Сера (Sulfur)

Сера – элемент главной подгруппы VI группы периодической системы
Д.И. Менделеева. В этой группе, начиная с серы (3-ий период), появляется d-подуровень, поэтому число неспаренных электронов может увеличивать-ся от 2-х до 4-х и 6-ти, за счет распаривания s- и р- электронов и перехода их в d-подуровень:

Таким образом, возможные и проявляемые степени окисления серы равны: -2, +2, +4 и +6.

Сверху вниз по подгруппе от кислорода к полонию размеры атомов увеличиваются, а энергия ионизации уменьшается, неметаллические свойства в ряду: O – S – Se – Te - Po ослабевают.

Сера - типичный неметалл, по значению ОЭО (2,5), она усту­пает лишь галогенам, кислороду и азоту.

Сера относится к распространённым элементам. В земной коре её содержание составляет 0,05 вес. %, в морской воде 0,08 - 0,09 %. Она состоит из четырёх стабильных изотопов: ³²S (95,084%), ³³S (0,74%), ³⁴S (4,16%), и ³⁶S (0,016%). Получены радиоактивные изотопы серы: ³¹S (Т 1/2 = 2,66 сек.), ³⁵S (Т 1/2 = 86,3 дня) и ³⁷S (Т 1/2 = 5,07 мин.).

Сера в природе встречается в самородном состоянии (большей частью вблизи вулканов и в горя­чих минеральных источниках, как продукт окисления сероводорода).

Её применяли для приготовления красок, в качестве лечебного средства, а также для других целей.

Сера находится в различных породах: известняке, кальците, гипсе и др.; в серных рудах и минералах, в живых и растительных организмах (0,16% в человеческом организме, является макроэлементом), т.е. во многих неорганических и органических соединениях. Основные минералы серы:

Серу получают выплавкой самородной серы в местах её залегания. Выплавленная сера содержит примеси (комовая сера). Её очищают перегонкой и возгонкой. Пары серы оседают в виде серного цвета в специальных печах. Расплавленную серу выпускают в формы, там она застывает, образуя черенковую серу.

Серу получают также при нагревании пирита: FeS₂ FeS + S. Из отходящих газов металлургических и коксовых печей: SO₂ + 2H₂S 3S¯ + 2H₂O (получается коллоидная сера).

Прокаливанием серусодержащей породы с углём:

CaSO₄ + 4C 4CO + + CaS

CaS + CO₂ + H₂O ® CaCO₃ + H₂S­

2H₂S + O₂ 2S + 2H₂O

Серу можно получить многими другими способами (из H₂S, из оксидов серы, солей и др.), но главные способы - выплавка самородной серы и сжигание Н₂S в недостатке кислорода.

В обычных условиях сера - твёрдое, хрупкое вещество желтого цвета, диэлектрик, нерастворима в воде, растворяется в сероуглероде (CS₂) хлориде серы (II) – SCl₂, а также в некоторых органических растворителях (бензол, эфир).

Сера имеет несколько аллотропных модификаций:

a-сера b-сера

ромбическая моноклинная l-сера

(лимонно-желтого цвета) (светло-желтая) желтая жидкость

m-сера S₈ S₄ S₂

коричневая вязкая желтый газ красный газ

Смесь a и m-серы называется пластической серой. При комнатной температуре наиболее устойчива a-сера (ромбическая), состоящая из циклических молекул S₈ имеющих вид короны: Ð = 108^o; длина связи (-S-S-) 0,205нм.

Из молекул серы – S₈ построены две кристаллические модификации: ромбическая (a-S₈) и моноклинная (b-S₈).

Кристаллическая решетка серы - молекулярная, в узлах решетки находятся циклические молекулы S₈, но упаковка в кристаллах раз­личная: кристаллы a-S₈ имеют форму октаэдров, а b-S₈ - призматическую.

В связи с этим эти модификации имеют разные температуры плавления

и плотности:

Моноклинную серу (b-S₈) получают в виде игольчатых тёмно-желтых кристаллов при медленном охлаждении расплавленной серы. Пластичес­кую – при быстром охлаждении (вливание расплавленной серы в холодную воду). Такая сера в виде коричневой, резиноподобной массы состоит из длинных цепей атомов серы. Все модификации серы самопроизвольно прев­ращаются в ромбическую серу.

В отличие от кислорода, сера способна образовывать устойчивые гомоцепи. Это можно объяснить большей энергией двух связей между атомами серы в гомоцепи (2´260 кдж/моль), чем энергия связи в двухатомной молекуле – S₂ (420 кдж/моль). Для кислорода, наоборот, связи в молекуле О₂ прочнее (494 кдж/моль), чем в гомоцепи кислорода (2´210 кдж/моль).

Поэтому для серы характерно образование устойчивых зигзагообразных гомоцепей циклической или линейной формы:

Установлено, что строение молекул серы зависит от температуры. В парах серы обнаружены молекулы S₈, S₆, S₄, S₂. Выше 1500°С молекулы S₂ распадаются на атомы.

В уравнениях химических реакций, для простоты, любая сера изображает­ся как S.

Поиск по сайту: