un sudraba spīdumam (argentītam) ir līdzīgas īpašības: tie abi izskatās kā metāli, ir pelēkā krāsā. Cinnabar ir brūngani sarkans blāvs minerāls ar pelēkiem plankumiem. Halkopirīts, kura ķīmiskā formula ir CuFeS 2, ir zeltaini dzeltens, to sauc arī par zelta maisījumu. Cinka maisījumam (sfalerītam) var būt krāsa no dzintara līdz ugunīgi oranžai. Mirabilīts - Na 2 SO 4 x10H 2 O - caurspīdīgi vai balti kristāli. To sauc arī par lietotu medicīnā. Kizerīta ķīmiskā formula ir MgSO 4 xH 2 O. Tas izskatās kā balts vai bezkrāsains pulveris. Ģipša ķīmiskā formula ir CaSO 4 x2H 2 O. Turklāt šis ķīmiskais elements ir daļa no dzīvo organismu šūnām un ir svarīgs mikroelements.