Portál PřF UK pro podporu výuky chemie na SŠ a ZŠ

Plastická síra

Pomůcky

zkumavka, držák na zkumavky, kahan, sirky, kádinka se studenou vodou

Chemikálie

prášková S

Postup

Do zkumavky nasypte práškovou síru do výšky cca 3 cm. Zkumavku upevněte do držáku a zahřívejte v plameni kahanu. Roztavenou síru nalijte do studené vody v kádince. Plastickou síru ze studené vody z kádinky můžete vytáhnout a demonstrovat její plasticitu. 
Při zahřívání nad kahanem dochází k roztavení práškové síry ve žlutou kapalinu, která začne postupně tmavnout (hnědé zbarvení), přičemž vzrůstá viskozita – při určité teplotě (okolo 200 °C) je viskozita tak vysoká, že lze zkumavku otočit dnem vzhůru. Při dalším zahřívání viskozita klesá. Vylitím síry, zahřáté téměř k varu, do studené vody vzniká plastická síra, kterou je možno roztahovat.

Princip

Síra se vyskytuje v několika alotropických modifikacích. Známé jsou ale také její amorfní formy – plastická síra a sirný květ.
Základní modifikací je kosočtverečná (rhombická)Sα, která je nejběžnější a nejstabilnější – na ni přecházejí všechny ostatní modifikace. Jedná se o žlutou krystalickou látku, která je monocyklická osmiatomová –  tvořena 8 atomy síry spojenými do kruhu.
Při teplotě cca 95 °C přechází kosočtverečná modifikace na jednoklonnou (monoklinickou)Sβ. Tato modifikace se připraví krystalizací kapalné síry při teplotě 100 °C a rychlým ochlazením na teplotu cca 20 °C. Jednoklonná modifikace síry Sβ je tvořena jehličkovitými krystaly. Po čase tato modifikace přechází v kosočtverečnou.
Jednoklonná (monoklinická) modifikace Sγ se připravuje pomalým ochlazováním taveniny síry z teploty 150 °C. Tato modifikace také pomalu přechází v Sα.
Kosočtverečná i jednoklonná síra jsou tvořeny cyklickými molekulami S8 (8 atomů síry spojených do kruhu). Vzájemně se liší pouze uspořádáním těchto molekul v krystalové struktuře. Síra taje při teplotě 114 °C, osmičlenné kruhy se porušují a spojují se do dlouhých řetězců Sn nebo S – vzniká kapalná síra.
Prudkým ochlazením (např. vylitím slabým proudem do studené vody) horké kapalné síry z teploty okolo 400 °C lze připravit plastickou síru (označovanou jako Sλ – amorfní modifikace rozpustná v sirouhlíku, Sμ – amorfní modifikace nerozpustná v sirouhlíku, plastická síra může ještě obsahovat za určitých podmínek modifikaci Sπ). Jedná se o žlutohnědou, tvárnou a pružnou hmotu. Molekuly plastické síry vytvářejí dlouhé polymerní řetězce, které jsou také příčinnou její plastičnosti. Plastická síra časem přechází v kosočtverečnou modifikaci.
Rychlým ochlazením par síry vzniká sirný květ, který má podobu žlutého prášku.
Síra taje při teplotě 114 °C za vzniku žluté průhledné kapaliny – kapalná síra. Při zvýšení teploty nad 160 °C tato kapalina hnědne, stává se viskóznější. Při 200 °C je tmavohnědá a tuhá jako pryskyřice. Nad teplotou cca 250 °C se viskozita snižuje a při 400 °C tvoří síra opět řídkou kapalinu. Při teplotě 444 °C vře a uvolňuje oranžové páry.
Rozšiřující vysvětlení:
Charakteristické jevy, vyskytující se při zahřívání roztavené síry, lze vysvětlit přítomností tří modifikací Sλ, Sμ a Sπ v kapalné síře. Ke změně zbarvení kapalné síry ze žluté na hnědou dochází zřejmě proto, že Sλ je žlutá a Sμ temně hnědočervená. Změna viskozity spojená se zahřívání lze vysvětlit také tím, že Sμ je viskóznější a Sπ vznikající při vyšších teplotách je méně viskózní. Viskozita Sμ se vzrůstající teplotou klesá. Vzrůst koncentrace Sμ zvyšuje viskozitu tak dlouho, až konečně s dále zvyšující se teplotou viskozita Sμ klesá rychleji, než roste koncentrace Sμ. Přeměna Sμ na Sπ rostoucí s teplotou ještě podporuje pokles viskozity.

Využití

chalkogeny (síra – modifikace)

Typ pokusu

demonstrační, (laboratorní)

Obecná bezpečnost

PLACEHOLDER PRO BEZPEČNOST

Vlastnosti látek

Síra srážená –  nebezpečná, dráždí kůži, hořlavá tuhá látka, při hoření síry na vzduchu mohou vznikat oxidy síry – SO2 (toxický).

dle GHS:     dle staršího značení: 

Bezpečnost

prášková S (vysoce hořlavá; při hoření síry na vzduchu mohou vznikat oxidy síry – SO2 (toxický), který má štiplavých zápach) – pracujte v digestoři

Čas

příprava – 5 minut, vlastní provedení – 10 minut

Tipy

– nepoužívejte vysokou zkumavku – v tomto případě dlouho trvá, než roztavená síra vyteče do studené vody – většinou ztuhne ještě ve zkumavce
– pokud použijete vysokou zkumavku, dejte do zkumavky vyšší vrstvu práškové síry
– síru musíte dostatečně dlouho zahřívat, nestačí ji jenom roztavit na žlutou kapalinu (jejím vylitím do studené vody vznikají žluté pevné kuličky) – při zahřívání této žluté kapaliny dochází k hnědnutí a ,,tuhnutí“ – nepanikařte, po chvíli vám opět vzniká hnědá kapalina, kterou následně vylijte do studené vody v kádince
– roztavenou síru vylívejte rychle ze zkumavky – tuhne již ve zkumavce 
Alternativa – příprava jednoklonné síry: zkumavku naplňte do výšky cca 3 cm práškovou sírou a pomalu zahřívejte, až se síra roztaví, poté taveninu nechte zchladnout – na stěnách zkumavky lze pozorovat vznikající jehlicovité krystaly jednoklonné síry; poté zkumavku opět zahřívejte – síra se rozpouští na žlutou kapalinu, která se mění na tmavě hnědou viskózní kapalinu, hnědou horkou kapalinu následně vylijte do kádinky se studenou vodou – získali jste plastickou síru

Video

http://www.chem-toddler.com/molecular-structure/plastic-sulfur.html (ChemToddler, pokus Plastic Sulfur – video názorné, vysvětlení pod videem v angličtině, s hudebním doprovodem a anglickými titulky)
http://www.youtube.com/watch?v=ytvR1dHuImo (Plastická síra, video bez zvuku, názorné)
http://kch.zf.jcu.cz/didaktika/pokus%20JP/index.htm (Internetová video-databáze chemických pokusů ZF JU, Efektní pokusy I, pokus Plastická síra, video bez zvuku, zahřívání v porcelánovém žíhacím kelímku, přehrávač Windows Media Player)
http://www.dnatube.com/video/4880/Allotrope-of-sulphur (Allotrope of sulphur, anglická stránka – video hezké, použití hodinového sklíčka, s mluvením v angličtině)
http://www.slideshare.net/johnwest/plastic-sulphur (Plastic Sulphur, není video, ale obrázky)