1818 Dæmigerðir málmar, hálfmálmar og málmleysingjar

18.10 Útbreiðsla, framleiðsla og eiginleikar brennisteins

Námsmarkmið

Að loknum þessum kafla munt þú geta:

lýsa eiginleikum, framleiðslu og notkun brennisteins

Brennisteinn finnst í náttúrunni bæði sem frumefni í útfellingum og sem súlfíð járns, sinks, blýs og kopars, auk súlfata natríums, kalsíums, baríums og magnesíums. Brennisteinsvetni er oft í jarðgasi og finnst í mörgum eldfjallagösum, eins og þeim sem sýnd eru á mynd 18.58. Brennisteinn er hluti af mörgum próteinum og er lífsnauðsynlegur.

Myndin sýnir stöðuvatn umkringt grýttum fjallstindum. Hvít gufa stígur upp úr jörðinni nálægt vatninu. — **Mynd 18.58.** Eldfjallagös innihalda brennisteinsvetni. (mynd: Daniel Julie/Wikimedia Commons)

Frasch-ferlið, sem sýnt er á mynd 18.59, er mikilvægt við nám frumefnisbrennisteins úr gríðarstórum neðanjarðarútfellingum í Texas og Louisiana. Ofurhituðu vatni (170 °C og 10 atm þrýstingur) er þrýst niður ystu pípuna af þremur sammiðja pípum að neðanjarðarútfellingunni. Heita vatnið bræðir brennisteininn. Innsta pípan leiðir þrýstiloft inn í fljótandi brennisteininn. Loftið þrýstir fljótandi brennisteininum, blönduðum lofti, upp um útstreymispípuna. Þegar blandan er flutt í stór setker skilur fastur brennisteinn sig frá við kólnun. Þessi brennisteinn er 99,5% til 99,9% hreinn og þarf ekki frekari hreinsun fyrir flesta notkun.

Skýringarmynd sýnir lóðrétta pípu sem er felld niður í marglaga fast efni á neðri endanum. Efra lagið er merkt „Jarðvegur“ og neðra lagið er merkt „Föst brennisteinsútfelling“. Mjó pípa, sem byrjar efst á myndinni, liggur inn í lóðréttu pípuna til botns og er merkt „Þrýstiloft“. Örvar sem vísa til vinstri og síðan niður eru teiknaðar á þessa innri pípu. Þessar örvar sveigja síðan upp á við á botni pípunnar og eru teiknaðar upp á við til að sýna flæði „Fljótandi brennisteins“ frá botni myndarinnar til topps utan við innri pípuna. Þessar örvar liggja að hólfi efst til hægri á myndinni með örvum sem vísa til vinstri, merktar „Brennisteinn, vatn og loft“. Lárétt pípa miðsvæðis til hægri á myndinni liggur að ytri pípunni og örvar sem teiknaðar eru niður á við liggja aftur til botns myndarinnar. Þessi pípa er merkt „Ofurhitað vatn“. — **Mynd 18.59.** Frasch-ferlið er notað til að vinna brennistein úr neðanjarðarútfellingum.

Enn meira magn brennisteins fæst einnig úr brennisteinsvetni sem er endurheimt við hreinsun jarðgass.

Brennisteinn kemur fyrir í nokkrum allótrópískum formum. Stöðuga formið við stofuhita er úr átta atóma hringjum og sameindaformúlan er því S₈. Efnafræðingar nota þó oft S til að einfalda stuðla í efnajöfnum; þeirri venju er fylgt í þessari bók.

Líkt og súrefni, sem tilheyrir einnig flokki 16, sýnir brennisteinn greinilega eiginleika málmleysingja. Hann oxar málma og myndar ýmis tvíefnissúlfíð þar sem brennisteinn hefur neikvætt oxunarstig (2−). Frumefnisbrennisteinn oxar málmleysingja með minni rafdrægni og málmleysingjar með meiri rafdrægni, svo sem súrefni og halógen, oxa hann. Aðrir sterkir oxarar oxa einnig brennistein. Til dæmis oxar þétt saltpéturssýra brennistein í súlfatjón og samhliða myndast köfnunarefnisdíoxíð:

S (s) + 6 {HNO}_{3} (a q) ⟶ 2 H_{3} O^{+} (a q) + {SO}_{4}^{2−} (a q) + 6 {NO}_{2} (g)

Efnafræði brennisteins með oxunarstigið 2− er svipuð efnafræði súrefnis. Ólíkt súrefni myndar brennisteinn þó mörg efnasambönd þar sem hann hefur jákvæð oxunarstig.