Sērs un Skābeklis

1. Sērs un Skābeklis Renārs Rūja un Roberts Briška

2. Sēra atrašanās dabā. • Sērs dabā ir ļoti izplatīts. Brīvā veidā (tīrradņu sērs) lielos daudzumos sastopams Itālijā (Sicīlijas salā) un ASV. Sērs bieži sastopams savienojumos ar citiem elementiem. Svarīgākie dabā sastopamie ir metālu sulfīdi un sērskābes sāļi. Ar vulkānu gāzēm izdalās sēra dioksīds un sērūdeņradis, kas vēl bez tam sastopams arī minerālavotu ūdeņos (Macestā, Pjatigorskā) un Melnajā jūrā (dziļumā, kas pārsniedz 200m). Sēra bioloģiskā nozīme ir ļoti liela – tas ietilpst augu un dzīvnieku olbaltumvielu sastāvā. Sērūdeņradis, kas izdalās, pūstot gaļai, zivīm, olām, ir olbaltumvielu sadalīšanās prodikts, Sērs ietilpst cilvēka matu sastāvā, kā arī dzīvnieku vilnā, nagos un ragos. Sēru saturošie savienojumi piešķir raksturīgo rūgto garšu un aso smaku mārrutkiem, sīpoliem, ķiplokiem un citiem augiem. Sēra organiskie savienojumi ir arī naftā.

4. Sēra pārstrāde • Tīrradņu sēra pārstrāde ir tā atdalīšana no citu iežu piemaisījumiem (smiltis, māli, kaļķakmens u. tml.) . Sēru kausē slēgtos traukos – autoklāvos. Autoklāvā iepilda sēra koncentrātu, kas samitrināts ar ūdeni, un zem 6 atmosfēru liela spiediena laiž cauri pārkarsētu ūdens tvaiku, kura temperatūra 140-150°C. Izkusušais sērs uzkrājas autoklāva apakšdaļā, un pa speciālām atverēm to izvada formās. Ar kausēšanu iegūto sēru sauc par gabalu sēru, tas satur daudz piemaisījumu. Lai sēru attīrītu to pārtvaicē speciālās krāsnīs, kas savienotas ar ķieģeļu kamerām. Verdošā sēra tvaiki nokļūst kamerā, atdziest, pāriet cietā stāvoklī un nosēžas uz aukstajām kameras sienām.

6. Sēra fizikālās īpašības. • Sērs ir cieta, trausla viela dzeltenā krāsā. Sērs ūdenī praktiski nešķīst, bet labi šķīst sērogleklī, anilīnā un dažos citos šķīdinātājos. Tas vāji vada siltumu un elektrisko strāvu. Sēram ir vairākas alotropiskās modifikācijas. 444°C temperatūrā sērs vārās, veidojot tumši brūnus tvaikus. Ja tvaikus strauji atdzesē, rodas smalks pulveris – sēra ziedi, kas sastāv no ļoti maziem sēra kristāliņiem.Blīvums: 2070 kg/m3 Kušanas temperatūra: 388,36 K (115,21 °C) Viršanas temperatūra: 717,87 K (444,6 °C)

7. Sēra ķīmiskās īpašības. • Ķīmiskā ziņā sērs ir tipisks nemetāls. Tas savienojas ar daudziem metāliem, veidojot metālu sulfīdus. Sērs reaģē arī ar daudziem nemetāliem – ar fluoru (aukstumā), bromu, skābekli un ūdeņradi (karsējot). Sēra atomam ir neaizpildīts ārējais enerģijas līmenis, tāpēc tas var pievienot divus elektronus un uzrādīt oksidēšanās pakāpi –2. Parastos apstākļos cieta sēra molekula sastāv no 8 atomiem, kas savā starpā saistījušies noslēgtā gredzenā. Ķīmiskā saite ir kovalentā.

8. Sēra izmantošana. • To lieto kā rūpniecībā, tā arī lauksaimniecībā. Rūpniecībā Sēra ziedus izmanto cīņai pret vīnogulāju un kokvilnas augu slimībām, lai iznīcinātu lauksaimniecības kaitēkļus un slimību ierosinātājus, augus apputina ar malto sēru vai sēra ziediem. Sadedzinot sēru ar sēra dioksīdu izdūmo elevatorus un noliktavas, lai iznīcinātu kaitēkļus. Veterinārijā no sēra izgatavo ziedes ādas slimību ārstēšanai. Sērs ietilpst daudzos medicīniskajos preparātos, piemēram, sulfidīnā, sulfazolā u.c. • Apmēram pusi iegūtā sēra patērē sērskābes ražošanai. • Milzīgus sēra daudzumus izlieto gumijas rūpniecībā kaučuka vulkanizācijai. • Sērs nepieciešams arī melnā pulvera, sēroglekļa, sērkociņu un dažu krāsvielu ražošanai.

10. Sērs kā reducētajs • Istabas temperatūrā sērs reaģē kā reducētājs ar fluoru, hloru un koncentrētām oksidējošām skābēm (HNO3, H2SO4): • S+ 3F2 → SF6 • S + Cl2 → SCl2 • S + 6HNO3 → H2SO4 + 6NO2 ↑ + 2H2O • S + 2H2SO4 → 3SO2 ↑ + 2H2O • Gaisāsērs deg, veidojotgāziarasusmaku - sēradioksīdu: • S + O2 → SO2

11. Skābekļa vispārīgs raksturojums • Ķīmiskā elementa simbols O • Vienkāršas vielas ķīmiskā formula O2 • Atomu molmasa Mo =16 g/mol

12. Skābekļa savienojumi. • Savienojumos skābeklis parasti ir divvērtīgs. Skābekļa blīvums (p=1,429 gl-1) ir nedaudz lielāks par gaisa blīvumu. Skābeklis ir bezkrāsaina gāze bez smakas un garšas. Tas slikti šķīst ūdenī, nedeg, taču tas uztur degšanu un reaģē ar degošo vielu (oksidēšanās). Skābeklis ir ļoti reaģētspējīga viela. Skābeklis ir visizplatītākais ķīmiskais elements.

13. SKĀBEKLIS DABĀ. • Skābeklis Zemes un atmosfērā ir visvairāk izplatīts elements. Gaisa skābekļa O2 masas daļa ir 23%, tilpumdaļa – 21%. Skābeklis ietilpst gandrīz visu to vielu sastāvā, kuras atrodas ap mums (piemēram, ūdens H2O, smiltis SiO2,u. c.). Elements skābeklis ir arī organisko vielu sastāvā (piemēram, olbaltumvielās, taukos un ogļhidrātos, u. c.).

14. Skābekļa riņķojums dabā. • Dienā augi fotosintēzes procesā ražo to augšanai nepieciešamo enerģiju. Auga zaļās daļas uztver saules gaismu, ūdeni un oglekļa dioksīdu, lai veidotu jaunas šūnas, un izdala skābekli. Tā skābeklis nepārtraukti nonāk gaisā un izzūd no tā.

15. Elpošana. • Mūsu organismam ir nepieciešams skābeklis, lai ražotu enerģiju, kuru patērējam muskuļu darbā. Skābeklis, ko mē ieelpojam, tiek izmantots, lai “sadedzinātu” apēsto barību un veidotos enerģija, kas ir nepieciešama cilvēka eksistencei. Skābekļa uzņemšanas procesu sauc par elpošanu. Skābekli no plaušām, kas to uzņem no gaisa, asinis pārnes uz muskuļiem, kur tas ir nepieciešams enerģijas ražošanai.

16. Skābekļa iegūšana. (labratorijā) • Laboratorijā skābekli var iegūt, sadalot dažādas vielas, kuru sastāvā ir skābeklis, piemēram, sadalot ūdeni vai ūdeņraža peroksīdu. • līdzstrāva • 2 H2O  2 H2 + O2 • ūdens ūdeņradis skābeklis • MnO2 • 2 H2O2 2 H2O + O2 • ūdeņraža peroksīds ūdens skābeklis • Skābekli var arī iegūt no KMnO4 , no KClO3 , no HgO un vēl no citām vielām

17. Rūpniecībā. • Rūpniecībā skābekli iegūst no gaisa, kas ir dažādu gāzu maisījums. Lai iegūtu skābekli, gaisu paaugstinātā spiedienā sašķidrina. Tad no sašķidrinātā gaisa slāpeklis iztvaiko vispirms, bet pāri paliek skābeklis. Gāzveida skābekli uzglabā tērauda balonos 15 MPa spiedienā.

18. Skābekļa izmantošana. • Medicīnā skābekli bieži izmanto, lai glābtu ar tvana gāzi vai citām indīgām gāzēm saindējušos cilvēkus. Skābeklis ir nepieciešams arī slimniekiem, kuriem ir traucēta normālā elpošana. • Ķīmiskās rūpniecības nozarēs, piemēram, metalurģijā, lai kāpinātu čuguna ieguves ražīgumu. • Metālu metināšanai un griešanai, jo tiem nepieciešama augsta temperatūra. Ja izmanto speciālus degļus, skābeklī sadedzina acetilēnu C2H2 vai ūdeņradi H2, tad liesmas temperatūra sasniedz ~ 3000-3500 oC. • Aviācijā (lidmašīnās, kosmosa kuģos, u.c.). • Bioloģiskos procesos, jo skābeklis dzīvos organismus nodrošina ar enerģiju.

20. Fakti. • Cilvēks elpojot 1 minūtē vidēji patērē 0,5 dm3 skābekļa, dienā – 720 dm3, bet gadā – 262,8 m3 skābekļa. •  Visas planētas iedzīvotāji (~6 miljardi) gada laikā elpošanas procesā patērē ~1577 miljardus kubikmetru skābekļa. • Kopējā skābekļa masa uz Zemes ir 1015 tonnas. • Lai iekšdedzes dzinējos sadedzinātu 38 litrus benzīna, patērē 77 000 litrus skābekļa.

21. Izmantotā lieteratūra. • “Ķīmijas rokasgrāmata” K. Zommers • “Vai ķīmija ir nesaprotama?” J. Avotiņš • “Ķīmiķi, kuru vārdi jāzina” J. Strazdiņš • “Ķīmija” G. Rudzītis, F. Feldmanis • “Ķīmija 8. un 9. klasei” Modris Drille • “Ķīmija lauksaimniecības tehnikumiem” I. Citovičs • “Ķīmija augstskolu reflektantiem” G. Homčenko