Siarka jest niemetalem znajdującym się w $16.$ grupie układu okresowego. W warunkach standardowych występuje głównie w postaci ośmioatomowych cząsteczek ${\mathrm{S}}_8$. Ze względu na dużą stabilność oraz niską reaktywność, siarka reaguje samorzutnie tylko z nielicznymi metalami – litem, sodem, potasem, rubidem, cezem i fransem.

Atom siarki chętnie przyjmuje dwa elektrony, stając się anionem siarczkowym ${\text{S}}^{2-}$. Dzięki temu może osiągnąć stabilną energetycznie konfigurację elektronową atomu najbliższego gazu szlachetnego – argonu.

Ze względu jednak na stosunkowo niewielką elektroujemność, szczególnie w porównaniu do innych niemetali, prócz wiązań jonowych siarka może tworzyć również wiązania kowalencyjne i w takich sytuacjach zwykle występuje na formalnych stopniach utlenienia $\text{IV}$ i $\text{VI}$.

RqFGgucPQduqR

Ilustracja przedstawia układ okresowy pierwiastków. Wyróżniono: sód, potas, magnez, żelazo, miedź oraz cynk. Sód symbol <math aria‑label="en a">Na. Liczba atomowa 11, masa atomowa 22,99, elektroujemność według skali Paulinga 0,9. Sód leży w pierwszej grupie, w trzecim okresie, w bloku s. Potas symbol P. Liczba atomowa 19, masa atomowa 39,10, elektroujemność 0,9, pierwsza grupa, czwarty okres, blok s. Magnez, symbol <math aria‑label="em gie">Mg. Liczba atomowa 12, masa atomowa 24,31, elektroujemność 1,2, druga grupa, trzeci okres, blok s. Żelazo, symbol <math aria‑label="ef e">Fe. Liczba atomowa 26, masa atomowa 55,85, elektroujemność 1,9, czwarty okres, ósma grupa poboczna układu okresowego, należy do grupy metali przejściowych (bloku d). Miedź, symbol <math aria‑label="C u">Cu. Liczba atomowa 29, masa atomowa 63,55, elektroujemność 1,9, jedenasta grupa, czwarty okres, blok d. Cynk, symbol <math aria‑label="zet en">Zn. Liczba atomowa 30, masa atomowa 65,38, elektroujemność 1,6, dwunasta grupa, czwarty okres, blok d.

Elektroujemność metali $1.$ i $2.$ grupy układu okresowego pierwiastków (litowców i berylowców) jest na tyle niska, że wiązania w siarczkach generalnie traktujemy jako jonowe. W kolejnych grupach elektroujemność metali jest coraz wyższa, dlatego charakter wiązań w siarczkach tych metali jest pośredni między jonowym a kowalencyjnym. Udział wiązania kowalencyjnego w siarczkach metali rośnie wraz ze wzrostem elektroujemności metalu.

Aby określić naturę wiązań w związkach chemicznych przeprowadza się badania krystalograficzne. W ten sposób można stwierdzić, czy w danym związku wiązanie jest jonowewiazanie jonowejonowe, czy kowalencyjnewiązanie kowalencyjnekowalencyjne. Służy temu wykonanie pomiaru gęstości elektronowej wokół atomów tworzących wiązanie, za pomocą rentgenografii strukturalnej. Jeśli w przestrzeni między atomami występuje obszar, gdzie gęstość elektronowa jest tak mała, że nie da się jej zmierzyć, świadczy to o tym, że chmury elektronowe wokół obu atomów są wyraźnie od siebie oddzielone. Wtedy przyjmuje się, że wiązanie ma charakter jonowy.

Siarka stosunkowo łatwo reaguje z metalami alkalicznymi. Reakcje te przebiegają już w temperaturze pokojowej:

Lub w uproszczeniu:

Analizując powyższe ogólne równania reakcji, można zauważyć, że zaszły zmiany stopnia utlenienia atomów poszczególnych pierwiastków. Pierwiastkom w stanie wolnym (w analizowanym przykładzie metalom ($\text{Me}$) i siarce) przypisujemy stopień utlenienia równy $0$. W utworzonym siarczku, metal występuje na $\text{I}$, a siarka na $-\text{II}$ stopniu utlenienia. Opisana reakcja jest zatem reakcją redoks (utleniania‑redukcji).

Siarczki litowców są rozpuszczalne w wodzie, a ich wysokie temperatury topnienia potwierdzają ich jonowy charakter.

Temperatury topnienia przykładowych siarczków litowców:

• ${\mathrm{T}}_{\text{topnienia},{\text{Na}}_2\text{S}}=1176°\text{C}$

• ${\mathrm{T}}_{\text{topnienia},{\text{K}}_2\text{S}}=840°\mathrm{C}$

Siarka reaguje z metalami $1.$ grupy układu okresowego tworząc wiązania jonowe. Przeanalizujmy reakcję chemiczną siarki z sodem. Podczas reakcji atom sodu oddaje jeden elektron (elektron walencyjny) przekształcając się w kation:

Konfiguracja elektronowa kationu sodu:

Natomiast atom siarki przyjmuje dwa elektrony i przekształca się w anion:

Konfiguracja elektronowa anionu siarczkowego:

Kationy sodu i aniony siarczkowe przyciągają się siłami elektrostatycznymi, tworząc sieć krystaliczną, w której na $1$ mol anionów siarczkowych, przypadają $2$ mole kationów sodu.

Jeżeli sód i siarkę umieścimy razem w probówce, dojdzie do reakcji, w wyniku której powstanie nowy związek – siarczeksiarczkisiarczek sodu:

W uproszczeniu reakcję tę można opisać równaniem:

RSoIKRBxb3X9T

Na zdjęciu znajduje się pewna ilość siarczku sodu. To cienkie, płaskie kawałki żółtego ciała stałego.

1

Polecenie 2

Zastanów się i odpowiedz na pytanie, czy reakcja syntezy siarczku potasu jest reakcją redoks? Jeżeli tak, to jak zmieniają się stopnie utlenienia w reakcji syntezy tego siarczku?

R2pjcXfovB675

Zdjęcie przedstawia pewną ilość siarczku potasu.To kawałki szarożółtego ciała stałego.

RydBrMQiMmsOO

Odpowiedź: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

$$16 {\text{K}}_{\left(\text{s}\right)}^0+{\text{S}}_{8\left(\text{s}\right)}^0\to 8 {\text{K}}_2^{\text{I}}{\text{S}}_{\left(\text{s}\right)}^{-\text{II}}$$

Pokaż odpowiedź

W reakcji syntezy siarczku potasu zarówno atom potasu, jak i atom siarki zmieniają stopnie utlenienia.

Atom potasu zmienia (podwyższa) swój stopień utlenienia o jeden stopień, czyli z $0$ na $\text{I}$. W czasie tego procesu oddaje on 1 elektron.

$$\text{K}\to {\text{K}}^{+}+{\text{e}}^{-}$$

Atom siarki obniża swój stopień utlenienia o dwa stopnie, czyli ze stopnia $0$ na $-\text{II}$. W czasie tego procesu pobiera on 2 elektrony.

$$\text{S}+2 {\text{e}}^{-}\to {\text{S}}^{2-}$$

Reakcje syntezy siarczku potasu, jak i pozostałych siarczków metali są zatem reakcjami redoks, ponieważ zmieniają się stopnie utlenienia atomów pierwiastków chemicznych reagentów.

Siarka reaguje z berylowcami po uprzednim zainicjowaniu reakcji, np. poprzez ogrzewanie. Często do przeprowadzenia reakcji zamiast siarki w stałym stanie skupienia, wykorzystuje się jej pary. W wyniku reakcji powstają odpowiednie siarczki. Powyżej opisana reakcja chemiczna przebiega zgodnie z ogólnym równaniem:

Lub w uproszczeniu:

Podobnie jak w przypadku reakcji z metalami $1.$ grupy układu okresowego, również w czasie reakcji z berylowcami dochodzi do zmian stopnia utlenienia atomów pierwiastków chemicznych. W utworzonym siarczku, metal występuje na $\text{II}$, a siarka na $\text{-}\text{II}$ stopniu utlenienia.

Siarka w reakcji z magnezem tworzy wiązania jonowe.

Podczas reakcji atom magnezu oddaje dwa elektrony (elektrony walencyjne), przekształcając się w kation:

Konfiguracja elektronowa kationu magnezu:

Natomiast atom siarki przyjmuje dwa elektrony i przekształca się w anion:

Konfiguracja elektronowa anionu siarczkowego:

Kationy magnezu i aniony siarczkowe przyciągają się siłami elektrostatycznymi, tworząc sieć krystaliczną, w której na 1 mol anionów siarczkowych, przypada 1 mol kationów magnezu.

Względnie niska elektroujemność siarki powoduje, że jej wiązania z metalami przejściowymi mają charakter mniej jonowy, a bardziej kowalencyjny, czyli mają charakter pośredni między jonowym a kowalencyjnym. Wiązania kowalencyjne tworzą się w skutek nakładania się orbitali walencyjnych s i p atomu siarki z orbitalami s, p i d metali przejściowych.

Siarczek żelaza($\text{II}$) $\mathrm{FeS}$ można otrzymać w laboratorium przez krótkie ogrzewanie mieszaniny pyłu żelaznego i  sproszkowanej siarki. Reakcję inicjuje się np. przy użyciu płomienia palnika.

RL262xkRlPHil

Zdjęcie przedstawia siarczek żelaza(dwa) w postaci brązowych kamyczków.

Siarczek cynku w czystej postaci jest białym krystalicznym proszkiem. W naturze występuje w postaci dwóch minerałów: sfalerytu i wurcytu, które przybierają różne barwy w zależności od obecności zanieczyszczeń.

Siarczek cynku $\text{ZnS}$ można otrzymać w wyniku ogrzewania metalicznego cynku ze sproszkowaną siarką:

R1YAoldwNidt8

Zdjęcie przedstawia fiolkę z białym proszkiem, będącym siarczkiem cynku.

Siarczek miedzi($\text{I}$) ${\text{Cu}}_2\text{S}$ można otrzymać w wysokiej temperaturze (powyżej $620 \text{K}$) poprzez działanie par siarki na metaliczną miedź w próżni:

Ciekawostka

Siarka tworzy z niektórymi metalami także disiarczkidisiarczki (nadsiarczki)disiarczki, np. disiarczek sodu ${\text{Na}}_2{\text{S}}_2$. Znane są także ${\text{BaS}}_2$ oraz ${\text{FeS}}_2$.

R1TPY11aEnupc

Zdjęcie przedstawia piryt, minerał zbudowany ze zniekształconych sześciennych kostek, zlepionych ze sobą. Ma metaliczny połysk i szary kolor.

Słownik

Bibliografia

Atkins P., Jones L., Chemia ogólna, Warszawa 2004.

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 1987, s. 571‑574.

Czerwińska A., Jelińska‑Kazimierczuk M., Kuśmierczyk K., Chemia 1. Podręcznik, Warszawa 2002, s. 347‑360.

Litwin M., Styka‑Wlazła Sz., Szymońska J., Chemia ogólna i nieorganiczna. Część 1. Podręcznik dla liceum, Warszawa 2004 s. 59.

Piosik R., Karawajczyk B., Technika demonstracji i ćwiczenia laboratoryjne z metodyki nauczania chemii i ochrony środowiska, Gdańsk 2004, s. 790‑81.

Trzebiatowski W., Chemia nieorganiczna, Warszawa 1977, s. 196‑227.