Žveplo (lat. Sulphur) je nekovinski element. Kemični simbol je S, zaporedna številka v periodnem sistemu je 16. Valenca žvepla je bila ugotovljena že pred preučevanjem strukture atoma. Njegova vrednost je bila določena na podlagi lastnosti, da nadomesti, pritegne ali pritrdi določeno število drugih atomov ali skupin. Kasneje so raziskovalci ugotovili vlogo negativno nabitih delcev (elektronov) pri tvorbi kemične vezi.
Valenca žvepla: katere lastnosti atomov vplivajo na njegovo vrednost?
Po razširjenosti na Zemlji je kemični element na 16. mestu. Pojavlja se kot svetlo rumeni kristali ali prah v kamninah, v bližini aktivnih in ugaslih vulkanov. Najbolj znane naravne spojine so sulfidi in sulfati.
Lastnosti elementa in snovi:
- Močna nekovinska.
- V smislu elektronegativnosti (EO) ali sposobnosti privabljanja elektronov je žveplo na drugem mestu za fluorom, kisikom, dušikom, klorom in bromom.
- Vzajemno deluje s kovinami in nekovinami, preprostimi in kompleksnimi snovmi.
Razlike v lastnostih so odvisne od strukture in stanja atoma, razlike v vrednostih EO. Ugotovimo, kaj ima lahko valenčno žveplo v spojinah. Njihovo kemično obnašanje je odvisno od strukture energijskih lupin, števila in razporeditve zunanjih elektronov v atomu.
Zakaj se valenca razlikuje?
Stabilni so naravni izotopi žvepla z masnimi številkami 32 (najpogostejše), 33, 34 in 36. Atom vsakega od teh nuklidov vsebuje 16 pozitivno nabitih protonov. V vesolju blizu jedra se 16 elektronov premika z veliko hitrostjo. So neskončno majhni, negativno nabiti. Manj privlači jedro (bolj prostih) 6 zunanjih delcev. Več ali vsi sodelujejo pri tvorbi različnih vrst kemičnih vezi. Po sodobnih konceptih je valenca žvepla določena s številom ustvarjenih skupnih (veznih) elektronskih parov. Običajno so na risbah in diagramih zunanji delci, ki sodelujejo v tem procesu, upodobljeni kot pike okoli kemičnega znaka.
Kako je valenca odvisna od strukture atoma?
Z energijskim diagramom lahko prikažete strukturo nivojev in podnivojev (s, p, d), od katerih je odvisna formula za valenco žvepla. Dve različno usmerjeni puščici simbolizirata seznanjene, ena pa neparne elektrone. Zunanji prostor žveplovega atoma tvorijo orbitale 6 delcev, 8 pa je potrebnih za stabilnost po pravilu okteta. Konfiguracijo valenčne lupine odraža formula 3s23p4. Elektroni nedokončane plastiimajo veliko zalogo energije, kar povzroča nestabilno stanje celotnega atoma. Za dosego stabilnosti žveplov atom potrebuje dve dodatni negativni vrsti. Dobimo jih lahko s tvorbo kovalentnih vezi z drugimi elementi ali z absorpcijo dveh prostih elektronov. V tem primeru ima žveplo valenco II (–). Enako vrednost lahko dobimo s formulo: 8 - 6=2, kjer je 6 številka skupine, v kateri se nahaja element.
Kje najdemo spojine, v katerih je valenca žvepla II (–)?
Element privlači ali popolnoma odstrani elektrone iz atomov z nižjo vrednostjo elektronegativnosti na lestvici Polling. Valenca II (-) se kaže v sulfidih kovin in nekovin. Obsežno skupino takšnih spojin najdemo v sestavi kamnin in mineralov velikega praktičnega pomena. Sem spadajo pirit (FeS), sfalerit (ZnS), galen (PbS) in druge snovi. Kristali železovega sulfida imajo lepo rumenkasto rjavo barvo in lesk. Mineral pirit se pogosto imenuje "zlato norcev". Za pridobivanje kovin iz rud jih pražimo ali reduciramo. Vodikov sulfid H2S ima enako elektronsko strukturo kot voda. Izvor H2S:
- se sprosti, ko beljakovine gnijejo (na primer piščančje jajce);
- izbruhne z vulkanskimi plini;
- se kopiči v naravnih vodah, olju;
- izstopa v prazninah v zemeljski skorji.
Zakaj je formula za štirivalentni žveplov oksid SO2?
Formula za dioksid kaže, da je en atom žvepla v molekuli vezan na dva kisikova atoma, od katerih vsak potrebuje 2 elektrona na oktet. Nastala vez je po naravi kovalentno polarna (EO kisika je večja). Valenca žvepla v tej spojini je IV (+), ker so 4 elektroni žveplovega atoma premaknjeni proti dvema atomoma kisika. Formulo lahko zapišemo takole: S2O4, vendar ga je treba po pravilih zmanjšati za 2. Dioksid, raztopljen v vodi, tvori ione šibke žveplove kisline. Njegove soli - sulfiti - so močna redukcijska sredstva. Plin SO2 služi kot vmesni produkt pri proizvodnji žveplove kisline.
V katerih snoveh ima žveplo največjo valenco?
Oksid SO3 ali S2O6 je brezbarvna tekočina, ki se strdi pri temperaturah pod 17°C. V spojini SO3 je valenca kisika II (–), žvepla pa VI (+). Višji oksid se raztopi v vodi in tvori močno dvobazično žveplovo kislino. Zaradi velike vloge v proizvodnih procesih se je snov imenovala "kruh kemične industrije". Pomembno vlogo v gospodarstvu in medicini imajo kislinske soli - sulfati. Uporabljajo se kalcijev hidrat (mavec), natrij (Glauberjeva sol), magnezij (epsomova sol ali grenka sol).
1, 2, 3, 4, 6 zunanjih elektronov lahko sodeluje pri tvorbi različnih vrst kemičnih vezi. Poimenujmo možne valence žvepla, glede na to, da obstajajo redke in nestabilne spojine: I (-), II (-), II (+), III (+), IV (+), VI (+). Element pridobi drugo pozitivno valenco vSO monoksid. Najpogostejše vrednosti II (–), IV (+), VI (+) prikazuje žveplo kot del skupine snovi industrijskega, kmetijskega in medicinskega pomena. Njegove spojine se uporabljajo pri izdelavi ognjemetov.
Zajem izpušnih plinov ostaja velik problem, vključno z žveplovimi oksidi IV (+), VI (+) in vodikovim sulfidom, ki so škodljivi za ljudi in okolje. Ustvarjene so tehnologije za predelavo teh plinastih odpadkov in pridobivanje žveplove kisline in sulfatov iz njih. V ta namen se poleg metalurških obratov ali na istem območju gradijo kemična podjetja. Posledično se zmanjša obseg onesnaženja, manj je "žveplove kisline".
