Siarka jest jednym z pierwiastków chemicznych, które posiadają kilka odmian alotropowych. Jest niemetalem i rozpuszcza się w rozpuszczalnikach organicznych. W temperaturze pokojowej siarka występuje w postaci rombowej i w zależności od sposobu otrzymywania kryształów, mają one postać cienkich lub grubych płytek o ściętych krawędziach. Krystalizacja pierwiastków- zwłaszcza metalicznych jest możliwa ze stanu ciekłego i w jej rezultacie można otrzymać odmianę alotropową trwałą w temperaturze topnienia. W przypadku siarki jest to o tyle istotne, że w temperaturze krzepnięcia trwałą postacią siarki jest siarka jednoskośna, siarka rombowa byłaby możliwa do uzyskania tym sposobem przy zastosowaniu bardzo wysokiego ciśnienia.


Otrzymywanie siarki jednoskośnej przez krystalizację siarki ciekłej:

Potrzebne materiały:
-zlewka niska
-bagietka
-zlewka z zimną wodą
-łapa do zlewek
-siarka
-opalarka
-cegła szamotowa

Wykonanie:
Siarkę umieszczamy w zlewce. Zlewkę stawiamy na cegle szamotowej i ostrożnie ogrzewamy opalarką do stopienia siarki. Nie wolno doprowadzić do przegrzania siarki, co jest widoczne jako ściemnienie. Po stopieniu zlewkę zostawiamy do powolnego schłodzenia, obserwując proces. Gdy na powierzchni utworzy się cienka skorupa przebijamy ją przy pomocy bagietki i zawartość wylewamy do zlewki z zimną wodą. Po wylaniu ciekłej siarki możemy usunąć ostrożnie resztę skorupy i podziwiać igiełkowate kryształy siarki jednoskośnej. Odmiana ta jest nietrwała w temperaturze pokojowej i po ostygnięciu w ciągu kilku do kilkudziesięciu godzin ulegnie przemianie do siarki rombowej. Objawi się to zjaśnieniem barwy i utratą przezroczystości kryształów.

Krystalizacja stopionej siarki: topienie, krystalizacja, kryształy po zlaniu nadmiaru ciekłej siarki, różnica w wyglądzie po kilku dniach w temperaturze pokojowej


Znacznie częstszym sposobem krystalizacji jest krystalizacja z rozpuszczalnika. W ten sposób można krystalizować materiały ulegające rozkładowi poniżej temperatury topnienia. Siarka rozpuszcza się w wielu rozpuszczalnikach organicznych. Najłatwiej dostępne z nich to toluen i aceton. Toluen nie miesza się z wodą natomiast aceton miesza się nieograniczenie, dlatego do krystalizacji należy go osuszyć lub użyć acetonu czystego zamiast rozpuszczalnika acetonowego. Krystalizacja z toluenu pozwala na otrzymanie obu odmian alotropowych siarki dzięki jego wysokiej temperaturze wrzenia. Aceton pozwala otrzymać tylko siarkę rombową.

Otrzymywanie siarki jednoskośnej przez krystalizację z toluenu.

Potrzebne materiały:
-siarka
-toluen
-łaźnia olejowa
-probówka
-łapa do probówek
-statyw na probówki
-łaźnia wodna

Wykonanie:
To probówki wsypujemy kilka g sproszkowanej siarki i nalewamy toluen w ilości 10-20ml, w zależności od pojemności. Następnie probówkę trzymaną w łapie ogrzewamy na łaźni olejowej ogrzanej do około 140 stopni Celsjusza. Toluen powinien delikatnie wrzeć. Ogrzewanie powinno trwać maksymalnie minutę, żeby zbyt wiele toluenu nie wyparowało. Ponieważ siarka topi się w temperaturze o 20 stopni niższej, całość nierozpuszczonej siarki będzie stopiona na dnie. Wrzący roztwór wstawiamy do statywu i obserwujemy powolną krystalizację. Najpierw stopiona siarka powinna się zestalić a na niej powinny wyrastać kryształy. Ze względu na brak kontroli temperatury po chwili oprócz siarki jednoskośnej zacznie krystalizować siarka rombowa. Aby uzyskać wyłącznie siarkę jednoskośną chłodzenie powinno się odbywać na wrzącej łaźni wodnej tak by utrzymać temperaturę, w której siarka jednoskośna jest trwała.

Krystalizacja siarki z gorącego toluenu



Otrzymywanie siarki rombowej nie wymaga tak drastycznych środków jak wyżej opisane, za to wymaga dużo cierpliwości. Do wyhodowania sporych kryształów potrzeba kilku miesięcy. Aby ułatwić sobie kontrolę krystalizacji dobrze jest wykonać kryształy zarodkowe. Do tego celu dobrze nadaje się aceton ze względu na dużą lotność i względnie małą szkodliwość.

Otrzymywanie kryształów zarodkowych siarki rombowej:

Potrzebne materiały:
-siarka
-aceton
-lejek i sączek
-dwie zlewki
-bagietka
-szkiełko zegarkowe

Wykonanie:
W temperaturze pokojowej do 100ml acetonu wsypujemy kilka gramów siarki i mieszamy przez 1-2 minuty. Następnie roztwór sączymy przez sączek na lejku do czystej zlewki i przykrywamy szkiełkiem zegarkowym. Roztwór należy odstawić w ciemne miejsce o stałej temperaturze i ciągłym ale niewielkim przewiewie. Po kilku, kilkunastu dniach powinniśmy otrzymać niewielką ilość dobrze wykształconych kryształów przylegających do dna zlewki. Kryształy musimy ostrożnie oderwać od dna i jeżeli w zlewce jest jeszcze roztwór acetonowy, musimy kryształy osuszyć kawałkiem ręcznika papierowego lub bibuły.

Kryształy zarodkowe uzyskane z siarki w acetonie


Krystalizacja zasadnicza siarki rombowej:
potrzebne materiały:
siarka
toluen
lejek i sączek
zlewka
butelka lub słoiczek
bagietka
kryształy zarodkowe
Wykonanie:
Sposób 1:
Siarkę rozpuszczamy w toluenie i sączymy podobnie jak w poprzednim kroku. Na dno naczynia do krystalizacji dajemy kilka kryształów zarodkowych. Kryształy można też zawiesić na nitce- musi być to nitka nierozpuszczalna w toluenie. Naczynie zakręcamy prawie szczelnie- musi być możliwość parowania toluenu. W tym celu warto po jednym dniu sprawdzić ile go ubyło i odpowiednio dobrać siłę dokręcenia. Parujący roztwór można co jakiś czas uzupełniać świeżym. Jeżeli powstają jakieś dodatkowe kryształy to można je usunąć lub strącić na dno. Po kilku tygodniach powinniśmy otrzymać dobrze wykształcone kryształy.

Roztwory toluenowy (z lewej) i acetonowy siarki


Sposób 2:
Podobnie jak poprzednio, siarkę rozpuszczamy w toluenie ale tym razem nie odsączamy jej nadmiaru. Całość umieszczamy w naczyniu krystalizacyjnym. Zarodek powieszony na nitce umieszczamy w roztworze ponad osadem siarki. Naczynie szczelnie zamykamy. W tym przypadku krystalizacja będzie zachodzić nie pod wpływem odparowywania rozpuszczalnika ale pod wpływem entropii. Małe kryształy mają tendencję do tworzenia większych podczas rekrystalizacji. Proces ten jest dużo powolniejszy i wymaga cierpliwości. Obrazuje on jednak bardzo ciekawe zjawisko, będące w przemyśle dość niepożądane, a tutaj wykorzystane do otrzymania monokryształów. W obu metodach należy pamiętać o zachowaniu w miarę stałej temperatury. W przeciwnym wypadku będzie dochodzić do cyklicznego rozpuszczania i wytrącania siarki zakłócającego proces. Otrzymane kryształy mogą mieć zróżnicowany kształt w zależności od metody. Ze względu na niewielką twardość siarki, kryształy łatwo uszkodzić. Oczywiście wszelkie eksperymenty należy robić ostrożnie i na własną odpowiedzialność.

Kryształ siarki rombowej uzyskany metodą nr 2

 Mój film w temacie znajdziecie Tutaj.