Tartalomjegyzék:
A kémiai elemek vegyértéke a kovalens és az ionos kötést tartalmazó vegyületekben (Lehet 2024)
Kén (S), szintén ként kén, az oxigéncsoporthoz tartozó nemfémes kémiai elem (a periódusos rendszer 16. [VIa. Csoportja), amely az elemek közül az egyik legreaktívabb. A tiszta kén íztelen, szagtalan, törékeny szilárd anyag, amely halványsárga színű, gyenge áramvezető és vízben nem oldódik. Reagál minden fémekkel, kivéve az aranyat és a platinát, szulfidokat képezve; ezenkívül vegyületeket képez több nemfém elemmel. Évente millió tonna ként termelnek, elsősorban az iparban széles körben használt kénsav előállítására.
A kozmikus bőségben a kén a kilencedik helyet foglalja el az elemek között, amely minden 20 000–30 000-ből csak egy atomot jelent. A kén nem kombinált állapotban, valamint a kőzetekben és ásványi anyagokban széles körben elterjedt más elemekkel kombinációban fordul elő, bár a földkéreg kisebb alkotóelemei közé sorolják, amelyekben a becslések szerint 0,03 és 0,06 százalék között vannak. Annak a megállapításnak a alapján, hogy egyes meteoritok körülbelül 12% ként tartalmaznak, azt javasolták, hogy a Föld mélyebb rétegei sokkal nagyobb hányadot tartalmazzanak. A tengervíz körülbelül 0,09% ként tartalmaz szulfát formájában. A nagyon tiszta kén föld alatti lerakódásaiban, amelyek jelen vannak a házias geológiai szerkezetekben, úgy gondolják, hogy a kén baktériumoknak az ásványi anhidritre gyakorolt hatására képződtek, amelyben a kén oxigénnel és kalciummal van kombinálva. A kén lerakódása a vulkáni régiókban valószínűleg a Föld felszíne alatt keletkező gáznemű hidrogén-szulfidból származik, és a levegőben lévő oxigénnel történő reakcióval kénné alakul át.
Az elem tulajdonságai
| atomszám | 16 |
|---|---|
| atomtömeg | 32,064 |
| olvadáspont | |
| rombikus | 112,8 ° C (235 ° F) |
| monoklin | 119 ° C (246 ° F) |
| forráspont | 444,6 ° C (832 ° F) |
| sűrűség (20 ° C-on [68 ° F]) | |
| rombikus | 2,07 gramm / cm 3 |
| monoklin | 1,96 gramm / cm 3 |
| oxidációs állapotok | −2, +4, +6 |
| elektronkonfiguráció | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 |
Történelem
A kén története az ókor része. Maga a név valószínűleg latinul került az ocsánok nyelvéből, egy ősi népből, akik a régiót, köztük a Vezúvust lakották, ahol a kénlerakódások széles körben elterjedtek. Az őskori emberek pigmentekként ként használtak barlangfestéshez; az orvostudomány egyik első feljegyzett példája a kén tonikként történő használata.
A kén égetése már 4000 évvel ezelőtt szerepet játszott az egyiptomi vallási szertartásokban. A Bibliában szereplő „tűz és kémény” hivatkozások kénnel kapcsolatosak, ami arra utal, hogy a „pokol tüzét” a kén táplálja. A kén gyakorlati és ipari felhasználásának kezdete az egyiptomiaknak számít, akik már 1600 órás kén-dioxidot használtak a pamut fehérítéséhez. A görög mitológia magában foglalja a kénkémiát: Homer azt mondja, hogy Odysseus kén-dioxidot használt egy kamra füstölésére, amelyben megölte feleségének védekezőit. A kén robbanóanyagokban és tűzjelzőkben történő felhasználása Kínában körülbelül 500 bc volt, és a hadviselésben használt lánggyártó anyagokat (görög tűz) kénnel készítették a középkorban. 50 éves celencia Plinius, az idősebb Plinius számos kén felhasználásról számolt be, és ironikus módon magát ölte meg, valószínűleg kénfüsttel, a nagy Vezúv-kitörés idején (79 ce). Az alkimisták a ként az éghetőség elvének tekintik. Lavoisier 1777-ben ismerte el elemként, bár egyesek szerint hidrogén- és oxigénvegyületnek tekintik; elemi jellegét Joseph Gay-Lussac és Louis Thenard francia vegyészek állapították meg.
Természetes előfordulás és eloszlás
Számos fontos fémérc a kénvegyületek, akár szulfidok, akár szulfátok. Néhány fontos példák galenit (ólom-szulfid, PBS) cinkféle (cink-szulfid, ZnS), pirit (vas-diszulfid, FeS 2), a kalkopirit (réz vas-szulfid, CuFeS 2), a gipsz (kalcium-szulfát-dihidrát, CaSO 4 ∙ 2H 2 O) és barit (bárium-szulfát, BaSO 4). A szulfidérceket elsősorban fémtartalmuk miatt értékelik, bár a 18. században kifejlesztett eljárás a kénsav előállítására a pirit égetésével nyert kén-dioxid felhasználásával történt. A szén, kőolaj és földgáz kénvegyületeket tartalmaz.
allotrópia
A kénben az allotropia két forrásból származik: (1) az atomok egy molekulába történő kötésének különböző módjai és (2) a poliatoxiás kénmolekulák csomagolása különböző kristályos és amorf formákba. Mintegy 30 allotrop jellegű kénfajtáról számoltak be, de ezek közül néhány valószínűleg keverékeket képvisel. A 30 közül csak nyolc tűnik egyedinek; öt tartalmaz kénatom gyűrűket, a többi láncokat tartalmaz.
A romboéderes allotrópban, amelyet ρ-kénnek neveznek, a molekulák hat kénatom gyűrűiből állnak. Ezt a formát úgy állíthatjuk elő, hogy nátrium-tioszulfátot hideg, tömény sósavval kezeljük, a maradékot toluollal extraháljuk és az oldatot bepároljuk, így hexagonális kristályokat kapunk. Az ρ-kén instabil, végül visszatér az ortorombikus kénné (α-kén).
A kén második általános allotróp osztálya a nyolc tagú gyűrűs molekuláké, amelyek három kristályos formáját jól jellemezték. Az egyik az ortorombás (gyakran helytelenül rombusnak nevezett) forma, α-kén. 96 ° C alatti hőmérsékleten stabil. Egy másik a kristályos S 8 gyűrű allotropes a monoklin vagy β-formában, amelyben két, a tengely a kristály merőlegesek, de a harmadik ferde szöget zár az első két. A szerkezetével kapcsolatban továbbra is vannak bizonytalanságok; ez a módosítás 96 ° C-tól az olvadáspontig, 118,9 ° C-ig stabil. A második monoklinikus ciklo-oktaszulfur allotróp a γ-forma, instabil minden hőmérsékleten, gyorsan átalakul α-kénré.
Ortorombás módosítást, S 12 gyűrűs molekulákat és még egy instabil S 10 gyűrű allotrópot jelentettek. Ez utóbbi visszatér polimer kénné és S 8 -á. 96 ° C feletti hőmérsékleten az α-allotróp β-allotropré változik. Ha elegendő idő van arra, hogy az átalakulás teljes mértékben megtörténjen, a további hevítés 118,9 ° C hőmérsékleten olvadáshoz vezet; de ha az α-forma olyan gyorsan melegszik, hogy a β-formává történő átalakulásra nincs idő, az α-forma 112,8 ° C-on olvad.
A kén közvetlenül olvadáspontja felett sárga, átlátszó, mozgó folyadék. További melegítéskor a folyadék viszkozitása fokozatosan minimálisra csökken, körülbelül 157 ° C-on, de ezután gyorsan növekszik, elérve a maximális értéket körülbelül 187 ° C-on; ezen hőmérséklet és a 444,6 ° C forráspont között a viszkozitás csökken. A szín is megváltozik, sárgától sötétvörösé és végül körülbelül 250 ° C-on feketévé válva. A szín és a viszkozitás változásait a molekuláris szerkezet változásainak tekintik. A viszkozitás csökkenése a hőmérséklet emelkedésével tipikusan a folyadékok esetében, de a kén viszkozitásának 157 ° C feletti növekedését valószínűleg a kénatomok nyolc tagú gyűrűinek repedése okozza, hogy reaktív S 8 egységeket képezzenek, amelyek összekapcsolódnak a hosszú láncokban sok ezer atomot tartalmaz. A folyadék ezután megkapja az ilyen szerkezetek magas viszkozitási jellemzőit. Megfelelően magas hőmérsékleten az összes gyűrűs molekula megszakad, és a láncok hossza eléri a maximumot. Ezen a hőmérsékleten túl a láncok kis részletekre bomlanak. Upon párologtatás, ciklikus molekulák (S 8 és S 6) vannak kialakítva újra; körülbelül 900 ° C, S 2 a domináns formában; végül 1800 ° C feletti hőmérsékleten képződik monoatom.
