Belerang adalah salah satu elemen paling umum dari kerak bumi. Paling sering, ditemukan dalam komposisi mineral yang mengandung logam di sampingnya. Proses yang terjadi ketika titik didih dan titik leleh belerang tercapai sangat menarik. Kami akan menganalisis proses ini, serta kesulitan yang terkait dengannya, dalam artikel ini. Tapi pertama-tama, mari selami sejarah penemuan elemen ini.
Sejarah
Dalam bentuk aslinya, serta dalam komposisi mineral, belerang telah dikenal sejak zaman kuno. Dalam teks-teks Yunani kuno, efek racun dari senyawanya pada tubuh manusia dijelaskan. Sulfur dioksida yang dilepaskan selama pembakaran senyawa unsur ini memang bisa mematikan bagi manusia. Sekitar abad ke-8, belerang mulai digunakan di Cina untuk membuat campuran kembang api. Tidak heran, karena di negara inilah mesiu dipercaya telah ditemukan.
Bahkan di Mesir kuno, orang tahu metode memanggang bijih yang mengandung belerang berdasarkan tembaga. Beginilah cara logam ditambang. Belerang keluar dalam bentuk gas beracun SO2.
Meskipun terkenal sejak zaman kuno, pengetahuan tentang apa itu belerang, datang berkat karya naturalis Prancis AntoineLavoisier. Dialah yang menetapkan bahwa itu adalah unsur, dan produk pembakarannya adalah oksida.
Berikut adalah sejarah singkat perkenalan orang dengan unsur kimia ini. Selanjutnya, kita akan berbicara secara rinci tentang proses yang terjadi di perut bumi dan mengarah pada pembentukan belerang dalam bentuk seperti sekarang.
Bagaimana belerang muncul?
Ada kesalahpahaman umum bahwa elemen ini paling sering ditemukan dalam bentuk aslinya (yaitu, murni). Namun, ini tidak sepenuhnya benar. Sulfur asli paling sering ditemukan sebagai inklusi dalam bijih lainnya.
Saat ini, ada beberapa teori tentang asal usul unsur dalam bentuknya yang paling murni. Mereka menyarankan perbedaan waktu pembentukan belerang dan bijih di mana ia diselingi. Yang pertama, teori syngenesis, mengasumsikan pembentukan belerang bersama dengan bijih. Menurutnya, beberapa bakteri yang hidup di laut, mereduksi sulfat di dalam air menjadi hidrogen sulfida. Yang terakhir, pada gilirannya, bangkit, di mana, dengan bantuan bakteri lain, ia dioksidasi menjadi belerang. Dia jatuh ke dasar, bercampur dengan lumpur, dan kemudian mereka bersama-sama membentuk bijih.
Inti dari teori epigenesis adalah bahwa belerang dalam bijih terbentuk lebih lambat dari dirinya sendiri. Ada beberapa cabang di sini. Kami hanya akan berbicara tentang versi paling umum dari teori ini. Ini terdiri dari ini: air tanah, yang mengalir melalui akumulasi bijih sulfat, diperkaya dengannya. Kemudian, melewati ladang minyak dan gas, ion sulfat direduksi menjadi hidrogen sulfida karena hidrokarbon. Hidrogen sulfida, naik ke permukaan, teroksidasioksigen atmosfer menjadi belerang, yang mengendap di bebatuan, membentuk kristal. Teori ini baru-baru ini menemukan semakin banyak konfirmasi, tetapi pertanyaan tentang kimia dari transformasi ini tetap terbuka.
Dari proses asal usul belerang di alam, mari kita beralih ke modifikasinya.
Alotropi dan polimorfisme
Belerang, seperti banyak elemen lain dari tabel periodik, ada di alam dalam beberapa bentuk. Dalam kimia mereka disebut modifikasi alotropik. Ada belerang belah ketupat. Titik lelehnya agak lebih rendah daripada modifikasi kedua: monoklinik (112 dan 119 derajat Celcius). Dan mereka berbeda dalam struktur sel dasar. Belerang belah ketupat lebih padat dan stabil. Itu bisa, ketika dipanaskan hingga 95 derajat, masuk ke bentuk kedua - monoklinik. Unsur yang sedang kita diskusikan memiliki analog dalam tabel periodik. Polimorfisme belerang, selenium dan telurium masih didiskusikan oleh para ilmuwan. Mereka memiliki hubungan yang sangat dekat satu sama lain, dan semua modifikasi yang mereka bentuk sangat mirip.
Kemudian kita akan menganalisa proses-proses yang terjadi selama pencairan belerang. Tetapi sebelum Anda mulai, Anda harus terjun sedikit ke dalam teori struktur kisi kristal dan fenomena yang terjadi selama transisi fase materi.
Terbuat dari apakah kristal itu?
Seperti yang Anda ketahui, dalam wujud gas, zat berbentuk molekul (atau atom), bergerak secara acak di ruang angkasa. dalam zat cairpartikel penyusunnya mengelompok, namun tetap memiliki kebebasan bergerak yang cukup besar. Dalam keadaan agregasi yang solid, semuanya sedikit berbeda. Di sini tingkat keteraturan meningkat ke nilai maksimumnya, dan atom-atom membentuk kisi kristal. Tentu saja, ada fluktuasi di dalamnya, tetapi amplitudonya sangat kecil, dan ini tidak bisa disebut gerakan bebas.
Setiap kristal dapat dibagi menjadi sel-sel elementer - senyawa atom berurutan yang berulang di seluruh volume senyawa sampel. Di sini perlu diklarifikasi bahwa sel-sel seperti itu bukan kisi kristal, dan di sini atom-atom terletak di dalam volume angka tertentu, dan bukan pada simpulnya. Untuk setiap kristal, mereka adalah individu, tetapi mereka dapat dibagi menjadi beberapa jenis utama (syngony) tergantung pada geometri: triklinik, monoklinik, belah ketupat, rombohedral, tetragonal, heksagonal, kubik.
Mari kita menganalisis secara singkat setiap jenis kisi, karena mereka dibagi menjadi beberapa subspesies. Dan mari kita mulai dengan bagaimana mereka bisa berbeda satu sama lain. Pertama, ini adalah rasio panjang sisi, dan kedua, sudut di antara mereka.
Jadi, singoni triklinik, yang terendah dari semuanya, adalah kisi dasar (jajar genjang), di mana semua sisi dan sudut tidak sama satu sama lain. Perwakilan lain dari apa yang disebut kategori syngonies yang lebih rendah adalah monoklinik. Di sini, dua sudut sel adalah 90 derajat, dan semua sisi memiliki panjang yang berbeda. Jenis berikutnya yang termasuk dalam kategori terendah adalah syngony belah ketupat. Ini memiliki tiga sisi yang tidak sama, tetapi semua sudut gambarsama dengan 90 derajat.
Mari kita beralih ke kategori tengah. Dan anggota pertamanya adalah syngony tetragonal. Di sini, dengan analogi, mudah ditebak bahwa semua sudut gambar yang diwakilinya sama dengan 90 derajat, dan juga dua dari tiga sisinya sama besar. Perwakilan berikutnya adalah syngony rombohedral (trigonal). Di sinilah segalanya menjadi sedikit lebih menarik. Tipe ini didefinisikan oleh tiga sisi yang sama dan tiga sudut yang sama besar tetapi tidak lurus.
Varian terakhir dari kategori tengah adalah singoni heksagonal. Bahkan ada lebih banyak kesulitan dalam mendefinisikannya. Opsi ini dibangun di tiga sisi, dua di antaranya sama besar dan membentuk sudut 120 derajat, dan yang ketiga berada di bidang yang tegak lurus dengannya. Jika kita mengambil tiga sel singoni heksagonal dan menempelkannya satu sama lain, kita akan mendapatkan silinder dengan basis heksagonal (itulah sebabnya ia memiliki nama seperti itu, karena "hexa" dalam bahasa Latin berarti "enam").
Nah, bagian atas dari semua singoni, memiliki simetri ke segala arah, adalah kubik. Dia adalah satu-satunya yang termasuk dalam kategori tertinggi. Di sini Anda dapat langsung menebak bagaimana hal itu dapat dicirikan. Semua sudut dan sisinya sama besar dan membentuk kubus.
Jadi, kita telah menyelesaikan analisis teori tentang kelompok utama singoni, dan sekarang kita akan menceritakan lebih detail tentang struktur berbagai bentuk belerang dan sifat-sifat yang mengikutinya.
Struktur belerang
Seperti yang telah disebutkan, belerang memiliki dua modifikasi: belah ketupat dan monoklinik. Setelah bagian teoriTentunya menjadi jelas bagaimana mereka berbeda. Tetapi intinya adalah bahwa, tergantung pada suhu, struktur kisi dapat berubah. Intinya adalah dalam proses transformasi yang terjadi ketika titik leleh belerang tercapai. Kemudian kisi kristal hancur total, dan atom dapat bergerak lebih atau kurang bebas di ruang angkasa.
Tetapi mari kita kembali ke struktur dan ciri-ciri zat seperti belerang. Sifat-sifat unsur kimia sangat bergantung pada strukturnya. Misalnya, belerang, karena kekhasan struktur kristal, memiliki sifat flotasi. Partikelnya tidak dibasahi oleh air, dan gelembung udara yang menempel padanya menariknya ke permukaan. Jadi, gumpalan belerang mengapung ketika direndam dalam air. Ini adalah dasar untuk beberapa metode pemisahan elemen ini dari campuran yang serupa. Dan kemudian kami akan menganalisis metode utama untuk mengekstraksi senyawa ini.
Produksi
Belerang dapat terjadi dengan mineral yang berbeda, dan karena itu pada kedalaman yang berbeda. Tergantung pada ini, metode ekstraksi yang berbeda dipilih. Jika kedalamannya dangkal dan tidak ada akumulasi gas di bawah tanah yang mengganggu penambangan, maka material tersebut ditambang dengan metode terbuka: lapisan batuan dihilangkan dan, menemukan bijih yang mengandung belerang, dikirim untuk diproses. Namun jika syarat tersebut tidak terpenuhi dan terdapat bahaya, maka digunakan metode lubang bor. Perlu mencapai titik leleh belerang. Untuk ini, instalasi khusus digunakan. Sebuah peralatan untuk melebur belerang gumpalan dalam metode ini hanya diperlukan. Tetapi tentang proses ini - sedikitnanti.
Secara umum, ketika mengekstraksi belerang dengan cara apa pun, ada risiko keracunan yang tinggi, karena paling sering hidrogen sulfida dan belerang dioksida disimpan dengannya, yang sangat berbahaya bagi manusia.
Untuk lebih memahami kekurangan dan kelebihan metode tertentu, mari berkenalan dengan metode pengolahan bijih yang mengandung belerang.
Ekstraksi
Di sini juga, ada beberapa trik berdasarkan sifat belerang yang sangat berbeda. Diantaranya adalah termal, ekstraksi, steam-water, sentrifugal dan filtrasi.
Yang paling terbukti adalah termal. Mereka didasarkan pada fakta bahwa titik didih dan titik leleh belerang lebih rendah daripada bijih yang "dikawinkan". Satu-satunya masalah adalah menghabiskan banyak energi. Untuk menjaga suhu, dulu perlu membakar sebagian belerang. Meskipun sederhana, metode ini tidak efektif, dan kerugian dapat mencapai rekor 45 persen.
Kami mengikuti cabang perkembangan sejarah, jadi kami beralih ke metode air-uap. Tidak seperti metode termal, metode ini masih digunakan di banyak pabrik. Anehnya, mereka didasarkan pada sifat yang sama - perbedaan titik didih dan titik leleh belerang dari logam terkait. Satu-satunya perbedaan adalah bagaimana pemanasan terjadi. Seluruh proses berlangsung di autoklaf - instalasi khusus. Bijih belerang yang diperkaya yang mengandung hingga 80% dari elemen yang ditambang dipasok di sana. Kemudian, di bawah tekanan, air panas dipompa ke dalam autoklaf.uap. Pemanasan hingga 130 derajat Celcius, belerang meleleh dan dikeluarkan dari sistem. Tentu saja, yang disebut ekor tetap ada - partikel belerang yang mengambang di air terbentuk karena kondensasi uap air. Mereka dihapus dan dimasukkan kembali ke dalam proses, karena mereka juga mengandung banyak elemen yang kita butuhkan.
Salah satu metode paling modern - centrifuge. Omong-omong, itu dikembangkan di Rusia. Singkatnya, esensinya adalah bahwa lelehan campuran belerang dan mineral yang menyertainya direndam dalam centrifuge dan berputar dengan kecepatan tinggi. Batuan yang lebih berat cenderung menjauh dari pusat karena gaya sentrifugal, sedangkan belerang itu sendiri tetap lebih tinggi. Kemudian lapisan yang dihasilkan dipisahkan satu sama lain.
Ada metode lain yang juga digunakan dalam produksi hingga hari ini. Ini terdiri dari pemisahan belerang dari mineral melalui filter khusus.
Dalam artikel ini, kami akan mempertimbangkan secara eksklusif metode termal untuk mengekstraksi elemen yang tidak diragukan lagi penting bagi kami.
Proses pencairan
Studi perpindahan panas selama peleburan belerang merupakan masalah penting, karena ini adalah salah satu cara yang paling ekonomis untuk mengekstrak elemen ini. Kami dapat menggabungkan parameter sistem selama pemanasan, dan kami perlu menghitung kombinasi optimalnya. Untuk tujuan inilah studi perpindahan panas dan analisis fitur proses peleburan belerang dilakukan. Ada beberapa jenis instalasi untuk proses ini. Boiler peleburan belerang adalah salah satunya. Dapatkan barang yang anda cari dengan produk ini- hanya pembantu. Namun, hari ini ada instalasi khusus - alat untuk melelehkan belerang gumpalan. Ini dapat digunakan secara efektif dalam produksi untuk menghasilkan belerang dengan kemurnian tinggi dalam jumlah besar.
Untuk tujuan di atas, pada tahun 1890, sebuah instalasi diciptakan yang memungkinkan belerang dilebur di kedalaman dan dipompa ke permukaan menggunakan pipa. Desainnya cukup sederhana dan efektif dalam tindakan: dua pipa terletak satu sama lain. Uap yang dipanaskan hingga 120 derajat (titik leleh belerang) bersirkulasi melalui pipa luar. Ujung pipa bagian dalam mencapai endapan elemen yang kita butuhkan. Saat dipanaskan dengan air, belerang mulai mencair dan keluar. Semuanya cukup sederhana. Dalam versi modern, instalasi berisi pipa lain: itu ada di dalam pipa dengan belerang, dan udara bertekanan mengalir melaluinya, yang membuat lelehan naik lebih cepat.
Ada beberapa metode lagi, dan salah satunya mencapai titik leleh belerang. Dua elektroda diturunkan di bawah tanah dan arus dilewatkan melalui mereka. Karena belerang adalah dielektrik yang khas, ia tidak menghantarkan arus dan mulai menjadi sangat panas. Jadi, ia meleleh dan dengan bantuan pipa, seperti pada metode pertama, ia dipompa keluar. Jika mereka ingin mengirim belerang ke produksi asam sulfat, maka itu dibakar di bawah tanah dan gas yang dihasilkan dikeluarkan. Selanjutnya dioksidasi menjadi sulfur oksida (VI), dan kemudian dilarutkan dalam air, mendapatkan produk akhir.
Kami telah menganalisis pencairan belerang, pencairan belerang dan metode ekstraksinya. Sekarang saatnya untuk mencari tahu mengapa metode kompleks seperti itu diperlukan. Padahal, analisis proses pencairan belerang dansistem kontrol suhu diperlukan untuk membersihkan dengan baik dan secara efektif menerapkan produk akhir ekstraksi. Bagaimanapun, belerang adalah salah satu elemen terpenting yang memainkan peran penting dalam banyak bidang kehidupan kita.
Aplikasi
Tidak masuk akal untuk mengatakan di mana senyawa belerang digunakan. Lebih mudah untuk mengatakan di mana mereka tidak berlaku. Belerang ditemukan di setiap karet dan produk karet, dalam gas yang dipasok ke rumah (di sana diperlukan untuk mengidentifikasi kebocoran jika terjadi). Ini adalah contoh yang paling umum dan sederhana. Sebenarnya, aplikasi belerang tidak terhitung jumlahnya. Untuk membuat daftar semuanya tidak realistis. Tapi jika kita melakukan ini, ternyata belerang adalah salah satu unsur terpenting bagi umat manusia.
Kesimpulan
Dari artikel ini, Anda mempelajari apa itu titik leleh belerang, mengapa elemen ini sangat penting bagi kita. Jika Anda tertarik dengan proses ini dan studinya, maka Anda mungkin telah mempelajari sesuatu yang baru untuk diri Anda sendiri. Misalnya, ini mungkin fitur pencairan belerang. Bagaimanapun, tidak ada batasan untuk kesempurnaan, dan pengetahuan tentang proses yang terjadi di industri tidak akan mengganggu kita. Anda dapat secara mandiri terus menguasai seluk-beluk teknologi proses ekstraksi, ekstraksi dan pengolahan belerang dan unsur-unsur lain yang terkandung dalam kerak bumi.
