|
СВОЙСТВА СЕРЫ Серная кислота - один из важнейших продуктов химической промышленности (производящей щелочи, кислоты, соли, минеральные удобрения, хлор). Ее получают главным образом контактным или башенным способом по принципиальной схеме: Б льшая часть получаемой кислоты идет на производство минеральных удобрений (суперфосфат, сульфат аммония). Серная кислота служит исходным сырьем для получения солей и других кислот, для синтеза органических веществ, искусственных волокон, для очистки керосина, нефтяных масел, бензола, толоуола, при изготовлении красок, травлении черных металлов, в гидрометаллургии урана и некоторых цветных металлов, для получения моющих и лекарственных средств, как электролит в свинцовых аккумуляторах и как осушитель. Тиосерная кислота H 2 S 2 O 3 структурно аналогична серной кислоте за исключением замены одного кислорода на атом серы. Наиболее важным производным кислоты является тиосульфат натрия Na 2 S 2 O 3 - бесцветные кристаллы, образующиеся при кипячении сульфита натрия Na 2 SO 3 с серным цветом. Тиосульфат (или гипосульфит ) натрия используется в фотографии как закрепитель (фиксаж). Сульфонал (CH 3 ) 2 C(SO 2 C 2 H 5 ) 2 - белое кристаллическое вещество, без запаха, слабо растворимое в воде, является наркотиком и используется как седативное и снотворное средство. Сульфид водорода H 2 S (сероводород ) - бесцветный газ с резким неприятным запахом тухлых яиц. Он несколько тяжелее воздуха (плотность 1,189 г/дм 3 ), легко сжижается в бесцветную жидкость и хорошо растворим в воде. Раствор в воде является слабой кислотой с рН ~ 4. Жидкий сероводород используют как растворитель. Раствор и газ широко применяют в качественном анализе для отделения и определения многих металлов. Вдыхание незначительного количества сероводорода вызывает головную боль и тошноту, большие количества или непрерывное вдыхание сероводорода вызывают паралич нервной системы, сердца и легких. Паралич наступает неожиданно, в результате нарушения жизненных функций организма. Монохлорид серы S 2 Cl 2 - дымящая масляная жидкость янтарного цвета с едким запахом, слезоточивая и затрудняющая дыхание. Она дымит во влажном воздухе и разлагается водой, но растворима в сероуглероде. Монохлорид серы - хороший растворитель для серы, иода, галогенидов металлов и органических соединений. Монохлорид используется для вулканизации каучука, в производстве типографской краски и инсектицидов. При реакции с этиленом образуется летучая жидкость, известная как горчичный газ (ClC 2 H 4 ) 2 S - токсичное соединение, используемое как боевое химическое отравляющее вещество раздражающего действия. Дисульфид углерода CS 2 (сероуглерод ) - бледножелтая жидкость, ядовитая и легко воспламеняющаяся. CS 2 получают синтезом из элементов в электрической печи. Вещество нерастворимо в воде, имеет высокий коэффициент светопреломления, высокое давление паров, низкую температуру кипения (46 ° C). Сероуглерод - эффективный растворитель жиров, масел, каучука и резин - широко используют для экстракции масел, в производстве искусственного шелка, лаков, резиновых клеев и спичек, уничтожения амбарных долгоносиков и одежной моли, для дезинфекции почв. См. также ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ . ЛИТЕРАТУРА Справочник сернокислотчика . М., 1971Бусев А.И., Симонова Л.Н. Аналитическая химия серы . М., 1975 |
Сера - элемент 6-й группы (по устаревшей систематизации - главной подгруппы VI группы), третьего периода повторяющейся системы хим частей Д. И. Менделеева, с атомным номером 16. Проявляет неметаллические характеристики. Обозначается эмблемой S (лат. Sulfur). В водородных и кислородных соединениях находится в составе разных ионов, образует многие кислоты и соли. Многие серосодержащие соли плохорастворимы в воде.
Природные минералы серы
Сера является шестнадцатым по хим распространённости элементом в земной коре. Встречается в свободном (самородном) состоянии и связанном виде.
Важные природные соединения серы: FeS2 - металлический колчедан либо пирит, ZnS - цинковая обманка либо сфалерит (вюрцит), PbS - свинцовый сияние либо галенит, HgS - киноварь, Sb2S3 - антимонит. Не считая того, сера находится в нефти, природном угле, природных газах и сланцах. Сера - 6-ой элемент по содержанию в природных водах, встречается в главном в виде сульфат-иона и обуславливает «постоянную» жёсткость пресной воды. Актуально принципиальный элемент для высших организмов, составная часть многих белков, концентрируется в волосах.
История открытия
Сера (англ. Sulfur, фр. Soufre, нем. Schwefel) в самородном состоянии, также в виде сернистых соединений известна с древних времён. С запахом пылающей серы, удушающим действием сернистого газа и мерзким запахом сероводорода человек познакомился, возможно, ещё в доисторические периоды. Конкретно из-за этих параметров сера использовалась жрецами в составе священных курений при религиозных ритуалах. Сера числилась произведением сверхчеловеческих созданий из мира духов либо подземных богов. Очень издавна сера стала применяться в составе разных горючих консистенций для военных целей. Уже у Гомера описаны «сернистые испарения», смертельное действие выделений пылающей серы. Сера, возможно, заходила в состав «греческого огня», наводившего кошмар на врагов. Около VIII в. китайцы стали применять её в пиротехнических консистенциях, а именно, в консистенции класса пороха. Горючесть серы, лёгкость, с которой она соединяется с металлами с образованием сульфидов (к примеру, на поверхности кусков металла), разъясняют то, что её считали «принципом горючести» и неотклонимой составной частью железных руд. Пресвитер Теофил (XII в.) обрисовывает метод окислительного обжига сульфидной медной руды, узнаваемый, возможно, ещё в древнем Египте. В период арабской алхимии появилась ртутно-серная теория состава металлов, согласно которой сера почиталась неотклонимой составной частью (папой) всех металлов. В предстоящем она стала одним из трёх принципов алхимиков, а позже «принцип горючести» явился основой теории флогистона. Простую природу серы установил Лавуазье в собственных опытах по сжиганию. С введением пороха в Европе началось развитие добычи природной серы, также разработка метода получения её из пиритов; последний был распространён в древней Руси. В первый раз в литературе он описан у Агриколы. Следовательно, точно происхождение серы не установлено, однако, как сказано выше, этот элемент употреблялся до Рождества Христова, а означает знаком людям с давнешних времён.
Происхождение наименования
Российское заглавие серы всходит к праславянскому *sera, которое связывают с лат. serum «сыворотка».
Латинское sulphur (эллинизированное написание более старенького sulpur) всходит к индоевропейскому корню *swelp - «гореть».
Физические характеристики
Сера значительно отличается от кислорода способностью создавать устойчивые вереницы и циклы из атомов. Более размеренны циклические молекулы S8, имеющие форму короны, образующие ромбическую и моноклинную серу. Это кристаллическая сера - хрупкое вещество жёлтого цвета. Не считая того, вероятны молекулы с замкнутыми (S4, S6) цепями и открытыми цепями. Таковой состав имеет пластическая сера, вещество кофейного цвета, которая выходит при резком охлаждении расплава серы (пластическая сера уже через немного часов становится хрупкой, приобретает жёлтый цвет и равномерно преобразуется в ромбическую). Формулу серы в большинстве случаев записывают просто S, потому что она, хотя и имеет молекулярную структуру, является консистенцией обычных веществ с различными молекулами. В воде сера нерастворима, некие её модификации растворяются в органических растворителях, к примеру сероуглероде, скипидаре. Плавление серы сопровождается приметным повышением объёма (приблизительно 15 %). Расплавленная сера представляет собой жёлтую легкоподвижную жидкость, которая выше 160 °C преобразуется в очень вязкую тёмно-коричневую массу. Самую большую вязкость расплав серы приобретает при температуре 190 °C; предстоящее увеличение температуры сопровождается уменьшением вязкости и выше 300 °C расплавленная сера опять становится подвижной. Это связано с тем, что при нагревании серы она равномерно полимеризуется, увеличивая длину вереницы с увеличением температуры. При нагревании серы выше 190 °C полимерные звенья начинают рушиться. Сера может служить простым примером электрета. При трении сера приобретает сильный отрицательный заряд.
Серу используют для производства серной кислоты, вулканизации каучука, как фунгицид в сельском хозяйстве и как сера коллоидная - фармацевтический продукт. Также сера в составе серобитумных композиций применяется для получения сероасфальта, а в качестве заместителя портландцемента - для получения серобетона.
Cера в природе
Самородная сера
Украина, Поволжье, Центральная Азия и др
Сульфиды
PbS - свинцовый блеск
Cu 2 S – медный блеск
ZnS – цинковая обманка
FeS 2 – пирит, серный колчедан, кошачье золото
H 2 S – сероводород (в минеральных источниках и природном газе)
Белки
Волосы, кожные покровы, ногти…
Сульфаты
CaSO 4 x 2 H 2 O - гипс
MgSO 4 x 7 H 2 O – горькая соль (английская)
Na 2 SO 4 x 10 H 2 O – глауберова соль (мирабилит)
Физические свойства
Твердое кристаллическое вещество желтого цвета , нерастворима в воде, водой не смачивается (плавает на поверхности), t ° кип = 445°С
Аллотропия
Для серы характерны несколько аллотропных модификаций:
|
Ромбическая (a - сера) - S 8 t ° пл. = 113° C ; ρ = 2,07 г/см 3 . Наиболее устойчивая модификация. |
Моноклинная (b - сера) - S 8 темно-желтые иглы, t ° пл. = 119° C ; ρ = 1,96 г/см3. Устойчивая при температуре более96°С; при обычных условиях превращается в ромбическую. |
Пластическая S n коричневая резиноподобная (аморфная) масса.Неустойчива, при затвердевании превращается в ромбическую. |
|
|
|
|
c остальными металлами (кроме Au , Pt ) - при повышенной t ° : 2Al + 3S – t ° -> Al 2 S 3 Zn + S – t
°->
ZnS ОПЫТ Cu + S – t
°->
CuS ОПЫТ 2) С некоторыми неметаллами сера образует бинарные соединения: H 2 + S -> H 2 S 2P + 3S -> P 2 S 3 C + 2S -> CS 2 |
1) c кислородом: S + O 2 – t ° -> S +4 O 2 2S + 3O 2 – t ° ; pt -> 2S +6 O 3 2) c галогенами (кроме йода): S + Cl 2 -> S +2 Cl 2 3) c кислотами - окислителями: S + 2H 2 SO 4 (конц) -> 3S +4 O 2 + 2H 2 O S + 6HNO 3 (конц) -> H 2 S +6 O 4 + 6NO 2 + 2H 2 O Применение Вулканизация каучука, получение эбонита, производство спичек, пороха, в борьбе с вредителями сельского хозяйства, для медицинских целей (серные мази для лечения кожных заболеваний), для получения серной кислоты и т.д. Применение серы и её соединений ЗАДАНИЯ №1. Закончите уравнения реакций:S + O 2 S + Na S + H 2 Расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель, восстановитель. №2. Осуществите превращения по схеме: №3. Закончите уравнения реакций, укажите, какие свойства проявляет сера (окислителя или восстановителя):
Al + S =(при нагревании) S + H 2 = (150-200) S + O 2 = (при нагревании) S + F 2 = (при обычных условиях) S + H 2 SO 4 (к) = S + KOH = S + HNO 3 =Это интересно... Содержание серы в организме человека массой 70 кг - 140 г. В сутки человеку необходимо 1 г серы. Серой богаты горох, фасоль, овсяные хлопья, пшеница, мясо, рыба, плоды и сок манго. Сера входит в состав гормонов, витаминов, белков, она есть в хрящевой ткани, в волосах, ногтях. При недостатке серы в организме наблюдается хрупкость ногтей и костей, выпадение волос. Следите за своим здоровьем! Знаете ли вы... ·Соединения серы могут служить лекарственными препаратами ·Сера – основа мази для лечения грибковых заболеваний кожи, для борьбы с чесоткой. Тиосульфат натрия Na 2 S 2 O 3 используется для борьбы с нею ·Многие соли серной кислоты содержат кристаллизационную воду: ZnSO 4 ×7H 2 O и CuSO 4 ×5H 2 O. Их применяют как антисептические средства для опрыскивания растений и протравливания зерна в борьбе с вредителями сельского хозяйства ·Железный купорос FeSO 4 ×7H 2 O используют при анемии ·BaSO 4 применяют при рентгенографическом исследовании желудка и кишечника ·Алюмокалиевые квасцы KAI(SO 4) 2 ×12H 2 O - кровоостанавливающее средство при порезах ·Минерал Na 2 SO 4 ×10H 2 O носит название «глауберова соль» в честь открывшего его в VIII веке немецкого химика Глаубера И.Р. Глаубер во время своего путешествия внезапно заболел. Он ничего не мог есть, желудок отказывался принимать пищу. Один из местных жителей направил его к источнику. Как только он выпил горькую соленую воду, сразу стал есть. Глаубер исследовал эту воду, из нее выкристаллизовалась соль Na 2 SO 4 ×10H 2 O. Сейчас ее применяют как слабительное в медицине, при окраске хлопчато- бумажных тканей. Соль также находит применение в производстве стекла ·Тысячелистник обладает повышенной способностью извлекать из почвы серу и стимулировать поглощение этого элемента с соседними растениями ·Чеснок выделяет вещество – альбуцид, едкое соединение серы. Это вещество предотвращает раковые заболевания, замедляет старение, предупреждает сердечные заболевания. |
Типичный неметалл - сера - относится к группе халькогенов и находится в VI группе периодической таблицы Менделеева. Сера - один из жизненно важных элементов, входящих в состав живых организмов.
Строение
Сера - 16 элемент периодической таблицы, находящийся в VI группе, главной подгруппе и в третьем периоде. Формула серы - S. Относительная атомная масса - 32.
Ядро атома серы имеет положительный заряд +16. Вокруг ядра располагается 16 отрицательно заряженных электронов на трёх энергетических уровнях.
Электронное строение атома серы - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 . На внешнем энергетическом уровне находится шесть валентных электронов. До завершения р-орбитали не хватает двух электронов, поэтому степень окисления серы -2.
В соединениях проявляет себя как окислитель, отнимая электроны. Однако возможность переходить в возбуждённое состояние за счёт свободных d-орбиталей даёт элементу две дополнительные степени окисления - +4 и +6.
Рис. 1. Строение атома серы.
Известно четыре стабильных изотопа серы, находящиеся в природе. Это 32 S, 33 S, 34 S, 36 S. Кроме того, искусственно получено 20 радиоактивных изотопов серы.
Аллотропия
Сера - хрупкое кристаллическое вещество желтоватого цвета. При нагревании плавится, превращаясь в жидкость жёлтого цвета. При увеличении температуры до 200°С становится вязкой тёмно-коричневой массой, напоминающей смолу.
Основные физические свойства элемента:
- отсутствие растворимости в воде, в том числе в составе сложных веществ;
- плавучесть в воде (не смачивается);
- плохая проводимость тепла и электричества;
- хорошая растворимость в органических растворителях (феноле, бензоле, сероуглероде);
- диссоциация на атомы происходит при температуре 1500°С;
- температура кипения - 444,6°С.
Сера образует аллотропные модификации, которые отличаются физическими свойствами. Краткое описание модификаций приведено в таблице.
Рис. 2. Аллотропные модификации серы.
Свойства
В зависимости от реакции сера проявляет разную степень окисления:
- -2 - в реакциях с металлами и неметаллами (Al 2 S 3 , SiS 2 , Na 2 S);
- +4 - в реакциях с галогенами и кислородом (SCl 4 , SBr 4 , SF 4 , SO 2);
- +6 - в реакциях с элементами, имеющими большую электроотрицательность (H 2 SO 4 , SF 6 , SO 3).
Сера - активное вещество, образующее кислоты, соли, оксиды. Общие химические свойства элемента приведены в таблице.
|
Реакция |
Описание |
Уравнение |
|
С металлами |
В обычных условиях реагирует только с активными металлами. С остальными реакция протекает при нагревании. С золотом и платиной не реагирует. Образуются сульфиды |
2Na + S → Na 2 S; Cu + S → CuS; Zn + S → ZnS |
|
С неметаллами |
С водородом реагирует при 150-200°С, с кислородом - при 280-360°С. С фосфором и углеродом реагирует в отсутствии воздуха при нагревании. Реакция с фтором протекает в присутствии катализатора |
H 2 + S → H 2 S; S + O 2 → SO 2 ; 2S + 3O 2 → 2SO 3 ; 2P + 3S → P 2 S 3 ; 2S + C → CS 2 ; S + 3F 2 → SF 6 |
|
С кислотами |
Проявляет свойства восстановителя |
S + 2HNO 3 → 2NO + H 2 SO 4 |
|
Диспропорционирование |
Реакция со щёлочью образует сульфиды и сульфиты |
3S + 6KOH → K 2 S +4 O 3 + 2K 2 S -2 + 3H 2 O |
В природе сера находится в составе минералов, горных пород, полезных ископаемых. Например, в составе гипса (CaSO 4 ⋅2H 2 O), пирита (FeS 2), глауберовой соли (Na 2 SO 4 ⋅10H 2 O). Серу как продукт метаболизма вырабатывают некоторые бактерии. Сера присутствует в составе белков.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Сера – элемент 3 периода VIA группы, относится к семейству p-элементов. Порядковый номер 16.
Электронная конфигурация 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 . Символ – S . Относительная атомная масса – 32 а.е.м. Температура кипения – 444,67С, плавления – 112,85С. Неметалл.
Химические свойства серы
Сера взаимодействует с простыми веществами – неметаллами, проявляя при этом свойства восстановителя. Непосредственно сера взаимодействует только с фтором. Реакции взаимодействия с другими металлами происходят при нагревании:
S + F 2 = SF 6 ;
2S + Cl 2 = S 2 Cl 2 ;
S + Cl 2 = SCl 2 ;
5S + 2P = P 2 S 5 ;
S + H 2 = H 2 S;
S + O 2 = SO 2 ;
2S + Br 2 = S 2 Br 2 .
В реакциях взаимодействия с простыми веществами – металлами сера проявляет свойства окислителя. Эти реакции протекают при нагревании и очень бурно:
2Na + S = Na 2 S;
2Al + 3S = Al 2 S 3 ;
Сера вступает в реакции взаимодействия со сложными веществами. Она способна растворяться в концентрированных кислотах и расплавах щелочей, причем в последнем случае сера диспропорционирует. Эти реакции происходят при кипении реакционной смеси:
3S + 6KOH = K 2 SO 3 +2K 2 S + 3H 2 O;
S + 6HNO 3 = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O;
S + 2H 2 SO 4 = 3SO 2 + 2H 2 O.
При взаимодействии серы с сульфидами металлов происходит образование полисульфидов:
Na 2 S + S = Na 2 S 2 .
Физические свойства серы
Сера – кристаллическое вещество желтого цвета. Существует в виде двух аллотропных модификаций – α-серы (ромбическая кристаллическая решетка) и β-серы (моноклинная кристаллическая решетка), а также аморфной формы – пластическая сера (рис. 1). В кристаллическом состоянии сера построена из неплоских циклических молекул S 8 . Сера плохо растворяется в этаноле, хорошо в сероуглероде и жидком аммиаке. Не реагирует с жидкой водой и йодом.
Рис. 1. Формы существования серы.
Получение и применение серы
В промышленных масштабах серу получают из природных месторождений самородной серы. Сера является сырьем для производства серной кислоты. Е1 используют в бумажной промышленности, в сельском хозяйстве, в производстве резины, красителей, пороха и т.д. Широкое применение сера нашла в медицине, например, сера входит в состав различных мазей и присыпок, применяемых при кожных заболеваниях и т.д.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
