Väävel

Etümoloogia

Sõna "väävel" on laenatud keskalamsaksa keelest (swevel). Tänapäeva saksa keeles (uusülemsaksa keeles) vastab sellele sõna Schwefel.

Omadused

Väävlil on 4 stabiilset isotoopi massiarvudega 32, 33, 34 ja 36. Väävel on mittemetall. Sel on rohkelt allotroopseid vorme. Tavatingimustes on stabiilne rombiline väävel. See on kollane, rabe, elektrit mittejuhtiv kristalne aine tihedusega 1,96 g/cm³. Vees kristalne väävel ei lahustu, vähesel määral lahustub orgaanilistes lahustites nagu benseen ja etanool. Lisaks halvale elektrijuhtivusele on väävel ka halb soojusjuht. Väävli hõõrumisel naha vastu omandab see negatiivse elektrilaengu. Keemiliselt on väävel aktiivne element. Reageerib normaaltingimustel leelismetallide, leelismuldmetallide, elavhõbeda, vase ja hõbedaga. Soojendamisel kulgevad reaktsioonid ka alumiiniumi, raua, tsingi ja pliiga. Veidi suurem on aktivatsioonienergia väävli reageerimiseks mittemetallidega, mistõttu toimuvad sellised reaktsioonid kõrgematel temperatuuridel. Väävel ei reageeri kulla, plaatina, joodi, lämmastiku ega väärisgaasidega.
Väävli stabiilsemad oksüdatsiooniastmed on −2, 0, 4 ja 6. Oksüdeerivas keskkonnas valdab oksüdatsiooniaste 6; redutseerivas keskkonnas on oksüdatsiooniastmed −2, 0 ja 4 võrreldava stabiilsusega ja lähevad kergesti üksteiseks üle. Väävli oksiidid on happelised. Väävli vesinikühendeist tähtsaim on divesiniksulfiid, mis on nõrk hape ja redutseerivate omadustega.

Allotroobid

Väävel on unikaalne keemiline element oma allotroopsete vormide rohkuse poolest. Väävliaatomitest võivad moodustuda lineaarsed, siksakilised, spiraalsed või tsüklilised struktuurid. Allotroopide rohkus tuleneb sellest, et väävliaatomite sidemetevahelised nurgad ja aatomite vahekaugused võivad olla mitmesugused. Samuti ei ole piiratud struktuuri kuuluvate aatomite arv.
Tavatingimustes kõige stabiilsem – rombiline väävel, mis koosneb tsüklilistest molekulidest ja kuhu kuulub kaheksa väävli aatomit. Rombiline väävel on püsiv temperatuurini 95,4 °C. Edasisel kuumutamisel kristalliseerub väävel ümber monokliinsesse süngooniasse. Rombilist väävlit nimetatakse ka α-väävliks ning monokliinset б-väävliks. Seistes muutub б-väävel taas α-väävliks, mis on väävlile termodünaamiliselt stabiilsem olek.
Väävel polümeriseerub kui vedelat väävlit valada külma vette ehk siis kui teda jahutatakse kiirelt. Tulemuseks on plastiline, amorfne aine, mis koosneb spiraalsetest ahelatest. Aja jooksul kristalliseerub ka see aine rombiliseks väävliks tagasi.
Väävel sulab temperatuuril 119 °C. Madalatel temperatuuridel on sulaväävel vedel ja kollane, koosnedes S₈ molekulidest. Temperatuurivahemikus 150–200 °C värvub väävel pruuniks ja muutub viskoossemaks. Põhjus on selles, et väävliaatomitest moodustuvad väga pikad ahelad (500 000 – 800 000 aatomit), mis oluliselt suurendavad sisehõõret. Edasisel kuumutamisel üle 300 °C jääb sulaväävel pruuniks, kuid muutub taas vedelamaks, kuna polümeerid lagunevad. Tavalisel rõhul väävel keeb temperatuuril 445 °C. Keemistemperatuuri lähedastel temperatuuridel on väävli aurus valdavad S₈ molekulid, kuid mida kõrgem temperatuur, seda rohkem need lagunevad, moodustades molekule nagu S₆ ja S₄. Seetõttu pole väävli aurul kindlat molekulmassi. Temperatuuril üle 800 °C valdavad S₂ molekulid. Temperatuuril üle 1500 °C on aurus ainult üksikud väävliaatomid.

Levik

Väävel esineb looduses nii ehedal kujul kui ka ühendite koostises. Ehe väävel võib esineda näiteks vulkaanilistes piirkondades. Ehe väävel tekib divesiniksulfiidhappe ja vääveldioksiidi vahelise keemilise reaktsiooni käigus: SO₂ + 2H₂S = 2H₂O + 2S. Tavalisim eheda väävli leiukoht on fumaroolide ümbrus, sest fumaroolid paiskavad atmosfääri suures koguses eelmainitud gaase. Ka leidub väävlit maakoores olevates soolakuplites, kus ta moodustub näiteks kipsi reageerimisel nafta ja muude orgaaniliste setetega. Näide: nCaSO₄ + CₙH₂ₙ = nCaCO₃ + nH₂O + nS. Väävlit on kõigi fossiilkütustena kasutatavate maavarade koostises.
Väävel esineb looduses paljude ühendite koostises, millest levinumad on sulfiidid ja sulfaadid. Väävliühendid on näiteks püriit – FeS₂, kalkopüriit – CuFeS₂, galeniit – PbS, argentiit – Ag₂S, sfaleriit – ZnS, kinaver – HgS, barüüt – BaSO₄, tsölestiin – SrSO₄, anhüdriit – CaSO₄ , kips – CaSO₄*2H₂O jne.
Väävel on tähtis element ka eluslooduses. Ta on mitme aminohappe ja valkude koostises. Keskmisest enam on väävlit juustes, karvades, küüntes, sarvedes ja sulgedes. Juuste koostisest on väävlit umbes 4%. Inimene sisaldab kokku ligikaudu 140 g väävlit. Toiduga siseneb meie organismi keskmiselt 800–900 mg väävlit päevas. Väävlirikkamad toiduained on teravili, herned, oad ja kapsas. Väävlit kasutatakse ka ravimina, näiteks lahtisti ja salvide koostises. Gaasilised väävliühendid on inimesele sissehingamisel mürgised. Samuti põhjustavad nad rohkesti keskkonnaprobleeme, neist üks tõsisemaid on happevihmad.

Väävel mineraalina

Väävli kui mineraali all peetakse silmas tavatingimustes kõige stabiilsemat eheda väävli allotroopi ehk rombilist väävlit. Väävli kõvadus jääb vahemikku 1,5–2,5, mis vastab umbes kipsi kõvadusele. Väävli erikaal on 2,05–2,09 g, keskmiselt 2,06 g. Väävli kriipsu värvus on valge.
Optiliselt on väävel kaheteljeline ja optiliselt positiivne ehk omab kahte isotroopsuskoridori, mis moodustavad Z-teljega teravnurga. Väävlil esineb nõrk pleokroism (helekollasest tumekollaseni). Tal on tugev positiivne reljeef. Värvuselt on väävel enamasti sidrunkollane, kuid võib olla ka punakas, pruunikas või isegi rohekas. Kristallstruktuuris võib osa väävli aatomeid olla asendunud seleeni või telluuri aatomitega. Väävli lõhenevus oleneb suunast, kuid on enamasti halb. Väävlil on tugev kaksikmurdumine (0,287), mis tähendab, et interferentsvärvused on kõrgemat järku valged.

Kasutusalad

Väävlit kasutatakse põhiliselt väävelhappe tootmiseks, mida omakorda kasutatakse põhiliselt akudes. Väävelhappe tootmiseks kulub üle poole kogu maailma väävlitoodangust, USA-s isegi 88%. Peale väävelhappe on väävel ka mineraalväetiste tooraineks. Väävlit kasutatakse ka kautšuki vulkaniseerimisel, lõhkeainete, tuletikkude, värvide ja muude kemikaalide tootmisel.
Väävli maailmaturuhind on umbes 30 USD/tonn.