Какие свойства у серы

Сера – важнейший элемент в современной промышленности.

Особые свойства серы (антисептические и антипаразитарные) делают её незаменимым компонентном многих лекарственных препаратов.

Что такое сера и как она выглядит

Сера – химический элемент, находящийся по 16 номером в таблице Д. И. Менделеева и обозначающийся буквой S (по первой букве латинского названия Sulphur).

Молярная масса серы равна 32, 065 г/моль, атомная масса — 32,066 а. е. м. Это вещество может быть как ярко-желтого, так и коричневого цвета.

Различают порошкообразную (молотую) и жидкую серу.

Характеристика серы

Сера – вещество с переменной степенью окисления. На внешней электронной орбитали серы находятся шесть валентных электронов, для заполнения не хватает ещё двух, поэтому в соединениях с металлами и водородом она проявляет валентность -2.

При взаимодействии с кислородом и галогенами, т. е. с элементами с большей электроотрицательностью, сера может проявлять положительную валентность, например, +4 и +6.

Физические свойства

Как простое вещество, сера образует несколько аллотропных модификаций:

1. Ромбическая – то, что мы привыкли называть обычной серой. Она устойчива при обычных условиях, встречается чаще всего недалеко от действующих или потухших вулканов.
2. Пластическая – представляет собой замкнутые или открытые цепочки соединяющейся между собой серы, получаемые обычно при её сжигании. Имеет самую большую молекулярную массу среди всех разновидностей серы.
3. Моноклинная (S8) – соединение серы, которое в молекулярном виде представляет собой восьмиугольник с атомами серы в вершинах. Выглядит как множество цилиндров, похожих на иглы. При комнатной температуре быстро превращается в ромбическую.

Приблизительная молярная масса одной молекулы моноклинной серы – 256 г/моль. В России сера, в основном, бывает только двух товарных видов: гранулированная и комовая.

Сера – легкоплавкое вещество, температура плавления около 120 градусов. Нерастворима в воде и не намокает про соприкосновении с ней.

Не обладает электролитическими свойствами и теплопроводностью. Плотность серы — 2,070 г/см³.

Химические свойства

В соединениях с водородом образует серную (химическая формула H2SO4) со степенью окисления серы +6 и сернистую (H2SO3) со степенью окисления +4 кислоты, которые дают соответственно сульфаты и сульфиты.

В нормальных условиях реагируют с активными металлами и ртутью, образуя сульфиды:

Hg + S = HgS

Na + S = Na2S

Также образует сульфиды при нагревании с большинством неактивных металлов, кроме платины и золота:

Fe + S (t) = Fe2S3

Проявляет восстановительные свойства в реакции с кислородом при нагревании, образуя кислотный оксид:

S + O2 = SO2

В реакциях с водородом образует сернистый газ, летучее бесцветное вещество с неприятным запахом тухлых яиц:

H2 + S = H2S

Области применения

Широко применяется в медицине, обладает антисептическими и антипаразитарными свойствами, используется для дезинфекции помещений и избавления от паразитов.

В низких концентрациях способствует формированию новых клеток эпидермиса, из-за чего её часто используют для лечения воспалений. Помимо этого сера имеет слабительное действие, а при приеме внутрь оказывает отхаркивающий эффект.

Благодаря легковоспламеняемости и горючим свойствам, сера хорошо горит. Например, самое простое, где можно взять серу, это открыть полный спичечный коробок — сера входит в состав спичечной головки.

При трении головка касается шероховатой поверхности (например, наждачной бумаги), и спичка легко загорается.

Серная кислота (H2SO4) – важнейший продукт химической промышленности, используется в качестве электролита в свинцовых аккумуляторах, применяется для получения соляной, азотной, борной и других кислот.

Серная кислота является необходимым сульфирующим средством при получении многих лекарственных веществ и красок.

Сероводород (H2S) используется для выделения чистой серы, сульфитов и серной кислоты из растворов.

Оксиды серы (SO2 и SO3) находят применения в производстве серной и азотной кислот, а также используются в бытовой химии: входят в состав отбеливателей, дезинфицирующих средств.

Нахождение серы в природе

Чаще всего в природе находится самородная сера (S), однако встречаются и её соединения с другими элементами: FeS2 (сульфат железа (II), пирит), ZnS (сульфат цинка, цинковая обманка), CaSO4*2H2O (гипс), PbS (сульфат свинца, свинцовый блеск) и другие.

Биологическая роль серы

Сера содержится в живых организмах, особенно много её в белках ногтей, волос, копыт. Общая масса серы в человеческом организме составляет около 130 грамм. Также это вещество встречается в составе некоторых витаминов и гормонов.

Сера обладает уникальными химическими и физическими свойствами, благодаря чему является важнейшим компонентом промышленности и незаменима при создании лекарственных препаратов.

Cepa являeтcя 10-м нaибoлee pacпpocтpaнeнным элeмeнтoм вo Bceлeннoй. Ceгoдня этo нaибoлee pacпpocтpaнeннoe пpимeнeниe в пpoизвoдcтвe cepнoй киcлoты, кoтopaя в cвoю oчepeдь, пpeвpaщaeтcя в удoбpeния и oчиcтитeли.

Oнa тaкжe иcпoльзуeтcя для пepepaбoтки нeфти и пepepaбoтки pуды. Чиcтaя cepa нe имeeт зaпaxa. Boнь, cвязaннaя c элeмeнтoм, пocтупaeт из мнoгиx ee coeдинeний. Haпpимep, coeдинeния cepы нaзывaeмыe мepкaптaнaми, дaют cильный нeпpиятный зaпax. Гнилыe яйцa пpиoбpeтaют cвoй ocoбый apoмaт из-зa cepoвoдopoдa.

Сера (лат. Sulfur) S, химический элемент VI группы периодической системы Менделеева; атомный номер 16, атомная масса 32,06.

Природная Сера состоит из четырех стабильных изотопов: 32S (95,02%), 33S (0,75%), 34S (4,21%), 36S (0,02%). Получены также искусственные радиоактивные изотопы 31S (T½ = 2,4 сек), 35S (T½ = 87,1 сут), 37S (Т½= 5,04 мин) и другие.

Историческая справка

Сера в самородном состоянии, а также в виде сернистых соединений известна с древнейших времен. Она упоминается в Библии, поэмах Гомера и других. Сера входила в состав «священных» курений при религиозных обрядах; считалось, что запах горящей Серы отгоняет злых духов.

Сера давно стала необходимым компонентом зажигательных смесей для военных целей, например «греческого огня» (10 в. н. э.). Около 8 века в Китае стали использовать Серу в пиротехнических целях. Издавна Серой и ее соединениями лечили кожные заболевания.

В период арабской алхимии возникла гипотеза, согласно которой Сера (начало горючести) и ртуть (начало металличности) считали составными частями всех металлов.

Элементарную природу Серы установил А. Л. Лавуазье и включил ее в список неметаллических простых тел (1789). В 1822 году Э. Мичерлих обнаружил аллотропию Серы.

Распространение Серы в природе

Сера относится к весьма распространенным химическим элементам (кларк 4,7·10-2); встречается в свободном состоянии (самородная сера) и в виде соединений — сульфидов, полисульфидов, сульфатов. Вода морей и океанов содержит сульфаты натрия, магния, кальция. Известно более 200 минералов Серы, образующихся при эндогенных процессах.

В биосфере образуется свыше 150 минералов Сера (преимущественно сульфатов); широко распространены процессы окисления сульфидов до сульфатов, которые в свою очередь восстанавливаются до вторичного H2S и сульфидов. Эти реакции происходят при участии микроорганизмов.

Многие процессы биосферы приводят к концентрации Серы — она накапливается в гумусе почв, углях, нефти, морях и океанах (8,9·10-2%), подземных водах, в озерах и солончаках. В глинах и сланцах Серы в 6 раз больше, чем в земной коре в целом, в гипсе — в 200 раз, в подземных сульфатных водах — в десятки раз.

Физические свойства Серы

Сера — твердое кристаллическое вещество, устойчивое в виде двух аллотропических модификаций. Ромбическая α-S лимонно-желтого цвета, плотность 2,07 г/см3, tпл 112,8 °С, устойчива ниже 95,6 °С; моноклинная β-S медово-желтого цвета, плотность 1,96 г/см3, tпл119,3 °С, устойчива между 95,6 °С и температурой плавления. Обе эти формы образованы восьмичленными циклическими молекулами S8 с энергией связи S-S 225,7 кдж/моль.

При плавлении Сера превращается в подвижную желтую жидкость, которая выше 160 °С буреет, а около 190 °С становится вязкой темно-коричневой массой. Выше 190 °С вязкость уменьшается, а при 300 °С Сера вновь становится жидкотекучей. Это обусловлено изменением строения молекул: при 160 °С кольца S8 начинают разрываться, переходя в открытые цепи; дальнейшее нагревание выше 190 °С уменьшает среднюю длину таких цепей.

Если расплавленную Серу, нагретую до 250-300 °С, влить тонкой струей в холодную воду, то получается коричнево-желтая упругая масса (пластическая Сера). Она лишь частично растворяется в сероуглероде, в осадке остается рыхлый порошок.

Растворимая в CS2 модификация называется λ-S, а нерастворимая — μ-S. При комнатной температуре обе эти модификации превращаются в устойчивую хрупкую α-S. tкип Серы 444,6 °С (одна из стандартных точек международной температурной шкалы).

В парах при температуре кипения, кроме молекул S8, существуют также S6, S4 и S2. При дальнейшем нагревании крупные молекулы распадаются, и при 900 °С остаются лишь S2, которые приблизительно при 1500 °С заметно диссоциируют на атомы. При замораживании жидким азотом сильно нагретых паров Серы получается устойчивая ниже -80 °С пурпурная модификация, образованная молекулами S2.

Химические свойства Серы

Конфигурация внешних электронов атома S 3s2Зр4. В соединениях Сера проявляет степени окисления -2, +4, +6. Сера химически активна и особенно легко при нагревании соединяется почти со всеми элементами, за исключением N2, I2, Au, Pt и инертных газов. С О2 на воздухе выше 300 °С образует оксиды: SO2 — сернистый ангидрид и SO3— серный ангидрид, из которых получают соответственно сернистую кислоту и серную кислоту, а также их соли сульфиты и сульфаты.

Уже на холоду S энергично соединяется с F2, при нагревании реагирует с Cl2; с бромом Сера образует только S2Br2, иодиды серы неустойчивы. При нагревании (150-200 °С) наступает обратимая реакция с Н2 с получением сернистого водорода. Сера образует также многосернистые водороды общей формулы H2SХ, так называемые сульфаны. Известны многочисленные сераорганические соединения.

Получение Серы

Элементарную Сера получают из серы самородной, а также окислением сернистого водорода и восстановлением сернистого ангидрида. Источник сернистого водорода для производства Серы — коксовые, природные газы, газы крекинга нефти. Разработаны многочисленные методы переработки H2S; наибольшее значение имеют следующие:

1) H2S извлекают из газов раствором моногидротиоарсената натрия:

• Na2HAsS2O2 + H2S = Na2HAsS3O + Н2О.

Затем продувкой воздуха через раствор осаждают Сера в свободном виде:

• NaHAsS3O + ½O2 = Na2HAsS2O2 + S.

2) H2S выделяют из газов в концентрированном виде. Затем его основные масса окисляется кислородом воздуха до Серы и частично до SO2. После охлаждения H2S и образовавшиеся газы (SO2, N2, CO2) поступают в два последовательных конвертора, где в присутствии катализатора (активированный боксит или специально изготовляемый алюмогель) происходит реакция:

• 2H2S + SO2 = 3S + 2Н2О.

В основе получения Сера из SO2 лежит реакция восстановления его углем или природными углеводородными газами. Иногда это производство сочетается с переработкой пиритных руд.

Сорта Серы

Выплавленная непосредственно из серных руд Сера называется природной комовой; полученная из Н2S и SO2 — газовой комовой. Природная комовая Сера, очищенная перегонкой, называется рафинированной.

Сконденсированная из паров при температуре выше точки плавления в жидком состоянии и затем разлитая в формы — черенковой Серой. При конденсации Серы ниже точки плавления на стенках конденсационных камер образуется мелкий порошок Серы — серный цвет. Особо высоко дисперсная Сера носит название коллоидной.

Применение Серы

Сера применяется в первую очередь для получения серной кислоты; в бумажной промышленности (для получения сульфитцеллюлозы); в сельском хозяйстве (для борьбы с болезнями растений, главным образом винограда и хлопчатника); в резиновой промышленности (вулканизующий агент); в производстве красителей и светящихся составов; для получения черного (охотничьего) пороха; в производстве спичек.

В медицинской практике применение Серы основано на ее способности при взаимодействии с органических веществами организма образовывать сульфиды и пентатионовую кислоту, от присутствия которых зависят кератолитические (растворяющие — от греч. keras — рог и lytikos -растворяющий), противомикробные и противопаразитарные эффекты.

Сера в организме

В виде органических и неорганических соединений Сера постоянно присутствует во всех живых организмах и является важным биогенным элементом. Ее среднее содержание в расчете на сухое вещество составляет: в морских растениях около 1,2%, наземных — 0,3%, в морских животных 0,5-2%, наземных — 0,5%.

Биологическая роль Серы определяется тем, что она входит в состав широко распространенных в живой природе соединений: аминокислот (метионин, цистеин), и следовательно белков и пептидов; коферментов (кофермент А, липоевая кислота), витаминов (биотин, тиамин), глутатиона и других. Сульфгидрилъные группы (-SH) остатков цистеина играют важную роль в структуре и каталитической активности многих ферментов.

Образуя дисульфидные связи (-S-S-) внутри отдельных полипептидных цепей и между ними, эти группы участвуют в поддержании пространственной структуры молекул белков. У животных Сера обнаружена также в виде органических сульфатов и сульфокислот — хондроитинсерной кислоты (в хрящах и костях), таурохолиевой кислоты (в желчи), гепарина, таурина.

Неорганические соединения Сера в организмах высших животных обнаружены в небольших количествах, главным образом в виде сульфатов (в крови, моче), а также роданидов (в слюне, желудочном соке, молоке, моче). Морские организмы богаче неорганическими соединениями Серы, чем пресноводные и наземные.

Для растений и многих микроорганизмов сульфат (SO42-) наряду с фосфатом и нитратом служит важнейшим источником минерального питания. Перед включением в органические соединения Сера претерпевает изменения в валентности и превращается затем в органических форму в своем наименее окисленном состоянии; таким образом Сера широко участвует в окислительно-восстановительных реакциях в клетках.

В клетках сульфаты, взаимодействуя с аденозинтрифосфатом (АТФ), превращаются в активную форму — аденилилсульфат.

Катализирующий эту реакцию фермент — сульфурилаза (АТФ:сульфат -аденилилтрансфераза) широко распространен в природе. В такой активированной форме сульфонильная группа подвергается дальнейшим превращениям — переносится на другой акцептор или восстанавливается.

Животные усваивают Серу в составе органических соединений. Автотрофные организмы получают всю Серу, содержащуюся в клетках, из неорганических соединений, главным образом в виде сульфатов. Способностью к автотрофному усвоению Серы обладают высшие растения, многие водоросли, грибы и бактерии. (Из культуры бактерий был выделен специальный белок, осуществляющий перенос сульфата через клеточную мембрану из среды в клетку.)

Интересные факты о сере

• Сера составляет почти 3 процента массы Земли. Это достаточно, чтобы сделать две дополнительные луны.
• Сера