Síra
Šablona:Infobox chemický prvek Síra (chemická značka S, latinsky sulphur) je nekovový chemický prvek žluté barvy, který patří do skupiny chalkogenů. Je poměrně hojně zastoupená v přírodě a známá již od starověku. Tvoří několik alotropických modifikací a velké množství sloučenin, z nichž nejvýznamnější je kyselina sírová. Síra je nezbytná pro všechny živé organismy, protože je součástí některých aminokyselin.
Etymologie a historie
Latinský název sulphur má pravděpodobně původ v sanskrtském slově sulvere. Síra je lidstvu známa již od starověku, přibližně 4000 let př. n. l. Zmínky o ní se nacházejí v Bibli (zničení Sodomy a Gomory) i v Homérově Odysseji. Staří Řekové a Římané ji používali při očistných rituálech, Egypťané již od 16. století př. n. l. k dezinfekci a bělení. Ve středověku ji alchymisté považovali za jeden z klíčových prvků, symbolizující oheň. V roce 1245 se stala součástí střelného prachu, který objevil Roger Bacon. Za chemický prvek ji prohlásil Antoine Lavoisier v roce 1772, což definitivně potvrdili Joseph Louis Gay-Lussac a Louis Jacques Thénard.
Výskyt v přírodě
Síra je 16. nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře, kde její průměrný obsah činí 0,035 %. Vyskytuje se jak v elementární (ryzí) formě, tak vázaná ve sloučeninách.
- Elementární síra: Nachází se především v oblastech s aktivní i vyhaslou vulkanickou činností, kde vzniká kondenzací ze sopečných plynů. Ložiska se nacházejí také v sedimentárních horninách, jako jsou vápence a slíny, často ve formě tzv. solných dómů.
- Sulfidy: Síra tvoří řadu minerálů, z nichž nejvýznamnější jsou pyrit (FeS₂), galenit (PbS), sfalerit (ZnS), chalkopyrit (CuFeS₂), chalkosin (Cu₂S) a rumělka (HgS). Sulfan (H₂S) se nachází v sopečných plynech, ropě a zemním plynu.
- Sírany: Hojně rozšířené jsou také síranové minerály, například sádrovec (CaSO₄·2H₂O), anhydrit (CaSO₄) a baryt (BaSO₄).
- Organické sloučeniny: Síra je biogenní prvek, který je součástí esenciálních aminokyselin methionin a cystein, a tedy i bílkovin. Je přítomna ve všech živých buňkách.
Výroba
Většina světové produkce síry (v roce 2005 to bylo 64 milionů tun) pochází z odsiřování ropy a zemního plynu. Historicky se síra těžila z přírodních ložisek.
- Clausův proces: Je v současnosti nejpoužívanějším postupem a hlavním průmyslovým procesem výroby síry. Získává se při něm elementární síra ze sulfanu (sirovodíku), který je obsažen v ropě a zemním plynu. Proces probíhá ve dvou fázích: termické (spalování části sulfanu na oxid siřičitý) a katalytické (reakce oxidu siřičitého se zbylým sulfanem).
- Fraschova metoda: Dříve se používala k těžbě elementární síry z podzemních ložisek. Do ložiska se vháněla přehřátá vodní pára, která síru roztavila, a ta byla následně vytlačena na povrch stlačeným vzduchem.
Vlastnosti
Fyzikální vlastnosti
Síra je žlutá, křehká, pevná látka nerozpustná ve vodě, ale rozpustná v nepolárních rozpouštědlech jako je sirouhlík (CS₂), benzen a petrolej. Je špatným vodičem tepla i elektřiny. Pevná síra se vyskytuje v několika alotropických modifikacích, z nichž nejběžnější jsou tvořeny cyklickými molekulami S₈. Při zahřívání síra taje při teplotě 115,21 °C za vzniku žluté kapaliny. S rostoucí teplotou nad 160 °C kapalina hnědne a stává se velmi viskózní, protože cyklické molekuly S₈ se trhají a spojují do dlouhých polymerních řetězců. Při teplotě 444,6 °C síra vře a vytváří oranžové páry. Prudkým ochlazením par vzniká práškovitá forma zvaná sirný květ, zatímco prudkým ochlazením taveniny vzniká amorfní plastická síra.
Alotropické modifikace
Je známo více než 30 alotropických modifikací síry.
- Síra kosočtverečná (α-S₈): Nejstabilnější modifikace za normální teploty, na kterou postupně přecházejí ostatní formy. Tvoří žluté krystaly tvořené cyklickými molekulami S₈.
- Síra jednoklonná (β-S₈): Vzniká z kosočtverečné síry při teplotě nad 95,3 °C. Je tvořena jehličkovitými krystaly, které jsou rovněž složeny z molekul S₈, ale mají odlišné krystalové uspořádání.
- Další cyklické formy: Byly připraveny i formy obsahující cyklické molekuly S₆, S₇, S₉, S₁₀ a S₁₂.
- Plastická síra (polymerní síra): Amorfní forma vznikající prudkým ochlazením tavené síry. Je tvořena dlouhými řetězci atomů síry a je elastická. Postupem času přechází na stabilní kosočtverečnou modifikaci.
Chemické vlastnosti
Síra je poměrně reaktivní prvek, který se za vyšších teplot přímo slučuje s většinou prvků kromě vzácných plynů, dusíku, telluru, jodu, iridia, platiny a zlata.
- Hoří na vzduchu modrým plamenem za vzniku oxidu siřičitého (SO₂) a malého množství oxidu sírového (SO₃).
- S kovy reaguje exotermicky za vzniku sulfidů. S alkalickými kovy reaguje již při teplotě okolo 100 °C.
- S vodíkem reaguje za vyšší teploty na sulfan (H₂S).
- Reaguje s koncentrovanou kyselinou dusičnou za vzniku kyseliny sírové a s koncentrovanou kyselinou sírovou za vzniku oxidu siřičitého.
- Ve sloučeninách se vyskytuje v oxidačních stavech od -II (sulfidy) po +VI (sírany, oxid sírový).
Izotopy
Síra má 24 známých izotopů s nukleonovými čísly od 26 do 49. Čtyři z nich jsou stabilní: ³²S (94,99 %), ³³S (0,75 %), ³⁴S (4,25 %) a ³⁶S (0,01 %). Převaha izotopu ³²S je vysvětlena jeho vznikem v supernovách typu II. Radioizotopy síry mají obvykle krátké poločasy přeměny, s výjimkou ³⁵S (poločas přeměny cca 87,4 dne), který vzniká v atmosféře tříštěním argonu. Analýza poměrů stabilních izotopů síry se využívá v geologii k určování teploty vzniku minerálů a ke zjišťování zdrojů znečištění.
Sloučeniny
Síra tvoří velké množství anorganických i organických sloučenin.
Bezkyslíkaté sloučeniny
- Sulfan (H₂S): Bezbarvý, jedovatý plyn se charakteristickým zápachem po zkažených vejcích. Vzniká při rozkladu bílkovin a je přítomen v sopečných plynech. Jeho vodný roztok je slabá kyselina sirovodíková.
- Sulfidy: Sloučeniny síry s kovy, často nerozpustné ve vodě a charakteristicky zbarvené (např. Ag₂S - černý, HgS - červený).
- Sirouhlík (CS₂): Těkavá, jedovatá a zapáchající kapalina, používaná jako nepolární rozpouštědlo a při výrobě hedvábí a celofánu.
Kyslíkaté sloučeniny
- Oxid siřičitý (SO₂): Bezbarvý, jedovatý plyn štiplavého zápachu, který vzniká hořením síry. Je hlavním prekurzorem kyselých dešťů.
- Oxid sírový (SO₃): Pevná látka, která bouřlivě reaguje s vodou za vzniku kyseliny sírové.
- Kyselina siřičitá (H₂SO₃): Slabá, nestálá kyselina vznikající rozpouštěním SO₂ ve vodě.
- Kyselina sírová (H₂SO₄): Silná, dvojsytná kyselina, která je jednou z nejdůležitějších průmyslových chemikálií. Je to olejovitá kapalina se silnými oxidačními a dehydratačními účinky.
Další sloučeniny
Síra tvoří řadu halogenidů (např. SF₆, S₂Cl₂), nitridů (např. S₄N₄), a také sloučeniny s dusíkem a kyslíkem.
Využití
Síra je základní surovinou pro chemický průmysl.
- Výroba kyseliny sírové: Přibližně 90 % veškeré vyrobené síry se spotřebuje na výrobu kyseliny sírové, která je klíčová pro výrobu hnojiv, chemikálií, plastů, léčiv a výbušnin.
- Vulkanizace kaučuku: Síra se používá ke zlepšení mechanických vlastností přírodního i syntetického kaučuku.
- Zemědělství: Používá se jako součást hnojiv a pesticidů (fungicidy, insekticidy).
- Lékařství a kosmetika: Sirné masti a mýdla se používají k léčbě kožních onemocnění, jako je akné, ekzém nebo lupénka, díky svým keratolytickým a antibakteriálním účinkům.
- Ostatní: Síra je součástí střelného prachu, používá se při výrobě zápalek, barviv a sirouhlíku.
Biologický význam
Síra je esenciální prvek pro všechny živé organismy. Je součástí dvou esenciálních aminokyselin, methioninu a cysteinu, které jsou základními stavebními kameny bílkovin.
- Nachází se ve všech buňkách lidského těla, ve vyšších koncentracích pak v kůži, nehtech a vlasech, kde je součástí proteinu keratin.
- Je důležitá pro syntézu kolagenu, který zajišťuje pevnost a regeneraci tkání.
- Hraje roli v produkci glutathionu, klíčového antioxidantu v těle.
- Podílí se na detoxikačních procesech v játrech.
Do organismu se dostává především v potravě bohaté na bílkoviny, jako jsou vejce, sýr, maso, ryby a luštěniny.
Bezpečnost
Elementární síra v pevném stavu není jedovatá. Je však hořlavá a její prach může se vzduchem tvořit výbušné směsi. Při hoření síry vzniká toxický a dráždivý oxid siřičitý (SO₂). Kapalná (roztavená) síra může způsobit vážné popáleniny a může uvolňovat jedovatý a hořlavý sulfan (H₂S). Při manipulaci s roztavenou sírou je nutné používat osobní ochranné prostředky a zajistit dostatečné větrání. Mnoho sloučenin síry, jako jsou sulfan, sirouhlík nebo oxid siřičitý, je vysoce toxických.
Odkazy
Reference