الكبريت هو أحد العناصر الأكثر شيوعًا في قشرة الأرض. غالبًا ما يوجد في تكوين المعادن التي تحتوي على معادن بالإضافة إليها. تعتبر العمليات التي تحدث عند الوصول إلى نقطة الغليان ونقطة انصهار الكبريت مثيرة جدًا للاهتمام. سنقوم بتحليل هذه العمليات ، وكذلك الصعوبات المرتبطة بها ، في هذه المقالة. لكن أولاً ، دعنا نتعمق في تاريخ اكتشاف هذا العنصر.
التاريخ
في شكله الأصلي ، وكذلك في تكوين المعادن ، يُعرف الكبريت منذ العصور القديمة. في النصوص اليونانية القديمة ، تم وصف التأثير السام لمركباته على جسم الإنسان. يمكن أن يكون ثاني أكسيد الكبريت المنطلق أثناء احتراق مركبات هذا العنصر مميتًا للناس. حوالي القرن الثامن ، بدأ استخدام الكبريت في الصين لصنع مخاليط الألعاب النارية. لا عجب ، لأنه في هذا البلد يُعتقد أنه تم اختراع البارود.
حتى في مصر القديمة ، عرف الناس طريقة لتحميص الخام المحتوي على الكبريت على أساس النحاس. هذه هي الطريقة التي تم بها تعدين المعدن. تسرب الكبريت على شكل غازات سامة SO2.
على الرغم من شهرته منذ القدم ، إلا أن معرفة ماهية الكبريت جاء بفضل عمل عالم الطبيعة الفرنسي أنطوانلافوازييه. وهو الذي أثبت أنه عنصر ، ونواتج احتراقه أكاسيد.
هنا مثل هذا التاريخ المختصر لمعرفة الناس بهذا العنصر الكيميائي. بعد ذلك ، سنتحدث بالتفصيل عن العمليات التي تحدث في أحشاء الأرض والتي تؤدي إلى تكوين الكبريت بالشكل الذي هو عليه الآن.
كيف يتكون الكبريت؟
هناك فكرة خاطئة شائعة مفادها أن هذا العنصر يوجد غالبًا في شكله الأصلي (أي النقي). ومع ذلك ، هذا ليس صحيحا تماما. غالبًا ما يتم العثور على الكبريت الأصلي باعتباره متضمنًا في خام آخر.
في الوقت الحالي ، هناك عدة نظريات تتعلق بأصل العنصر في أنقى صوره. يقترحون اختلافًا في وقت تكوين الكبريت والخامات التي يتخللها. الأولى ، نظرية التوليف ، تفترض تكوين الكبريت مع الخامات. وفقا لها ، فإن بعض البكتيريا التي تعيش في المحيط ، قللت من الكبريتات في الماء إلى كبريتيد الهيدروجين. هذا الأخير ، بدوره ، ارتفع ، حيث تم أكسدة الكبريت بمساعدة بكتيريا أخرى. سقطت إلى القاع ، واختلطت بالطمي ، ثم شكلوا خامًا معًا.
جوهر نظرية التخلق اللاجيني هو أن الكبريت في الخام قد تشكل متأخراً عن نفسه. هناك عدة فروع هنا. سنتحدث فقط عن النسخة الأكثر شيوعًا من هذه النظرية. وتتكون من: المياه الجوفية ، التي تتدفق من خلال تراكمات خامات الكبريتات ، غنية بها. بعد ذلك ، مروراً بحقول النفط والغاز ، يتم تقليل أيونات الكبريتات إلى كبريتيد الهيدروجين بسبب الهيدروكربونات. يتأكسد كبريتيد الهيدروجين المتصاعد إلى السطحالأكسجين الجوي إلى الكبريت ، والذي يستقر في الصخور مكونًا بلورات. وجدت هذه النظرية مؤخرًا المزيد والمزيد من التأكيدات ، لكن مسألة كيمياء هذه التحولات لا تزال مفتوحة.
من عملية منشأ الكبريت في الطبيعة لننتقل إلى تعديلاته
التآصل وتعدد الأشكال
الكبريت ، مثل العديد من العناصر الأخرى في الجدول الدوري ، موجود في الطبيعة في عدة أشكال. في الكيمياء يطلق عليهم تعديلات متآصلة. يوجد كبريت معيني. نقطة انصهارها أقل إلى حد ما من تلك الخاصة بالتعديل الثاني: أحادي الميل (112 و 119 درجة مئوية). ويختلفون في بنية الخلايا الأولية. الكبريت المعيني أكثر كثافة واستقرارًا. يمكن ، عند تسخينها إلى 95 درجة ، الانتقال إلى الشكل الثاني - أحادي الميل. العنصر الذي نناقشه له نظائر في الجدول الدوري. لا يزال العلماء يناقشون تعدد أشكال الكبريت والسيلينيوم والتيلوريوم. لديهم علاقة وثيقة جدًا مع بعضهم البعض ، وجميع التعديلات التي يشكلونها متشابهة جدًا.
ثم نقوم بتحليل العمليات التي تحدث أثناء ذوبان الكبريت. لكن قبل أن تبدأ ، يجب أن تغوص قليلاً في نظرية بنية الشبكة البلورية والظواهر التي تحدث أثناء انتقالات الطور للمادة.
ما هو الكريستال المصنوع من؟
كما تعلم ، في الحالة الغازية ، تكون المادة على شكل جزيئات (أو ذرات) تتحرك بشكل عشوائي في الفضاء. في المادة السائلةيتم تجميع الجسيمات المكونة لها ، ولكن لا تزال تتمتع بحرية حركة كبيرة إلى حد ما. في حالة التجميع الصلبة ، كل شيء مختلف قليلاً. هنا تزداد درجة الترتيب إلى أقصى قيمتها ، وتشكل الذرات شبكة بلورية. طبعا فيه تقلبات لكن لها سعة صغيرة جدا وهذا لايمكن تسميته بالحركة الحرة
يمكن تقسيم أي بلورة إلى خلايا أولية - مثل هذه المركبات المتتالية من الذرات التي تتكرر في جميع أنحاء الحجم الكامل لمركب العينة. هنا يجدر التوضيح أن هذه الخلايا ليست شبكة بلورية ، وهنا توجد الذرات داخل حجم شكل معين ، وليس عند عقده. لكل بلورة ، تكون فردية ، ولكن يمكن تقسيمها إلى عدة أنواع رئيسية (تزامن) اعتمادًا على الهندسة: ثلاثي الميل ، أحادي الميل ، معيني ، معيني السطوح ، رباعي الزوايا ، سداسي ، مكعب.
دعونا نحلل بإيجاز كل نوع من المشابك ، لأنها مقسمة إلى عدة أنواع فرعية. ودعنا نبدأ بكيفية اختلافهما عن بعضهما البعض. أولاً هذه نسب أطوال الأضلاع وثانياً الزاوية بينهما.
وهكذا ، فإن التناغم ثلاثي الميل ، هو الأدنى من كل شيء ، هو شبكة أولية (متوازي الأضلاع) ، حيث لا تتساوى جميع الجوانب والزوايا مع بعضها البعض. ممثل آخر لما يسمى بالفئة الدنيا من التآزر هو أحادي الميل. هنا ، زاويتان من الزوايا قياسهما 90 درجة ، ولكل الجوانب أطوال مختلفة. النوع التالي الذي ينتمي إلى الفئة الأدنى هو التناغم المعيني. له ثلاثة جوانب غير متساوية ، لكن كل زوايا الشكلتساوي 90 درجة
دعنا ننتقل إلى الفئة الوسطى. وعضوها الأول هو تيتراغونال سينغوني. هنا ، عن طريق القياس ، من السهل تخمين أن جميع زوايا الشكل الذي يمثله تساوي 90 درجة ، كما أن جانبين من الأضلاع الثلاثة متساويان. الممثل التالي هو التناغم المعيني (ثلاثي الزوايا). هذا هو المكان الذي تصبح فيه الأشياء أكثر إثارة للاهتمام. يتم تعريف هذا النوع من خلال ثلاثة جوانب متساوية وثلاث زوايا متساوية وليست مستقيمة.
البديل الأخير للفئة الوسطى هو التناغم السداسي. هناك صعوبة أكبر في تعريفه. هذا الخيار مبني على ثلاثة جوانب ، اثنان منها متساويان ويشكلان زاوية قياسها 120 درجة ، والثالث في مستوى عمودي عليها. إذا أخذنا ثلاث خلايا من التناغم السداسي وربطناها ببعضها البعض ، فسنحصل على أسطوانة ذات قاعدة سداسية (وهذا هو سبب تسميتها بهذا الاسم ، لأن كلمة "hexa" في اللاتينية تعني "ستة").
حسنًا ، الجزء العلوي من كل التآزرات ، مع وجود تناظر في جميع الاتجاهات ، هو مكعب. هي الوحيدة التي تنتمي إلى أعلى فئة. هنا يمكنك أن تخمن على الفور كيف يمكن تمييزها. جميع الزوايا والأضلاع متساوية وتشكل مكعب
إذن ، لقد انتهينا من تحليل النظرية على المجموعات الرئيسية للتركيبات ، والآن سنخبر بمزيد من التفصيل عن هيكل الأشكال المختلفة للكبريت والخصائص التي تلي ذلك.
هيكل الكبريت
كما ذكرنا سابقًا ، يحتوي الكبريت على تعديلين: معيني وأحادي الميل. بعد القسم النظريمن المؤكد أنه أصبح من الواضح كيف يختلفان. لكن بيت القصيد هو أنه ، اعتمادًا على درجة الحرارة ، يمكن أن يتغير هيكل الشبكة. بيت القصيد هو في نفس عملية التحولات التي تحدث عندما يتم الوصول إلى نقطة انصهار الكبريت. ثم يتم تدمير الشبكة البلورية تمامًا ، ويمكن للذرات أن تتحرك بحرية أكبر أو أقل في الفضاء.
لكن دعنا نعود إلى هيكل وخصائص مادة مثل الكبريت. تعتمد خصائص العناصر الكيميائية إلى حد كبير على هيكلها. على سبيل المثال ، الكبريت ، بسبب خصائص التركيب البلوري ، له خاصية التعويم. جزيئاته لا تبلل بالماء ، وفقاعات الهواء الملتصقة بها تسحبها إلى السطح. وهكذا ، يطفو الكبريت المقطوع عند غمره في الماء. هذا هو الأساس لبعض طرق فصل هذا العنصر عن خليط من العناصر المماثلة. وبعد ذلك سنقوم بتحليل الطرق الرئيسية لاستخراج هذا المركب.
الإنتاج
يمكن أن يحدث الكبريت مع معادن مختلفة ، وبالتالي في أعماق مختلفة. بناءً على ذلك ، يتم اختيار طرق استخراج مختلفة. إذا كان العمق ضحلًا ولم يكن هناك تراكمات للغازات تحت الأرض تتداخل مع التعدين ، فسيتم استخراج المواد بطريقة مفتوحة: تتم إزالة طبقات الصخور ، والعثور على خام يحتوي على الكبريت ، يتم إرسالها للمعالجة. أما إذا لم يتم استيفاء هذه الشروط ووجدت مخاطر ، يتم استخدام طريقة البئر. يحتاج إلى الوصول إلى نقطة انصهار الكبريت. لهذا ، يتم استخدام تركيبات خاصة. من الضروري ببساطة وجود جهاز لإذابة الكبريت المقطوع بهذه الطريقة. ولكن حول هذه العملية - قليلا
بشكل عام ، عند استخلاص الكبريت بأي شكل من الأشكال ، هناك مخاطر عالية للتسمم ، لأنه غالبًا ما يترسب به كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكبريت ، وهو ما يشكل خطورة كبيرة على الإنسان.
لفهم عيوب ومزايا طريقة معينة بشكل أفضل ، دعنا نتعرف على طرق معالجة الخام المحتوي على الكبريت.
استخراج
هنا أيضًا ، هناك العديد من الحيل بناءً على خصائص مختلفة تمامًا للكبريت. من بينها حراري ، استخلاص ، بخار ماء ، طرد مركزي وفلترة.
أكثرها ثباتًا هي الحرارية. وهي تستند إلى حقيقة أن درجة غليان وانصهار الكبريت أقل من تلك الموجودة في الخامات التي "تتزوج" فيها. المشكلة الوحيدة هي أنها تستهلك الكثير من الطاقة. للحفاظ على درجة الحرارة ، كان من الضروري حرق جزء من الكبريت. على الرغم من بساطتها ، إلا أن هذه الطريقة غير فعالة ، ويمكن أن تصل الخسائر إلى مستوى قياسي بنسبة 45 في المائة.
نحن نتبع فرع التطور التاريخي ، لذلك نحن ننتقل إلى طريقة بخار الماء. على عكس الطرق الحرارية ، لا تزال هذه الطرق مستخدمة في العديد من المصانع. الغريب أنها تستند إلى نفس الخاصية - الفرق في درجة الغليان ونقطة انصهار الكبريت عن تلك الخاصة بالمعادن المرتبطة. الاختلاف الوحيد هو كيفية حدوث التسخين. تتم العملية برمتها في الأوتوكلاف - منشآت خاصة. يتم توفير خام الكبريت المخصب الذي يحتوي على ما يصل إلى 80 ٪ من العنصر الملغوم هناك. ثم ، تحت الضغط ، يتم ضخ الماء الساخن في الأوتوكلاف.بخار. عند الاحترار حتى 130 درجة مئوية ، يذوب الكبريت ويزال من النظام. بالطبع ، تبقى ما يسمى بذيول - جزيئات الكبريت تطفو في الماء بسبب تكاثف بخار الماء. يتم إزالتها وإعادتها إلى العملية ، لأنها تحتوي أيضًا على الكثير من العناصر التي نحتاجها.
من احدث الطرق - اجهزة الطرد المركزي. بالمناسبة ، تم تطويره في روسيا. باختصار ، جوهرها هو أن ذوبان خليط الكبريت والمعادن الذي يصاحبها مغمور في جهاز طرد مركزي ويدور بسرعة عالية. تميل الصخور الثقيلة بعيدًا عن المركز بسبب قوة الطرد المركزي ، بينما يظل الكبريت نفسه أعلى. ثم يتم فصل الطبقات الناتجة ببساطة عن بعضها البعض.
هناك طريقة أخرى تستخدم أيضًا في الإنتاج حتى يومنا هذا. وتتمثل في فصل الكبريت عن المعادن من خلال مرشحات خاصة.
في هذه المقالة ، سننظر في طرق حرارية حصرية لاستخراج عنصر مهم بلا شك بالنسبة لنا.
عملية الذوبان
تعتبر دراسة انتقال الحرارة أثناء ذوبان الكبريت قضية مهمة ، لأنها من أكثر الطرق اقتصادية لاستخراج هذا العنصر. يمكننا الجمع بين معلمات النظام أثناء التسخين ، ونحتاج إلى حساب المجموعة المثلى. ولهذا الغرض يتم إجراء دراسة لانتقال الحرارة وتحليل خصائص عملية ذوبان الكبريت. هناك عدة أنواع من التثبيتات لهذه العملية. ومن بينها غلاية صهر الكبريت. الحصول على العنصر الذي تبحث عنه مع هذا المنتج- مجرد مساعد. ومع ذلك ، يوجد اليوم تركيب خاص - جهاز لإذابة الكبريت المقطوع. يمكن استخدامه بشكل فعال في الإنتاج لإنتاج الكبريت عالي النقاوة بكميات كبيرة.
للغرض المذكور أعلاه ، في عام 1890 ، تم اختراع تركيب يسمح بإذابة الكبريت على عمق وضخه إلى السطح باستخدام أنبوب. تصميمه بسيط للغاية وفعال: يوجد أنبوبان في بعضهما البعض. يتم تسخين البخار إلى 120 درجة (نقطة انصهار الكبريت) ويدور عبر الأنبوب الخارجي. تصل نهاية الأنبوب الداخلي إلى رواسب العنصر الذي نحتاجه. عند تسخينه بالماء ، يبدأ الكبريت في الذوبان ويخرج. كل شيء بسيط للغاية. في النسخة الحديثة التركيب يحتوي على أنبوب آخر: وهو داخل الأنبوب بالكبريت ، ويتدفق الهواء المضغوط خلاله مما يجعل الذوبان يرتفع بشكل أسرع.
هناك عدة طرق أخرى ، تصل إحداها إلى درجة انصهار الكبريت. يتم إنزال قطبين كهربائيين تحت الأرض ويتم تمرير تيار من خلالهما. نظرًا لأن الكبريت هو عازل نموذجي ، فإنه لا يقوم بتوصيل التيار ويبدأ في التسخين جدًا. وبالتالي ، فإنه يذوب وبمساعدة أنبوب ، كما في الطريقة الأولى ، يتم ضخه. إذا أرادوا إرسال الكبريت لإنتاج حامض الكبريتيك ، فيتم إشعال النار فيه تحت الأرض ويتم إخراج الغاز الناتج. يتأكسد كذلك إلى أكسيد الكبريت (VI) ، ثم يذوب في الماء للحصول على المنتج النهائي.
قمنا بتحليل ذوبان الكبريت وذوبان الكبريت وطرق استخراجه. حان الوقت الآن لمعرفة سبب الحاجة إلى مثل هذه الأساليب المعقدة. في الواقع ، فإن تحليل عملية ذوبان الكبريت وهناك حاجة إلى نظام التحكم في درجة الحرارة من أجل التنظيف الجيد والتطبيق الفعال للمنتج النهائي للاستخراج. بعد كل شيء ، يعتبر الكبريت من أهم العناصر التي تلعب دورًا رئيسيًا في العديد من مجالات حياتنا.
التطبيق
ليس من المنطقي تحديد مكان استخدام مركبات الكبريت. من الأسهل تحديد الأماكن التي لا تنطبق عليها. يوجد الكبريت في أي من منتجات المطاط والمطاط ، في الغاز الذي يتم توفيره للمنازل (هناك حاجة لتحديد التسرب في حالة حدوثه). هذه هي الأمثلة الأكثر شيوعًا وبساطة. في الواقع ، تطبيقات الكبريت لا حصر لها. إن سردهم جميعًا هو ببساطة غير واقعي. لكن إذا تعهدنا بالقيام بذلك ، فقد اتضح أن الكبريت هو أحد العناصر الأساسية للبشرية.
الخلاصة
من هذه المقالة ، تعلمت ما هي نقطة انصهار الكبريت ، ولماذا هذا العنصر مهم جدًا بالنسبة لنا. إذا كنت مهتمًا بهذه العملية ودراستها ، فمن المحتمل أنك قد تعلمت شيئًا جديدًا لنفسك. على سبيل المثال ، قد تكون هذه سمات ذوبان الكبريت. على أي حال ، لا يوجد حد للكمال ، ولن تتداخل معرفة العمليات التي تجري في الصناعة مع أي منا. يمكنك بشكل مستقل متابعة إتقان التعقيدات التكنولوجية لعمليات استخراج واستخراج ومعالجة الكبريت والعناصر الأخرى الموجودة في قشرة الأرض.
