Síra: Výskyt, Vlastnosti a Výroba

Prvky p4: Síra (S)

• Atomy síry mohou existovat ve dvou excitovaných stavech.
• Zapojením d orbitalů se vaznost síry může zvýšit až na 6.
• Oxidační čísla síry ve sloučeninách jsou: -II, IV, a VI.

Výskyt Síry v Přírodě

• Síra se vyskytuje volně nebo vázaná ve sloučeninách.
• Volná síra se nachází v blízkosti sopek.
• Vázaná síra se vyskytuje:
  • Jako sulfidy, např. pyrit (FeS₂), sfalerit (ZnS), a galenit (PbS),
  • Jako sírany, např. sádrovec (CaSO₄·2H₂O) a baryt (BaSO₄),
  • V sopečných plynech jako sulfan (H₂S) a oxid siřičitý (SO₂).
• Přírodní síra je směs izotopů: ³²S, ³³S, ³⁴S, a ³⁶S.

Síra jako Biogenní Prvek

• Síra je biogenní prvek přítomný v bílkovinách, konkrétně v aminokyselinách cysteinu a methioninu.
• Nachází se také v některých enzymech, například v koenzymu A.

Výroba Síry

• Frashova metoda se používá k získávání síry.
• Síra se získává těžbou volné přírodní síry.
• Oxidací H₂S ze zemního plynu, případně ze sirných sloučenin v ropě.

Modifikace Síry

• Alotropie síry znamená výskyt v několika krystalových strukturách v závislosti na vnějších podmínkách.
• Jednotlivé krystalové struktury se nazývají alotropické modifikace.

Alotropické Modifikace Síry

• Kosočtverečná síra je stálá do teploty 95 °C, je základní a nejstabilnější modifikací.
• Jednoklonná síra je stabilní v oblasti 95 °C – 119 °C
  • Kosočtverečná a jednoklonná síra jsou tvořeny cyklickými molekulami S₈, které jsou základní stavební jednotkou krystalových struktur.
  • Jednoklonná se liší uspořádáním molekul S₈.

Amorfní Formy Síry

• Amorfní formy síry jsou nekrystalické a nemají pravidelné uspořádání.
• Plastická síra vzniká rychlým ochlazením roztavené kapalné síry (vylitím do studené vody)
  • Tvořena dlouhými řetězci polymerní síry Sn, což způsobuje její plastičnost.
  • Nestálá a samovolně přechází v kosočtverečnou síru.
• Sirný květ je podoba žlutého prášku, vzniká rychlým ochlazením par kapalné síry.

Vlastnosti a Použití Síry

• Síra je žlutá, křehká krystalická látka.
• Síra je nekov, špatný vodič tepla i elektřiny a je nerozpustná ve vodě.
• Za běžné teploty je poměrně stálá a nereaktivní.
• Za zvýšené teploty reaguje s mnoha kovy i nekovy.
• Používá se k výrobě zápalek, střelného prachu, pryže z kaučuku a prostředků proti rostlinným škůdcům.
• Je základní surovinou pro výrobu H₂SO₄, sulfidů a siřičitanů.

Sloučeniny Síry s Vodíkem

• Sulfan (H₂S) je bezbarvý, velmi jedovatý plyn páchnoucí po zkažených vejcích.
• Vzniká při rozkladu bílkovin a dobře se rozpouští ve vodě.
• Vodný roztok H₂S se nazývá kyselina sulfanová.
• Tvoří dvě řady solí: hydrogensulfidy (M'HS) a sulfidy (M₂'S).

Reakce Sulfanu (H₂S)

• Sulfan je slabá kyselina a podléhá protolytické reakci.
• Sulfidy vznikají reakcí sulfanu s hydroxidy.
• Má výhradně redukční vlastnosti, obvykle se oxiduje na elementární síru.
• Při dokonalém spalování vzniká oxid siřičitý a voda.
• Při nedokonalém spalování vzniká síra a voda.

Sloučeniny Síry s Kyslíkem – Oxidy

• Oxid siřičitý (SO₂) vzniká spalováním síry.
• Je to bezbarvý plyn štiplavého zápachu a má výrazné redukční účinky.
• Reakcí s vodou vzniká kyselina siřičitá (H₂SO₃).
• Oxid siřičitý se průmyslově využívá při výrobě kyseliny sírové a celulózy.
• SO₂ uvolňovaný spalováním hnědého uhlí a ropných výrobků přispívá k tvorbě kyselých dešťů.
• Kyselé deště zvyšují kyselost půd a vod, způsobují odumírání jehličnatých lesů, ohrožují lidské zdraví (záněty průdušek) a podporují korozi kovů.

Oxid Sírový (SO₃)

• Oxid sírový vzniká katalytickou oxidací oxidu siřičitého.
• V plynném stavu je monomerní (tvořen jednou molekulou SO₃).
• V pevném stavu je trimerní (tvořen třemi cyklickými molekulami (SO₃)₃) nebo polymerní.
• Je silně hygroskopický a bouřlivě reaguje s vodou za vzniku kyseliny sírové (H₂SO₄).

Kyselina Siřičitá (H₂SO₃)

• Kyselina siřičitá je slabá dvojsytná kyselina.
• Vzniká reakcí oxidu siřičitého s vodou.
• Tvoří dvě řady solí: hydrogensiřičitany a siřičitany.
• Siřičitany se používají k bělení papíru a vlny, jako dezinfekční prostředek a konzervační látky.

Kyselina Sírová (H₂SO₄)

• Kyselina sírová je silná dvojsytná kyselina.
• Koncentrovaná kyselina sírová (98 %) je bezbarvá, olejovitá a silně hygroskopická kapalina.
• Má dehydratační účinky, při styku s organickou látkou odnímá vodu a způsobuje zuhelnatění.
• Vykazuje značnou afinitu k vodě.
• Koncentrovaná kyselina sírová má oxidační účinky, zejména za vyšší teploty.
• Zředěná kyselina sírová ztrácí oxidační vlastnosti a projevuje kyselé vlastnosti.
• Tvoří dvě řady solí: hydrogensírany a sírany.
• Rozpustnost ve vodě: všechny sírany jsou rozpustné, mimo sírany prvků s² elektrony.
• Kamence jsou získávány společnou krystalizací jednoduchých síranů z vodného roztoku.

Výroba Kyseliny Sírové

• Výroba kyseliny sírové probíhá několika kroky:
  1. Spalováním síry nebo sulfanu vzniká oxid siřičitý (SO₂).
  2. Katalytickou oxidací oxidu siřičitého vzniká oxid sírový (SO₃).
  3. Reakcí oxidu sírového s 98 % kyselinou sírovou vzniká kyselina disírová neboli oleum (100 %).
  4. Ředěním olea vodou vzniká 98 % kyselina sírová.
• Kyselina sírová se používá k výrobě průmyslových hnojiv (superfosfát, síran amonný), léčiv, barev a výbušnin.

Sloučeniny Síry s Halogeny – Halogenidy

• Halogenidy síry se připravují přímou syntézou z prvků.
• Mnohé jsou reaktivní a rozkládají se vodou.
• Fluorid sírový (SF₆) vzniká reakcí síry s fluorem za běžné teploty.
• Je odlišný od ostatních halogenidů síry svou stálostí, chemickou inertností a nerozkládá se vodou.