A kén
Általános kémiai szempontból:
Vegyjele: S. A periódusos rendszer Vl./A főcsoportjában és a 3. periódusában található. Rendszáma 16, tömegszáma 32,06. Vegyjele latin eredetű: sulphur = kén. A ként már az ókorban is ismerték. Az egyiptomiak már időszámításunk előtt a ll. században fehérítésre és festék-előállításra használták; Homérosz is megemlíti, mint fehérítőszert. A Xll. század óta a kén jelentősége jelentősen megnövekedett, mivel a puskapor alkotórésze. A kén sokféle módosulatban fordul elő, ezért viszonylag sokáig tartott, amíg Antoine de Lavoisier felismerte, hogy önálló elem. Vegyértékelektronok száma: 6, párosítatlan elektronok száma: 2, elektronegativitási értéke kisebb az oxigénénél. Az S8 összegképletű kén- molekulákban-a V alakú kötéselrendeződés miatt-a kénatomok koronaszerűen, gyűrűbe rendeződnek.
Kémiai és fizikai tulajdonságai:
A kén szagtalan, sárga színű, nemfémes elem, amely számos, még nem teljesen felderített módosulatban fordul elő. Alapszerkezete hullámos nyolcas gyűrű. A nyolcatomos apoláris kötésű kénmolekulák gyenge másodrendű kötéssel molekularácsos kristályt alkotnak. A rombos kén az egyetlen termodinamikailag stabil módosulat. Sárga, rideg, rombos kristályokat képez. A kristályok szerkezeti alapegysége 16 db nyolcas gyűrűből áll. A rombos kén vízben oldhatatlan, de könnyen oldódik hidrogén-szulfidban és jodoformban. A monoklin kén lassú reakcióban a rombos kénből keletkezik 95,6 0C fölötti hőmérsékleten. Világos, tűszerű, monoklin kristályokat képez. A kristályok szerkezeti alapegysége 6 db nyolcas gyűrűből áll. Ez a módosulat is sárga és vízben oldhatatlan, de könnyen oldódik hidrogén-szulfidban. A ciklooktakén 118,9 0C fölött keletkezik a monoklin kénből. Világossárga, átlátszó olvadék, amelyben a kén még mindig nyolcas alakjában van jelen. A ciklooktakén szén-diszulfidban oldódik. A polimer kén a ciklooktakénnel áll egyensúlyban; a hőmérséklet növekedésével részaránya nő, és 159 0C fölött túlsúlyba kerül. A polimer kén sötétbarna, gyantaszerűen nyúlós anyag, amely hélixhez hasonló szerkezetű hosszú kénláncokból áll. Szén-diszulfidban oldhatatlan. A hőmérséklet növekedésével egyre hígabban folyóssá váló polimer kén 444,6 0C-on forr. A kénvirág finom sárga por. A kéngőzzel érintkező hideg falakon csapódik le. A kéngőz a hőmérséklettől függően sárga vagy narancssárga színű lett. A forráspont közelében még nyolcatomos molekulákból áll, azonban a hőmérséklet növekedésével a kéngyűrűk fokozatosan szétesnek. 1800 0C fölött már különálló kénatomok vannak jelen. A képlékenykén lehűtött, világosbarna olvadék, amely a cseppfolyós kénből gyors lehűtéskor keletkezik. Ciklookta- és polimer-kénből áll, és piridinben oldódik. A képlékenykén szilárd polimer kénné keményedik meg. A kén relatív atomtömege 32,06; 4 stabil izotópja van: a 32S, a 33S, a 34S és a 36S. A 12 radioaktív kénizotóp felezési ideje 187 ms (29S) és 87,4 nap (35S) közé esik. A kén a hőt és az elektromos áramot nagyon rosszul vezeti. Elektronkonfigurációja [Ne](3s)2(3p)4, oxidációs száma vegyületeiben –2, +4 és +6 lehet. Könnyen képez gyűrűket és láncokat, és melegítés hatására szinte minden elemmel reakcióba lép (kivételek: Au, Pt, nemesgázok). A kén vizes sósavoldatban stabil. Oxidáló savak és alkálilúgok a ként megtámadják. A kén nem mérgező, de ha helyben H2S vagy SO2 keletkezhet belőle, mérgezővé válik. A [35S] kén (radiokén) tiszta monoklin- sugárzó elem, felezési ideje 87,4 nap, atomreaktorokban állítják elő kénből neutronbefogással. A 35S radioaktív nyomjelző, amelynek segítségével a vulkanikus folyamatok, a mosás, a kéntelenítés és a fehérje-anyagcsere nyomon követhető. Amorf kén (=alaktalan): a kén olvadáspontja 119 0C; magasabb hőmérsékleten a láncok feldarabolódnak, és így egyre csökken a molekulák összegabalyodásának lehetősége, egyre hígabb lesz az olvadék. A hirtelen lehűtött kénben nincs idő arra, hogy a 2-4 atomos kénmolekulák ismét 8 atomos gyűrűvé kapcsolódjanak, majd szabályos kristályrácsba rendeződnek. Így nem kristályos, hanem gumiszerű, úgynevezett amorf kén jön létre.
Heparpróbával történik: Szódagyöngyöt magnézia rúdon megolvasztanak és a vizsgálandó anyagba mártják. Ez után Bunsen-égő oxidáló lángjában felhevítik, hogy a zavaró anyagok elillanjanak. A gyöngyöt ezt követően redukáló lángban megolvasztják. Ha a vizsgálandó anyag, ként tartalmaz, akkor a megnedvesített gyöngy tiszta ezüstlapon a keletkezett ezüst-szulfid miatt fekete foltot hagy.
Előfordulása:
Részaránya a földkéregben kb. 0,048 tömegszázalék. A kén elemi állapotban, valamint üledékes és vulkáni telepeken, vegyületekben kötött állapotban is előfordul. A bányászott szén 1-2%, a kőolaj pedig 3% ként tartalmaz. A földgázokban és a kénes forrásokban H2S tör a felszínre. A szerves anyagok,
pl.: a fehérjék is tartalmaznak ként. A kitermelésre érdemes kéntartalékok becsült mennyisége a következő: piritben 1,5*109t, kőolajban és földgázban 109t, termésállapotban 1,5*108t. A legnagyobb lelőhelyek az USA-ban, Szicíliában, Peruban, Chilében, Japánban, Mexikóban, Lengyelországban és a Szovjetunió utódállamaiban vannak.
Előállítása:
Terméskén: A szicíliai kénbányákban a bányászott kőzet 10-40% ként tartalmaz, amelyet kénégetőkben olvasztanak ki. A nyers ként desztillációval tisztítják. Ha a kondenzálókamrák hőmérséklete a kén olvadáspontja alatt van, akkor kénvirág válik ki, különben pedig cseppfolyós kén gyűlik össze a kamra alján, amely kénrudak alakjában szilárdul meg. A kén visszanyerése hidrogén-szulfidból: a H2S eredete szerint (kemencegáz, földgáz, szintézisgáz, fűtőgáz) különböző eljárásokat használnak; gazdaságosságukat nem csak a kinyert kén határozza meg: műszaki okokból és környezetvédelmi szempontok miatt a ként ipari gázokból mindenképpen el kell távolítani. Az ipari folyamatok gázaiból vagy a közvetlenül földgázból kivont hidrogén-szulfidot, pl. katalizátorok (pl. bauxit) jelenlétében levegővel elégetik:
6 H2S+3 O2à 6 S+6 H2S
A visszanyert kén nagyon tiszta. A földgázból történő kénkinyerés növekvő tendenciát mutat. A kén-dioxidból történő kénkinyerés: a pörkgázok és a konvertgázok nagyon sok kén-dioxidot tartalmaznak, amelyet környezetvédelmi és gazdaságossági szempontok miatt redukálni kell. A redukció koksszal töltött forró gázgenerátorokban történik:
SO2+Cà S+CO2
A világ kéntermelésének több mint a fele terméskéntelepekről, több mint 25%-a földgázból, ipari gázokból és kőolajból, a maradék többsége pedig pörkgázokból származik. A világ kéntermelése a századforduló óta legalább ötvenszeresére nőtt, és jelenleg 50 millió t/év fölött van.
Felhasználása:
A kén a só, a mészkő, a szén és a kőolaj mellett a vegyipar öt legfontosabb alapanyaga közé tartozik. A kén 85%-ából kénsavat állítanak elő. Mintegy 10%-át elemi állapotban használják: a cellulózgyártásban, fehérítőszerként a textil- és papíriparban, a cseppfolyós kén-dioxid nagy párolgáshője miatt hűtőfolyadék, a gumigyártásban a kaucsukvulkanizálásra, növényvédő szerként lisztharmat ellen, gyufagyártásra, hordók kénezésére, színezékek, lőpor, gyógyszerek és kozmetikai készítmények előállítására.
Borászati szempontból:
A borbetegségek megelőzésének egyik legfontosabb anyaga a kén.
Kénessav kémiai jelölése => H2 SO3
- Antiszeptikus /antibakteriális/ hatás. a mikroorganizmusokat megöli.
- Antioxidáns vagy redukáló hatás.
- Íz és zamatanyag feltáró és megőrző tulajdonságú.
- Színstabilizáló hatás.
Mustban és a borban található alkotókkal lekötődik. Csak a szabad kénessavnak / disszociálatlan/ kénessavnak van antiszeptikus hatása. A mustban és a borban szabad és kötött kénessav tartalom található. A kettő összege adja az összes kénessavtartalmat.
Az oxovegyületek, cukrok és egyéb alkotók képesek lekötni a ként. Legjelentősebb oxovegyület az acetaldehid, könnyen oxidálódik. Levegő hatására ecetsavvá alakul. Acetaldehid a vörösbor színanyagával oldhatatlan csapadékot képez, majd kiválik. Ezt nevezzük színanyag-kiválásnak. Ezt megelőzendően a bor acetaldehid tartalmát kénnel lekötjük. Az acetaldehid-kénessav igen nehezen oxidálódik. A cukor-aldehidhez kötött kénessav kevésbé állandó. A kötött és a szabad kénessavtartalom között ezért nincs előre meghatározott arányosság. A disszociáció mértéke függ a bor savtartalmától /pH értékétől/. Ezért a lágy borokat több, a keményebb borokat kevesebb kénnel kénezzük.
- Elemi kén. Elégetésével kén-dioxid keletkezik, mely vízben vagy borban oldódik, kénessavvá alakul.
- Darabos kén: pince légterének kénezésére használjuk. Szokásos adagja égetéskor légköbméterenként, hetente 0,5 g kén.
- Kénszelet: nem éghető cellulózcsíkon 5 g elemikén található. Csak hordó, vagy légtér kénezésére használható. Bort a pontatlan adagolás miatt nem kénezünk vele. Adagolása a csomagoláson! A borkén /K2S2O5, kálium-piroszulfit, kálium-metabiszulfit, kálium-diszulfit, szulfit, porkén/ savak hatására kén-dioxidra és vízre bomlik, a kén-dioxid vízzel kénessavvá egyesül. A kálium a szerves savakkal kötődik. Előnye, hogy adagolása, tárolása egyszerű. Adagolása tömegméréssel megoldható. Vizes oldata hatástalan ezért borban kell feloldani. Adagolási számítása egyszerű: hatóanyagtartalma 50% mert a másik 50% a hordózó anyag a kálium. Hátránya, hogy idegen, plusz anyagot viszünk a borba, káliumot, mely a borkősavhoz kötődik, ezért felborítja a bor borkő-stabilitását. Hátránya még, még jól visszazárva is illékony, idővel veszít hatékonyságából.
- Cseppfolyós kén-dioxid: Tiszta SO2, a tároló palackból adagolószerkezettel pontosan adagolható, káliumot nem visz a borba. Az adagoló szerkezetet a csőrendszerbe be lehet kötni és folyamatosan, jól elnyeletve, adagolni.
- Törzsoldat: A törzsoldat az SO2 5%-os vizes oldata, hígított változatával kiválóan lehet edényeket, tömlőket, palackokat fertőtleníteni. Musthoz, borhoz az 5%-os törzsoldatot lehet adagolni adagoló berendezés nélkül is. Adagolás: 1 dl 5%-os törzsoldat 100 liter bor szabad kéntartalmát 50 mg/l-el emeli.
- Kéntabletta: Használatakor úgy kell eljárni, mint a kénszeletnél, csak itt egy tabletta kb. 6 hl üres hordó térfogatra elég.
- Kénoldat: Ammónium-hidrogén-biszulfit és kén-dioxid tartalmú kénező folyadék. Ismerünk 15-30-45 % kéntartalmúakat. Fő felhasználási területe alkoholos erjedés előtti kénezés, ugyanis itt használható ki a kéntartalom, és az ammónia tartalom együttes jelenléte.
Kénezési gyakorlat:
A cefrét 50-100 mg/l kénnel, a mustot 30-50 mg/l kénnel kénezzük. A borok reduktív állapotának fenntartása érdekében az erjedés befejeződése után azonnal, de az első fejtéskor mindenképpen fejteni kell. Ezt alapkénezésnek nevezzük. A kierjedt újbor gyakorlatilag nem tartalmaz szabad-kénessavat, mert a keletkező acetaldehidhez lekötődik. Ajánlott próbakénezést végezni. Az újborba levő vegyületek a kén egy részét azonnal lekötik.
Alapkénezésnél ajánlott kén mennyisége: Vörösboroknál 25-45mg/l. Kemény fehérboroknál 35-50 mg/l . Lágy fehérborok 50-60 mg/l. Alapkénezés után havonta ellenőrizni kell a szabad kénessav szintet és szükség szerint, ki kell egészíteni.
Ideális kénessavtartalom:
Kemény, száraz fehérborok és vörösborok 15-20 mg/l. Lágy, száraz fehérborok 20-30 mg/l. Kemény fehérborok maradék-cukorral 30-40 mg/l. Lágy fehérborok maradék-cukorral 40-50 mg/l .
A kéntartalom csökkenthető más antioxidánsok felhasználásával, ill.a bor reduktív tárolásával! A kén felhasználása során mindig a technológiai cél lebegjen a szemünk előtt!írta: W.T.E.
forrás: Bárdonicsek Barbara
*Villányi Attila: Kémia ll.
*Szűcs Sándorné:
Kémiai fogalomtár
*Internet: www.borlexikon.hu
