So3 в природата. Разпространението на сярата в природата
Сяра
СЯРА-с; и.
1. Химичен елемент (S); силно запалимо жълто вещество (използвано в промишлеността, армията, селското стопанство, медицината).
2. Жълто мастно вещество, което се образува по стените на ушния канал. Прозрачна ушна кал.
◁ Сяра (вижте).
сяра(лат. Sulphur), химичен елемент от VI група на периодичната система. Жълти кристали. Стабилен в две модификации - ромбичен (плътност 2,07 g / cm 3, T pl 112,8 ° C) и моноклинен (плътност 1,96 g / cm 3, T pl 119°C). Неразтворим във вода. Устойчив на въздух; при изгаряне дава SO 2, образува сулфиди с метали. В природата - самородна сяра, сулфиди, сулфати. Сярата се топи от местни руди; те се получават и чрез окисляване на сероводород, съдържащ се в природните, нефтените, коксовите газове, с кислород във въздуха и по други методи. Около 50% от сярата се използва за получаване на сярна киселина, 25% - за получаване на сулфити (използвани в хартиената промишленост), останалата част - за борба с болестите по растенията, вулканизация, синтез на багрила, производство на кибрит и др.
СЯРАСЯРА (лат. Sulphur), S, химичен елемент с атомен номер 16, атомна маса 32.066. Химическият символ за сярата е S, произнася се "ес". Естествената сяра се състои от четири стабилни нуклида (см.НУКЛИД): 32 S (съдържание 95,084% от масата), 33 S (0,74%), 34 S (4,16%) и 36 S (0,016%). Радиусът на серния атом е 0,104 nm. Йонни радиуси: S 2– йон 0,170 nm (координационно число 6), S 4+ йон 0,051 nm (координационно число 6) и S 6+ йон 0,026 nm (координационно число 4). Последователните енергии на йонизация на неутрален серен атом от S 0 до S 6+ са съответно 10,36, 23,35, 34,8, 47,3, 72,5 и 88,0 eV. Сярата се намира в групата VIA на периодичната система на Д. И. Менделеев, в 3-ти период и принадлежи към броя на халкогените. Конфигурация на външен електронен слой 3 с 2
3стр 4
. Най-характерните степени на окисление в съединенията са –2, +4, +6 (валентности II, IV и VI, съответно). Стойността на електроотрицателността на сярата според Полинг е 2,6. Сярата е един от неметалите.
В свободната си форма сярата е жълти крехки кристали или жълт прах.
Историческа справка
Сярата се среща в природата в свободно (естествено) състояние, така че е била известна на човека още в древността. Сярата привлече вниманието с характерния си цвят, синия цвят на пламъка и специфичната миризма, която се получава при горенето (мирис на серен диоксид). Вярвало се е, че горящата сяра прогонва злите духове. Библията говори за използването на сяра за очистване на грешниците. В човек от Средновековието миризмата на "сяра" се свързва с подземния свят. Използването на горяща сяра за дезинфекция се споменава от Омир. В древен Рим тъканите са били избелвани със серен диоксид.
Сярата отдавна се използва в медицината - пациентите се опушват с пламъка й, включва се в различни мехлеми за лечение на кожни заболявания. През 11 век Авицена (Ибн Сина (см. IBN SINA)), а след това европейските алхимици вярваха, че металите, включително златото и среброто, се състоят от сяра и живак в различни съотношения. Следователно сярата играе важна роля в опитите на алхимиците да намерят "философския камък" и да превърнат неблагородните метали в скъпоценни. През 16 век Парацелз (см.Парацелз)смята сярата, заедно с живака и "солта", за едно от основните "начала" на природата, "душата" на всички тела.
Практическото значение на сярата се увеличи драстично след изобретяването на черния барут (който задължително включва сяра). Византийците през 673 г., защитавайки Константинопол, изгориха вражеската флота с помощта на така наречения гръцки огън - смес от селитра, сяра, смола и други вещества - чийто пламък не беше потушен от вода. През Средновековието в Европа се използва черен барут, който е близък по състав до смес от гръцки огън. Оттогава започва широкото използване на сярата за военни цели.
Най-важното сярно съединение, сярната киселина, е известно отдавна. Един от създателите на ятрохимията (см.ЯТРОХИМИЯ), монах Василий Валентин, през 15 век. описва подробно производството на сярна киселина чрез калциниране на железен сулфат (старото наименование на сярната киселина е витриолно масло).
Елементарната природа на сярата е установена през 1789 г. от А. Лавоазие (см.Лавоазие Антоан Лоран). Имената на химически съединения, съдържащи сяра, често съдържат префикса "тио" (например реагентът Na 2 S 2 O 3, използван във фотографията, се нарича натриев тиосулфат). Произходът на този префикс се свързва с гръцкото име на сярата - theion.
Да бъдеш сред природата
Сярата е доста разпространена в природата. В земната кора съдържанието му се оценява на 0,05% от теглото. В природата често се срещат значителни находища на естествена сяра (обикновено в близост до вулкани); в Европа се намират в Южна Италия, в Сицилия. Големи находища на самородна сяра се намират в САЩ (в щатите Луизиана и Тексас), както и в Централна Азия, Япония и Мексико. В природата сярата се намира както в разсипи, така и под формата на кристални слоеве, понякога образувайки невероятно красиви групи от полупрозрачни жълти кристали (така наречените друзи).
Във вулканичните райони сероводородният газ H 2 S често се наблюдава от под земята; в същите региони сероводородът се намира в разтворена форма в серни води. Вулканичните газове често съдържат и серен диоксид SO 2 .
Отлаганията на различни сулфидни съединения са широко разпространени на повърхността на нашата планета. Най-често срещаните сред тях са: железен пирит (пирит (см.ПИРИТ)) FeS 2, меден пирит (халкопирит) CuFeS 2, оловен блясък (см.ГАЛЕНА) PbS, цинобър (см.ЦИНАБЪР) HgS, сфалерит (см.сфалерит) ZnS и неговата кристална модификация вюрцит (см. WURTZIT), антимонит (см.АНТИМОНИТ) Sb 2 S 3 и други. Известни са и множество находища на различни сулфати, например калциев сулфат (гипс CaSO 4 2H 2 O и анхидрит CaSO 4), магнезиев сулфат MgSO 4 (горчива сол), бариев сулфат BaSO 4 (барит), стронциев сулфат SrSO 4 (целестин). ), натриев сулфат Na 2 SO 4 10H 2 O (мирабилит) и др.
Въглищата съдържат средно 1,0-1,5% сяра. Сярата може да се намери и в петрола. Редица находища на природен горим газ (например Астрахан) съдържат сероводород като примес.
Сярата е един от елементите, които са необходими за живите организми, тъй като е съществена част от протеините. Протеините съдържат 0,8-2,4% (тегловни) химически свързана сяра. Растенията получават сяра от сулфатите в почвата. Неприятните миризми, произтичащи от разлагането на животинските трупове, се дължат главно на отделянето на серни съединения (сероводород и меркаптани (см.ТИОЛИ)), образувани при разграждането на протеините. Морската вода съдържа около 8,7 10 -2% сяра.
Касова бележка
Сярата се получава главно чрез топенето й от скали, съдържащи естествена (елементарна) сяра. Така нареченият геотехнологичен метод ви позволява да получите сяра, без да повдигате рудата на повърхността. Този метод е предложен в края на 19 век. Американският химик Г. Фраш, който беше изправен пред задачата да извлече сяра от находищата на южната част на Съединените щати до повърхността на земята, където пясъчната почва значително усложни извличането й по традиционния минен метод.
Фраш предлага използването на прегрята водна пара за издигане на сярата на повърхността. Прегрятата пара се подава през тръба в подземния слой, съдържащ сяра. Сярата се топи (нейната точка на топене е малко под 120 ° C) и се издига нагоре през тръба, разположена вътре в тази, през която водните пари се изпомпват под земята. За да се осигури издигането на течна сяра, през най-тънката вътрешна тръба се инжектира сгъстен въздух.
По друг (термичен) метод, особено разпространен в началото на 20 век. в Сицилия сярата се топи или сублимира от натрошени скали в специални глинени пещи.
Съществуват и други методи за отделяне на естествена сяра от скалата, например чрез екстракция с въглероден дисулфид или чрез флотационни методи.
Поради факта, че индустриалното търсене на сяра е много високо, са разработени методи за нейното производство от сероводород H 2 S и сулфати.
Методът за окисляване на сероводород до елементарна сяра е разработен за първи път в Обединеното кралство, където се научиха как да получават значителни количества сяра от Na 2 CO 3, оставащ след производството на сода, съгласно метода на френския химик Н. Льоблан (см.Льоблан Никола)калциев сулфид CaS. Методът на Leblanc се основава на редукция на натриев сулфат с въглища в присъствието на варовик CaCO 3 .
Na 2 SO 4 + 2C \u003d Na 2 S + 2CO 2;
Na 2 S + CaCO 3 \u003d Na 2 CO 3 + CaS.
След това содата се излугва с вода и водна суспензия от слабо разтворим калциев сулфид се третира с въглероден диоксид:
CaS + CO 2 + H 2 O \u003d CaCO 3 + H 2 S
Полученият сероводород H2S, смесен с въздух, се пропуска в пещта над слоя на катализатора. В този случай поради непълното окисление на сероводорода се образува сяра:
2H 2 S + O 2 \u003d 2H 2 O + 2S
Подобен метод се използва за получаване на елементарна сяра от сероводород, свързан с природни газове.
Тъй като съвременната технология изисква сяра с висока чистота, са разработени ефективни методи за рафиниране на сяра. В този случай се използват по-специално разликите в химичното поведение на сярата и примесите. И така, арсенът и селенът се отстраняват чрез третиране на сярата със смес от азотна и сярна киселини.
Използвайки методи, базирани на дестилация и ректификация, е възможно да се получи сяра с висока чистота със съдържание на примеси от 10–5–10–6% от теглото.
Физични и химични свойства
Серните атоми имат уникална способност да образуват стабилни хомовериги, т.е. вериги, състоящи се само от S атоми (енергията на връзката S–S е около 260 kJ/mol). Сярните хомовериги имат зигзагообразна форма, тъй като в тяхното образуване участват електрони, разположени в съседни атоми във взаимно перпендикулярни р-орбитали. Тези вериги могат да достигнат голяма дължина или, обратно, да образуват затворени пръстени S 20 , S 8 , S 6 , S 4 .
Следователно сярата образува няколко десетки както кристални, така и аморфни модификации, които се различават както по състава на молекулите и полимерните вериги, така и по начина, по който са опаковани в твърдо състояние.
При нормално налягане и температури до 98,38 ° C, a-модификацията на сярата е стабилна (в противен случай тази модификация се нарича ромбична), която образува лимоненожълти кристали. Неговата кристална решетка е орторомбична, параметри на елементарна клетка a = 1.04646, b = 1.28660, c = 2.4486 nm. Плътност 2,07 kg / dm 3. Над 95,39 ° C b-модификацията на сярата (така наречената моноклинна сяра) е стабилна. При стайна температура параметрите на елементарната клетка на моноклинния b-S са a = 1,090, b = 1,096, c = 1,102 nm, t = 83,27 °C. Плътност b-S 1,96 kg / dm 3.
Структурите на двете а- и b-модификации на сярата съдържат неравнинни осемчленни циклични молекули S 8 . Такива молекули са малко като корони.
Тези две модификации на сярата се различават по взаимната ориентация на S8 молекулите в кристалната решетка.
Друга модификация на сярата - така наречената ромбоедрична сяра - може да се получи чрез изливане на разтвор на натриев тиосулфат Na 2 S 2 O 3 в концентрирана солна киселина при 0 ° C, последвано от екстракция на сярата с толуен (см.ТОЛУЕН). След изпаряване на разтворителя се появяват ромбоедрични кристали, съдържащи S 6 молекули под формата на кресло.
Аморфна сяра (плътност 1,92 g / cm 3) и гумено-пластична сяра се получават чрез рязко охлаждане на разтопена сяра (изливане на стопилката в студена вода). Тези модификации се състоят от неправилни зигзагообразни вериги S n . При продължително излагане при температури от 20-95 ° C всички серни модификации се превръщат в а-сяра.
Точката на топене на ромбичната a-сяра е 112,8 °C, а на моноклинната b-сяра е 119,3 °C. И в двата случая се образува лесно подвижна жълта течност, която потъмнява при температура около 160 ° C; неговият вискозитет се увеличава и при температури над 200 ° C разтопената сяра става тъмнокафява и вискозна, като смола. Това се обяснява с факта, че първо пръстенните молекули S 8 се разрушават в стопилката. Получените фрагменти се комбинират един с друг, за да образуват дълги вериги S µ от няколкостотин хиляди атома. По-нататъшното нагряване на стопената сяра (над температура от 250 °C) води до частично разкъсване на веригите и течността отново става по-подвижна. На фиг. показана е температурната зависимост на вискозитета на течната сяра. При около 190 °C неговият вискозитет е около 9000 пъти по-голям, отколкото при 160 °C.
При температура 444,6 ° C разтопената сяра кипи. В зависимост от температурата в неговите пари могат да се открият молекули на S 8 , S 6 , S 4 и S 2 . Промяната в състава на молекулите води до промяна в цвета на серните пари от оранжево-жълт до сламеножълт. При температури над 1500 °C S2 молекулите се дисоциират на атоми.
S 2 молекулите са парамагнитни (см.ПАРАМАГНИТЕН)и са конструирани подобно на молекулата O 2 . Във всички други състояния сярата е диамагнитна. (см.ДИАМАГНИТЕН).
Сярата е практически неразтворима във вода. Някои от неговите модификации се разтварят в органични течности (толуен, бензен) и особено добре във въглероден дисулфид CS 2 и течен амоняк NH 3.
Сярата е доста активен неметал. Дори при умерено нагряване той окислява много прости вещества, но самият той се окислява доста лесно от кислород и халогени.
S + O 2 \u003d SO 2, S + 3F 2 \u003d SF 6,
2S + Cl 2 \u003d S 2 Cl 2 (с примес на SCl 2)
С водород, когато се нагрява, сярата образува сероводород H 2 S и в малко количество сулфани (съединения от състава H 2 S n):
H 2 + S H 2 S.
Примери за реакции на сяра с метали:
2Na + S = Na 2 S, Ca + S = CaS, Fe + S = FeS
Образуваните при тези реакции сулфиди се характеризират не с постоянен, а като правило с променлив състав. По този начин съставът на калциевия сулфид може непрекъснато да се променя от CaS до CaS5. Полисулфидите от типа CaS n или Na 2 S n, когато взаимодействат, например, със солна киселина, образуват H 2 S сулфани ни стойността на n може да бъде от 1 до около 10.
Концентрираната сярна киселина при нагряване окислява сярата до SO2:
S + 2H 2 SO 4 \u003d 2H 2 O + 3SO 2.
Кралската водка (смес от азотна и солна киселина) окислява сярата до сярна киселина.
Разредената азотна киселина, солната киселина без окислители и сярната киселина не взаимодействат със сярата на студено. При нагряване във вряща вода или алкални разтвори сярата диспропорционира:
3S + 6NaOH 2Na 2 S + Na 2 SO 3 + 3H 2 O;
Сярата може да се присъедини към сулфидите
Na 2 S + (n–1) S = Na 2 S n
и за сулфити:
Na 2 SO 3 + S \u003d Na 2 S 2 O 3
В резултат на тази реакция от натриев сулфит Na 2 SO 3 се образува натриев тиосулфат Na 2 S 2 O 3.
При нагряване сярата реагира с почти всички елементи, с изключение на инертни газове, йод, азот, платина и злато.
Известни са няколко серни оксида. В допълнение към стабилен серен диоксид SO 2 [други имена: серен диоксид, серен диоксид, серен оксид (IV)] и серен триоксид SO 3 [други имена: серен газ, серен анхидрид, серен оксид (VI)], нестабилни оксиди S 2 O (когато текущият SO 2 преминава през тлеещ разряд) и S 8 O (когато H 2 S взаимодейства с SOCl 2). Пероксидите SO 4 и S 2 O 7 се образуват чрез преминаване на SO 2, смесен с кислород, през тлеещ разряд или чрез окисляване на SO 2 с озон.
Киселинният серен диоксид SO 2 съответства на нестабилна киселина със средна сила H 2 SO 3 (сярна киселина):
H 2 O + SO 2 H 2 SO 3,
и киселинен серен триоксид SO 3 - силна двуосновна сярна киселина (см.СЯРНА КИСЕЛИНА) H2SO4:
SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4
Както сярната киселина H 2 SO 3, така и сярната H 2 SO 4 съответстват на два реда соли: кисели [съответно хидросулфити NaHSO 3, Ca (HSO 3) 2 и т.н. и хидросулфати KHSO 4, NaHSO 4 и други] и средни [сулфити Na 2 SO 3, K 2 SO 3 и сулфати CaSO 4, Fe 2 (SO 4) 3].
Сярата е част от много органични съединения (виж статии Тиофен (см.ТИОФЕН), тиоли (см.ТИОЛИ)и други).
Приложение
Около половината от произведената сяра се използва за производството на сярна киселина, около 25% се използват за производство на сулфити, 10-15% се използват за борба с вредителите по селскостопански култури (главно грозде и памук) (най-важното решение тук е медта сулфат CuSO 4 5H 2 O), около 10% се използва от каучуковата промишленост за вулканизация на каучук. Сярата се използва в производството на багрила и пигменти, експлозиви (все още е част от барута), изкуствени влакна и фосфор. (см.фосфор). Сярата се използва при производството на кибрит, тъй като е част от състава, от който се правят главите на кибрита. Сярата все още се съдържа в някои мехлеми, които лекуват кожни заболявания. За да придадат на стоманите специални свойства, в тях се въвеждат малки серни добавки (въпреки че по правило добавката на сяра в стоманите е нежелателна).
Биологична роля
Сярата постоянно присъства във всички живи организми, като е важен биогенен елемент. (см.БИОГЕННИ ЕЛЕМЕНТИ). Съдържанието му в растенията е 0,3-1,2%, в животните 0,5-2% (морските организми съдържат повече сяра от сухоземните). Биологичното значение на сярата се определя преди всичко от факта, че тя влиза в състава на аминокиселините метионин. (см.МЕТИОНИН)и цистеин (см.ЦИСТЕИН)и следователно в състава на пептидите (см.ПЕПТИДИ)и протеини. Дисулфидните връзки –S–S– в полипептидните вериги участват във формирането на пространствената структура на протеините, а сулфхидрилните групи (–SH) играят важна роля в активните центрове на ензимите. В допълнение, сярата е включена в молекулите на хормоните, важни вещества. Много сяра се намира в кератина на косата, костите и нервната тъкан. Неорганичните серни съединения са от съществено значение за минералното хранене на растенията. Те служат като субстрати за окислителни реакции, извършвани от естествено срещащи се серни бактерии. (см.СЕРОБАКТЕРИИ).
Тялото на средностатистически човек (телесно тегло 70 kg) съдържа около 1402 g сяра. Дневната нужда на възрастен от сяра е около 4.
Въпреки това, по отношение на отрицателното си въздействие върху околната среда и хората, сярата (по-точно нейните съединения) е на едно от първите места. Основният източник на замърсяване със сяра е изгарянето на въглища и други горива, съдържащи сяра. В същото време около 96% от сярата, съдържаща се в горивото, навлиза в атмосферата под формата на серен диоксид SO 2 .
В атмосферата серният диоксид постепенно се окислява до серен оксид (VI). И двата оксида - и серен оксид (IV), и серен оксид (VI) - взаимодействат с водни пари, за да образуват киселинен разтвор. След това тези разтвори изпадат като киселинен дъжд. Веднъж попаднали в почвата, киселите води възпрепятстват развитието на почвената фауна и растения. В резултат на това се създават неблагоприятни условия за развитие на растителност, особено в северните райони, където към суровия климат се добавя и химическо замърсяване. В резултат на това горите умират, тревната покривка се нарушава и състоянието на водоемите се влошава. Киселинните дъждове разрушават паметници от мрамор и други материали, освен това причиняват разрушаване дори на каменни сгради и метални изделия. Поради това е необходимо да се вземат различни мерки за предотвратяване на навлизането на серни съединения от горивото в атмосферата. За да направите това, нефтът и нефтопродуктите се пречистват от серни съединения, а газовете, образувани по време на изгарянето на горивото, се пречистват.
Сама по себе си сярата под формата на прах дразни лигавиците, дихателните органи и може да причини сериозни заболявания. ПДК на сяра във въздуха е 0,07 mg/m 3 . сераг, аз... Ударение на руската дума
Женски пол едно от простите (неусложнени, неразложими) вещества, топима и силно запалима вкаменелост от вулканично раждане; като стока името й е: горима сяра. Барутът се прави от селитра и сяра, с въглища. Сярна отливка с пръчки. | Сера, сера... Обяснителен речник на Дал
СЯРА- СЯРА, сяра, хим. елемент VІ гр. Система на Менделеев, символ S, сериен номер 16, at. V. 32.07. Известен от древни времена. В природата се среща под формата на отлагания на вода (нептунови) и вулканични. произход. Намира се също в... Голяма медицинска енциклопедия
СЯРА- хим. елемент, символ S (лат. Sulphur), at. н. 16, при. м. 32.06. Съществува под формата на няколко алотропни модификации; сред тях е моноклинна сяра (плътност 1960 kg/m3, tтопи = 119°C) и ромбична сяра (плътност 2070 kg/m3, ίπι = 112,8… … Голяма политехническа енциклопедия
- (обозначава се S), химичен елемент от VI група на ПЕРИОДИЧНАТА СИСТЕМА, неметал, известен от древността. В природата се среща както като отделен елемент, така и като сулфидни минерали като галенит и пирит, и сулфатни минерали, ... ... Научно-технически енциклопедичен речник
В митологията на ирландските келти Сера е бащата на Парталон (вижте глава 6). Според някои източници Сера, а не Парталон, е съпругът на Дилгнаде. (
Изпълнено
ученик от група СВ-53
Ръководител на семинари по химия
Катедри по химия
Професор V.F. Захаров
Москва, 2002 г
Намиране на сяра в природата.
Физични свойства на сярата.
Химични свойства на сярата и нейните съединения.
1) Свойства на просто вещество.
Свойства на оксидите:
серен оксид (IV);
серен (VI) оксид.
Свойства на киселините и техните соли:
сярна киселина и нейните соли;
сероводород и сулфиди;
сярна киселина и нейните соли.
Използването на сяра в медицината.
Обща характеристика на подгрупата на кислорода
Кислородната подгрупа включва пет елемента: кислород, сяра, селен, телур и полоний (полоний е радиоактивен елемент). Това са p-елементи от група VI на D.I. Менделеев. Те имат групово име - халкогени, което означава "образуващи руди".
Свойства на елементите от кислородната подгрупа
|
Имоти |
|||||
|
Сериен номер |
|||||
|
Валентни електрони |
|||||
|
Енергия на йонизация на атома, eV |
|||||
|
Относителна електроотрицателност |
|||||
|
Степента на окисление в съединенията |
|||||
|
Радиус на атом, nm |
Атомите на халкогена имат същата структура на външното енергийно ниво - ns 2 np 4 . Това обяснява сходството на техните химични свойства. Всички халкогени в съединения с водород и метали показват степен на окисление -2, а в съединения с кислород и други активни неметали обикновено +4 и +6. за кислорода, както и за флуора, степента на окисление, равна на номера на групата, не е типична. Той показва степен на окисление обикновено –2 и +2 в съединения с флуор.
Водородните съединения на елементи от кислородната подгрупа съответстват на формулата з 2 Р (Р- елемент символ ): з 2 О, з 2 С, з 2 Se, з 2 Те. Те се наричат водородни халциди. При разтварянето им във вода се образуват киселини (формулите са същите). Силата на тези киселини се увеличава с увеличаване на атомния номер на елемента, което се обяснява с намаляване на енергията на свързване в редица съединения з 2 Р. Водата се дисоциира на йони з + И ТОЙ - , е амфотерен електролит.
Сярата, селенът и телурът образуват същите форми на съединения с кислорода от типа RO 2 И RO 3 . Те отговарят на киселини от вида з 2 RO 3 И з 2 RO 4 . С увеличаването на атомния номер на елемента силата на тези киселини намалява. Всички те проявяват окислителни свойства и киселини от вида з 2 RO 3 също възстановителен.
Свойствата на простите вещества естествено се променят: с увеличаване на заряда на ядрото неметалните свойства отслабват и металните се увеличават. И така, кислородът и телурът са неметали, но последният има метален блясък и провежда електричество.
4. Сяра
Имоти 16S.
|
Атомна маса |
Кларк, при.% (разпространение в природата) |
||
|
Електронна конфигурация* |
Агрегатно състояние |
твърдо |
|
|
Йонизационна енергия
|
|||
|
Относителна електроотрицателност |
Плътност |
||
|
Възможни степени на окисление |
2,+1,+2, +3, +4,+6 |
Стандартен електроден потенциал |
*Дадена е конфигурацията на външните електронни нива на атома на елемента. Конфигурацията на останалите електронни нива съвпада с тази за благородния газ, който завършва предходния период и е посочен в скоби.
Намиране в природата.
Сярата е широко разпространена в природата. Съставлява 0,05% от масата на земната кора. В свободно състояние (самородна сяра) се среща в големи количества в Италия (островите Сицилия) и САЩ. Има находища на самородна сяра в района на Волга, в държавите от Централна Азия, в Крим и други региони.Сярата често се среща под формата на съединения с други елементи. Неговите най-важни природни съединения са металните сулфиди: FeS 2 - железен пирит или пирит; ZnS - цинкова смес; PbS - галенит; HgS - цинобър и др., иСъщо соли на сярна киселина (кристални хидрати): Sa SO 4 з 2H 2 O - гипс, Na2SO4 H 10H 2 O -глауберова сол, М gS O 4 H 7H 2 O -горчива сол и др.
Сярата се намира в организмите на животни и растения, тъй като е част от протеиновите молекули. Органичните серни съединения се намират в нефта.
физични свойства. Сяра - твърдо крехко вещество с жълт цвят. Той е практически неразтворим във вода, но лесно разтворим във въглероден дисулфид, анилин и някои други разтворители. Лош проводник на топлина и електричество. Сярата образува няколко алотропни модификации – сяра ромбични, моноклинни, пластични.Най-стабилната модификация е ромбичната сяра, всички други модификации спонтанно се превръщат в нея след известно време.
На 444.6 °C сярата кипи, образувайки тъмнокафяви пари. Ако се охладят бързо, тогава се получава фин прах, състоящ се от най-малките кристалчета сяра, т.нар. сив цвят.
Естествената сяра се състои от смес от четири стабилни изотопа:
Химични свойства.
Сярата може да отдаде своите електрони при взаимодействие с по-силни окислители:
В тези реакции сярата е редуциращият агент. Трябва да се подчертае, че серен оксид
(VI) може да се образува само при наличие на Пт или V 2 O 5 и високо налягане .При взаимодействие с метали се проявява сяра окислителенИмоти:
Сярата реагира с повечето метали при нагряване, но при реакция с живак взаимодействието се случва вече при стайна температура. Това обстоятелство се използва в лабораториите за отстраняване на разлят живак, чиито пари са силна отрова.
Приложение. Сярата се използва широко в промишлеността и селското стопанство. Около половината от производството му се използва за производство на сярна киселина. Сярата се използва за вулканизиране на каучук: каучукът придобива повишена якост и еластичност. Под формата на сярна боя (фин прах) сярата се използва за борба с болестите по лозята и памука. Използва се за получаване на барут, кибрит, светещи състави. В медицината се приготвят сярни мехлеми за лечение на кожни заболявания.
Сероводород, сулфидна киселина, сулфиди. Когато сярата се нагрява с водород, възниква обратима реакция:
с много ниско производство на сероводород
H 2 S. Обикновено H 2 S получени чрез действието на разредени киселини върху сулфиди:Тази реакция често се провежда в апарат на Kipp.
физични свойства. Сероводород H
2S - безцветен газ с мирис на развалени яйца, отровен. Един обем вода при нормални условияразтваря 3 обема сероводород.Сероводородът е силно токсичен газ, който засяга нервната система. Поради това е необходимо да се работи с него в абсорбатори или с херметически затворени устройства. Допустимо съдържание H2 S в промишлени помещения е 0,01 mg на 1 литър въздух.Разтвор на сероводород във вода се нарича сероводородна водаили хидросулфидна киселина(разкрива свойствата на слаба киселина).
Химични свойства. Сероводород - типичен редуциращ агент.Гори в кислород. Разтвор на сероводород във вода е много слаба хидросулфидна киселина, която се дисоциира на стъпки и главно в първия етап:
Сероводородната киселина, подобно на сероводорода, е типичен редуциращ агент.
Сярноводородната киселина се окислява не само от силни окислители, като хлор,
но и по-слаби, като сярна киселина
H2SO3:или железни йони:
Сярноводородната киселина може да реагира с основи, основни оксиди или соли, образувайки две серии соли: средни - сулфиди,кисело - хидросулфиди.Повечето сулфиди (с изключение на сулфидите
алкални и алкалоземни метали, както и амониев сулфид) е слабо разтворим във вода. сулфиди,как солите на много слаба киселина се подлагат на хидролиза.Намиране в природата. Сероводородът се среща естествено във вулканични газове и във водите на някои минерални извори, като Пятигорск, Мацеста. Образува се по време на гниенето на съдържащи сяра органични вещества от различни растителни и животински остатъци. Това обяснява характерната неприятна миризма на канализация, помийни ями и сметища.
Сулфиди. Например,
Na 2 S - натриев сулфид, NaHS - натриев хидросулфид.Почти всички хидросулфиди са силно разтворими във вода. Сулфидите на алкалните и алкалоземните метали също са разтворими във вода, докато други метали са практически неразтворими или слабо разтворими; някои от тях не се разтварят в разредени киселини. Следователно такива сулфиди могат лесно да бъдат получени чрез прескачане
сероводород чрез соли на съответния метал, например:Някои сулфиди имат характерен цвят:
CuSИ PbS- черно, CDS- жълто, ZnS- бяло, MnS- розово, sns- кафяво, Sb 2 S 3- портокал и др. При различни разтворими° С Тези сулфиди и различните цветове на много от тях се основават на качествен анализ на катиони.Серен оксид (IV). Серният оксид (IV) или серен диоксид при нормални условия е безцветен газ с остър, задушлив мирис. При охлаждане до -10°C се втечнява в безцветна течност. В течна форма се съхранява в стоманени бутилки.
образува се при изгаряне на сяра в кислород или при изгаряне на сулфиди. Той е силно разтворим във вода (40 обема в 1 обем вода при 20 °C).Касова бележка. В лабораторията серен оксид (IV) се получава чрез взаимодействие на натриев хидросулфит със сярна киселина:
както и нагряване на мед с концентрирана сярна киселина:
Серен оксид (IV) също се образува при изгарянето на сярата.
В индустриална среда S
O2 получен чрез изпичане на пирит FeS 2 или серни руди на цветни метали (цинкова смес ZnS, оловен блясък PbS и др.). Оксидът, образуван при тези условиясяра (IV) SO 2 използва се главно за производството на серен оксид (VI) SO 3 и сярна киселина. Структурна формула на S молекулата O2:Както виждаме, при образуването на връзки в молекулата S
O2 участват четири електрона от сярата и четири електрона от два кислородни атома. Взаимното отблъскване на свързващите електронни двойки и несподелената електронна двойка на серния атом придава на молекулата ъглова форма.Серен оксид
(IV) проявява всички свойства на киселинните оксиди.Сярна киселина.
Серен оксид (IV) - серен анхидрид H 2 SO 3,следователно при разтваряне на SO 2 във вода възниква частична реакция с вода и се образува слаба сярна киселина:който е нестабилен, лесно се разпада отново на
SO 2 и H 2 А. Във воден разтвор на серен диоксид едновременно съществуват следните равновесия:Константа на дисоциация
H2SO3 в първата стъпка е равно на K 1 \u003d 1,6 Глава 10 -2, според втория - K 2 \u003d 6.3 Глава 10 -8. Като двуосновна киселина, тя дава две серии соли: средна - сулфитии кисело - хидросулфити.Сулфитите се образуват, когато киселината се неутрализира напълно с алкали:
Хидросулфитите се получават при липса на алкали (в сравнение с количеството, необходимо за пълно неутрализиране на киселината):
Подобно на серния оксид (IV), сярната киселина и нейните соли са силни редуциращи агенти. В същото време степента на окисление на сярата се увеличава. Да, Х
2 SO 3 лесно се окислява до сярна киселина дори от атмосферния кислород:Следователно разтворите на сярна киселина, които са били съхранявани дълго време, винаги съдържат сярна киселина.
Окисляването на сярна киселина с бром и калиев перманганат протича още по-лесно:
Химични реакции, характерни за
SO2 , сярната киселина и нейните соли могат да бъдат разделени на три групи:1. Реакции, които протичат без промяна на степента на окисление, например:
Реакции, придружени от повишаване на степента на окисление на сярата от 4+ до 6+:3. Реакции, които протичат с намаляване на степента на окисление на сярата, например взаимодействието, което вече е отбелязано по-горе
SO 2 с H 2 S.По този начин,
SO2, сярната киселина и нейните соли могат да проявяват както окислителни, така и редуциращи свойства.Приложение. Серният оксид (IV) и сярната киселина обезцветяват много багрила, образувайки безцветни съединения с тях. Последният може да се разложи отново при нагряване или на светлина, в резултат на което цветът се възстановява. Следователно избелващият ефект на S
O 2 и H 2 SO 3 различно от избелващото действие на хлора. Обикновено вълната, коприната и сламата се избелват със серен (IV) оксид (тези материали се разрушават от хлорна вода).Серният оксид (IV) убива много микроорганизми. Следователно, за да унищожат плесенните гъбички, те фумигират влажни изби, изби, бъчви за вино и др. Те се използват и при транспортиране и съхранение на плодове и плодове. В големи количества серен оксид (IV) се използва за производството на сярна киселина.
Важно приложение намира разтвор на калциев хидросулфит Ca (H
ТАКА 3) 2 (сулфитна течност), която се използва за обработка на дървесни влакна и хартиена маса.серен оксид (
VI). SO 3 - серен анхидрид - вещество с t pl = 16,8 °C и t bp = 44,8 °C. серен оксид (VI), или серен триоксид, е безцветна течност, която се втвърдява при температури под 17 ° C в твърда кристална маса. Серният оксид (VI) има всички свойства на киселинните оксиди. Тя е междиннапроизводство на сярна киселина.Серен оксид (VI) се получава чрез окисляване
SO2 кислород само в присъствието на катализатор:Необходимостта от използване на катализатор в тази обратима реакция се дължи на факта, че добър добив
SO 3 (т.е. изместване на равновесието надясно) може да се получи само чрез понижаване на температурата, но при ниски температури скоростта на потока пада многореакции.Молекула
SO 3 има формата на триъгълник, в центъра на който е серен атом:Тази структура се дължи на взаимното отблъскване на свързващите електронни двойки. Серният атом осигури всичките шест външни електрона за тяхното образуване.
Сярна киселина.
Серният оксид (VI) се свързва енергично с вода, за да образува сярна киселина:
физични свойства. Сярната киселина е тежка безцветна маслена течност. Изключително хигроскопичен. Абсорбира влагата с отделяне на голямо количество топлина, следователно
Не добавяйте вода към концентрирана киселина киселина ще пръска. За разрежданенеобходимо добавете сярна киселина в малки количества към водата.Безводната сярна киселина разтваря до 70% серен оксид (VI). При нормални температури е нелетлив и без мирис. При нагряване се отделя SO 3 до получаване на разтвор, съдържащ 98,3% Н 2 SO 4 . Безводен H2SO4 почти не провежда електричество.
Химични свойства. Концентрираната сярна киселина овъглява органични вещества - захар, хартия, дърво, влакна ии т.н., отнемайки елементите на водата от тях. В този случай се образуват хидрати на сярна киселина. Овъгляването на захарта може да се изрази с уравнението
Полученият въглен частично взаимодейства с киселината:
Следователно киселината, която се продава, има кафяв цвят от
прах и органични вещества, случайно уловени и овъглени в него.Изсушаването на газовете се основава на абсорбцията (отстраняването) на вода от сярна киселина.
Като силна нелетлива киселина
H2SO4 измества други киселини от сухи соли:Въпреки това, ако Н
2 SO 4 добавен към солни разтвори , няма изместване на киселини.При взаимодействие концентрирансярна киселина с различни метали, като правило, тя се редуцира до
SO2:концентриран
сярната киселина окислява мед, сребро, въглерод, фосфор:
Разреден
сярната киселина окислява само метали, които са в серията на напрежение вляво от водорода, поради H + йони:От всички сулфати бариевият сулфат има най-малка разтворимост - затова образуването му под формата на бяла утайка се използва като качествена реакция към сулфатен йон:
Стойността на сярната киселина.
Сярната киселина е най-важният продукт на основната химическа промишленост, занимаваща се с производството на неорганични киселини, основи, соли на минерални торове и хлор.По отношение на разнообразието от приложения сярната киселина е на първо място сред киселините. Най-голямо количество от него се изразходва за получаване на фосфорни и азотни торове. Тъй като е нелетлива киселина, сярната киселина се използва за производството на други киселини - солна, флуороводородна, фосфорна, оцетна и др. Голяма част от нея се използва за пречистване на нефтопродукти - бензин, керосин и смазочни масла - от вредни примеси. В машиностроенето сярната киселина се използва за почистване на металната повърхност от оксиди преди нанасяне на покритие (никелиране, хромиране и др.). Сярната киселина се използва в производството на експлозиви, изкуствени влакна, багрила, пластмаси и много други. Използва се за пълнене на батерии. В селското стопанство се използва за борба с плевелите (хербицид).
Соли на сярна киселина. Сярната киселина, като двуосновна, образува две серии соли: средна, т.нар сулфати, и кисело, нар хидросулфати . Сулфатите се образуват, когато киселината е напълно неутрализирана с алкали (два мола алкали са за един мол киселина), а хидросулфатите се образуват при липса на алкали (един мол киселина е един мол алкали):
Много соли на сярната киселина са от голямо практическо значение.
Сярата се отнася до елемент, който е в VI-та група на основната подгрупа на периодичната система на Д. И. Менделеев. Електронната му конфигурация на атома е 1s22s22p63s23p4.
Химични свойства.
1. Свойства на простото вещество.
Сярата може да проявява както окислителни, така и редуциращи свойства. Сярата е окислител предимно по отношение на металите:
S + 2Na = Na2S S + Ca = CaS 3S + 2Al = Al2S3
Като окислител сярата също проявява своите свойства при взаимодействие с неметали:
S + H2 = H2S 3S + 2P = P2S3 2S + C = CS2
Въпреки това, с неметалите, които имат електроотрицателност, по-голяма от тази на сярата, тя реагира като редуциращ агент:
S + 3F2 = SF6 S + Cl2 = SCl2
Сярата реагира със сложни вещества, обикновено окислители. Освен това азотната киселина го окислява до сярна киселина:
S + 6HNO3 = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
Други окислители окисляват сярата до степен на окисление (+4):
S + 2H2SO4 = 3SO2 + 2H2O 3S + 2KClO3 = 3SO2 + 2KCl
Според реакционния механизъм на ДИСПРОПОРЦИОНАНЕТО сярата реагира с алкали. По време на тази реакция се образуват серни съединения (-2) и (+4):
3S + 6KOH = K2SO3 + 2K2S + 3H2O
Сярата не реагира директно с водата, но при нагряване претърпява дисмутация в атмосфера на водна пара.
Сярата може да се получи в хода на реакции:
SO2 + 2CO = S + 2CO2 Na2S2O3 + 2HCl = S + SO2 + 2NaCl + H2O
Комбинацията от сяра (-2) с водород се нарича сероводород - H2S. Сероводородът е безцветен газ без мирис, по-тежък от въздуха, много токсичен, слабо разтворим във вода. Сероводородът може да се получи по различни начини. Обикновено в лабораторията сероводородът се получава чрез въздействие върху сулфидите със силни киселини:
FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S
Сероводородът и неговите соли се характеризират с редуциращи свойства:
H2S + SO2 = 3S + 2H2O
В лабораторията се получава сероводород:
FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S
Сероводородът лесно се окислява от халогени, серен оксид, железен (III) хлорид:
H2S + Cl2 = 2HCl + S 2H2S + SO2 = 2H2O + 3S H2S + 2FeCl3 = 2FeCl2 + S + 2HCl
Във въздуха сероводородът окислява среброто, което обяснява почерняването на сребърните предмети с времето:
2H2S + 4Ag + O2 = 2Ag2S + 2H2O
Взаимодействие с кислород
Серен (IV) оксид
Серният диоксид SO2 е безцветен газ със задушлива остра миризма. Когато се разтваря във вода (при 00C 1 обем вода разтваря повече от 70 обема SO2), се образува сярна киселина H2SO3, която е известна само в разтвори.
В лабораторни условия, за да се получи SO2, твърдият натриев сулфит се третира с концентрирана сярна киселина:
Na2SO3 + 2H2SO4 = 2NaHSO4 + SO2 + H2O
В промишлеността SO2 се получава чрез печене на сулфидни руди, като пирит:
Сярата гори в кислород при 280 °C, във въздуха при 360 °C и се образува смес от оксиди:
Серен (VI) оксид
Серният анхидрид SO3 при стайна температура е безцветна, лесно летлива течност (tкип = 44,80С, tтопи = 16,80С), която в крайна сметка се превръща в азбестоподобна модификация, състояща се от лъскави копринени кристали. Влакната от серен анхидрид са стабилни само в запечатан съд. Поглъщайки влагата от въздуха, те се превръщат в гъста безцветна течност - олеум (от латински oleum - "масло"). Въпреки че формално олеумът може да се разглежда като разтвор на SO3 в H2SO4, всъщност той е смес от различни пиросярни киселини: H2S2O7, H2S3O10 и др. SO3 взаимодейства с водата много енергично: в този случай се отделя толкова много топлина, че най-малките капчици сярна киселина, които се образуват, създават мъгла. С това вещество трябва да се работи изключително внимателно.
2S + 3O2 = 2SO3.
Серният оксид (VI) се свързва енергично с вода, за да образува сярна киселина:
SO3 + H2O = H2SO4
Намиране на сяра в природата
Сярата е широко разпространена в природата. Съставлява 0,05% от масата на земната кора. В свободно състояние (самородна сяра) се среща в големи количества в Италия (остров Сицилия) и САЩ. Находища на самородна сяра има в района на Куйбишев (Поволжието), в държавите от Централна Азия, в Крим и други региони.
Сярата често се среща под формата на съединения с други елементи. Неговите най-важни природни съединения са метални сулфиди: FeS2 - железен пирит или пирит; HgS - цинобър и др., както и соли на сярна киселина (кристални хидрати): CaSO4ּ2H2O - гипс, Na2SO4ּ10H2O - глауберова сол, MgSO4ּ7H2O - горчива сол, и т.н.
Физични свойства на сярата
Естествената сяра се състои от смес от четири стабилни изотопа: ,.
Сярата образува няколко алотропни модификации. Стабилна при стайна температура, ромбичната сяра е жълт прах, слабо разтворим във вода, но силно разтворим във въглероден дисулфид, анилин и някои други разтворители. Лош проводник на топлина и електричество. При кристализация от хлороформ CHCl3 или въглероден дисулфид CS2, той се утаява като прозрачни октаедрични кристали. Ромбичната сяра се състои от циклични S8 молекули с формата на корона. При 1130 С се топи, превръщайки се в жълта, силно подвижна течност. При по-нататъшно нагряване стопилката се сгъстява, тъй като в нея се образуват дълги полимерни вериги. И ако загреете сярата до 444,60C, тя кипва. Чрез изливане на кипяща сяра на тънка струя в студена вода може да се получи пластмасова сяра, подобна на гума модификация, състояща се от полимерни вериги. При бавно охлаждане на стопилката се образуват тъмно жълти игловидни кристали моноклинна сяра. (tтопи = 1190°С). Подобно на ромбичната сяра, тази модификация се състои от S8 молекули. При стайна температура пластичната и моноклинната сяра са нестабилни и спонтанно се превръщат в ромбичен серен прах.
Сярата се намира в VIa група на Периодичната система на химичните елементи на D.I. Менделеев.
Външното енергийно ниво на сярата съдържа 6 електрона, които имат 3s 2 3p 4 . В съединения с метали и водород сярата проявява отрицателна степен на окисление на елементите -2, в съединения с кислород и други активни неметали - положителна +2, +4, +6. Сярата е типичен неметал, в зависимост от вида на трансформацията може да бъде окислител и редуциращ агент.
Намиране на сяра в природата
Сярата се среща в свободно (естествено) състояние и свързана форма.
Най-важните естествени серни съединения:
FeS 2 - железен пирит или пирит,
ZnS - цинкова бленда или сфалерит (вюрцит),
PbS - оловен гланц или галенит,
HgS - цинобър,
Sb 2 S 3 - антимонит.
Освен това сярата присъства в нефта, природните въглища, природните газове, в природните води (под формата на сулфатен йон и причинява „постоянната“ твърдост на прясната вода). В косата е концентриран жизненоважен елемент за висшите организми, неразделна част от много протеини.
Алотропни модификации на сярата
Алотропия- това е способността на един и същ елемент да съществува в различни молекулни форми (молекулите съдържат различен брой атоми от един и същи елемент, например O 2 и O 3, S 2 и S 8, P 2 и P 4 и др. .). 
Сярата се отличава със способността си да образува стабилни вериги и цикли от атоми. Най-стабилни са S 8 , които образуват ромбична и моноклинна сяра. Това е кристална сяра - крехко жълто вещество.
Отворените вериги имат пластична сяра, кафяво вещество, което се получава чрез рязко охлаждане на сярната стопилка (пластмасовата сяра става крехка след няколко часа, пожълтява и постепенно се превръща в ромбична). 
1) ромбичен - S 8
t°pl. = 113°С; r \u003d 2,07 g / cm 3
Най-стабилната версия.
2) моноклинен - тъмно жълти игли
t°pl. = 119°С; r \u003d 1,96 g / cm 3
Стабилен при температури над 96°C; при нормални условия се превръща в ромбична.
3) пластмаса - кафява каучукова (аморфна) маса
Нестабилен, когато се втвърди, се превръща в ромбичен
Възстановяване на сяра
- Промишленият метод е топенето на руда с помощта на пара.
- Непълно окисляване на сероводород (с липса на кислород):
2H 2 S + O 2 → 2S + 2H 2 O
- Реакция на Вакенродер:
2H 2 S + SO 2 → 3S + 2H 2 O
Химични свойства на сярата
Окислителни свойства на сярата
(С 0
+ 2ē→ С -2
)
1) Сярата реагира с алкални без нагряване:
S + O 2 – t° → S +4 O 2
2S + 3O 2 - t °; pt → 2S +6 O 3
4) (с изключение на йод):
S + Cl2 → S +2 Cl 2
S+3F2 → SF6
Със сложни вещества:
5) с киселини - окислители:
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
Реакции на диспропорционалност:
6) 3S 0 + 6KOH → K 2 S +4 O 3 + 2K 2 S -2 + 3H 2 O
7) сярата се разтваря в концентриран разтвор на натриев сулфит:
S 0 + Na 2 S +4 O 3 → Na 2 S 2 O 3 натриев тиосулфат
