Физические свойства серы кратко

Обновлено: 05.07.2024

Сера (S) находится в 6 группе периодической таблицы Д.И. Менделеева.

Строение оболочки: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 . Сера – неметалл, в соединениях может выступать в качестве окислителя и в качестве восстановителя.

Физические свойства серы.

Сера S - твердое кристаллическое вещество желтого цвета, нерастворимое в воде. Температура кипения составляет 445°С.

Аллотропия серы.

Аллотропия – существование 2х и более простых форм одного и того же простого химического элемента, различных по строению и свойствам.

Сера, её физические и химические свойства. Биологическое значение серы, её применение (демеркуризация).

СЕРА S

Cера в природе

PbS - свинцовый блеск

Cu2S – медный блеск

ZnS – цинковая обманка

FeS2 – пирит, серный колчедан, кошачье золото

H2S – сероводород (в минеральных источниках и природном газе)

CaSO4 * 2H2O - гипс

MgSO4 * 7H2O – горькая соль (английская)

Na2SO4 *10H2O – глауберова соль (мирабилит)

Твердое кристаллическое вещество желтого цвета , нерастворима в воде, водой не смачивается (плавает на поверхности), t°_кип = 445°С.

Одно из особенных физических свойств серы - флотация, способность мелкого порошка серы всплывать, тогда, как ее крупные кристаллы тонут в воде. Дело в том, что сера не смачивается водой, и ее частички держатся на поверхности воды за счет прилипших к ним мелких пузырьков воздуха. Это свойство используют при отделении самородной серы от примесей. Руду размалывают, заливают водой, а снизу продувают воздухом, сера всплывает, а примеси остаются на дне.

Для серы характерны несколько аллотропных модификаций, но наиболее известные видоизменения: ромбическая (кристаллическая), моноклинная (игольчатая) и пластическая.

Ромбическая (a - сера) - S₈

t°_пл. = 113°C; ρ = 2,07 г/см 3 . Наиболее устойчивая модификация.

Моноклинная (b - сера) - S₈

темно-желтые иглы, t°_пл. = 119°C; ρ = 1,96 г/см3. Устойчивая при температуре более 96°С; при обычных условиях превращается в ромбическую.

коричневая резиноподобная (аморфная) масса. Неустойчива, при затвердевании превращается в ромбическую.

Строение атома серы

Размещение электронов по уровням и подуровням

Основное состояние

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4

Размещение электронов по

орбиталям (последний слой)

В основном состоянии

Первое возбуждённое состояние

Второе возбуждённое состояние

Получение серы

1. Промышленный метод - выплавление из руды с помощью водяного пара.

2. Неполное окисление сероводорода (при недостатке кислорода).

3. Реакция Вакенродера

Химические свойства серы

Сера - окислитель S 0 + 2ē→ S -2

1. Взаимодействие серы со всеми щелочными и щелочноземельными металлами, медью, ртутью, серебром без нагревания:

Ртуть обладает высокой летучестью. Её пары ядовиты. Эта реакция лежит в основе удаления и обезвреживания ртути, например из разбитого медицинского термометра. Места, из которых нельзя извлечь капельки ртути, засыпают порошком серы. Сера и ртуть вступают в реакцию при соприкосновении. В результате образуется химически инертное и безвредное вещество.

Этот процесс называется демеркуризацией

2. Взаимодействие серы c остальными металлами (кроме Au,Pt) при повышенной t°:

3.Взаимодействие серы с некоторыми неметаллами с образованием бинарных соединений:

Сера - восстановитель: S - 4ē → S +4 ;

1. Взаимодействие серы c кислородом:

2. Взаимодействие серы c галогенами (кроме йода):

**Взаимодействие серы с кислотами - окислителями:

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.

Домашнее задание параграф 21; упражнения 1, 3, 4 стр. 99-100.

Закончите уравнения реакций, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель, восстановитель.

№2. Осуществите превращения по схеме:

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!

Соединения серы могут служить лекарственными препаратами;

Сера – основа мази для лечения грибковых заболеваний кожи, для борьбы с чесоткой. Тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ используется для борьбы с нею.

Многие соли серной кислоты содержат кристаллизационную воду: ZnSO₄×7H₂O и CuSO₄×5H₂O. Их применяют как антисептические средства для опрыскивания растений и протравливания зерна в борьбе с вредителями сельского хозяйства.

Железный купорос FeSO₄×7H₂O используют при анемии.

BaSO₄ применяют при рентгенографическом исследовании желудка и кишечника.

Алюмокалиевые квасцы KAI(SO₄)₂×12H₂O - кровоостанавливающее средство при порезах.

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.

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 735.

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 735.

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.

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: 32 S (95,02%), 33 S (0,75%), 34 S (4,21%), 36 S (0,02%). Получены также искусственные радиоактивные изотопы 31 S (T_½ = 2,4 сек), 35 S (T_½ = 87,1 сут), 37 S (Т_½= 5,04 мин) и другие.

Историческая справка

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.

В биосфере происходит круговорот Серы: она приносится на материки с атмосферными осадками и возвращается в океан со стоком. Источником Сера в геологическом прошлом Земли служили главным образом продукты извержения вулканов, содержащие SO2 и H2S. Хозяйственная деятельность человека ускорила миграцию Серы; интенсифицировалось окисление сульфидов.

Физические свойства Серы

Сера — твердое кристаллическое вещество, устойчивое в виде двух аллотропических модификаций. Ромбическая α-S лимонно-желтого цвета, плотность 2,07 г/см 3 , t_пл 112,8 °С, устойчива ниже 95,6 °С; моноклинная β-S медово-желтого цвета, плотность 1,96 г/см 3 , t_пл119,3 °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. t_кип 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.

Сера — плохой проводник тепла и электричества. В воде она практически нерастворима, хорошо растворяется в безводном аммиаке, сероуглероде и в ряде органических растворителей (фенол, бензол, дихлорэтан и других).

Химические свойства Серы

Конфигурация внешних электронов атома S 3s 2 Зр 4 . 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 H₂S_Х, так называемые сульфаны. Известны многочисленные сераорганические соединения.

При нагревании Сера взаимодействует с металлами, образуя соответствующие сернистые соединения (сульфиды) и многосернистые металлы (полисульфиды). При температуре 800-900 °С пары Серы реагируют с углеродом, образуя сероуглерод CS2. Соединения Серы с азотом (N4S4 и N2S5) могут быть получены только косвенным путем.

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:

Затем продувкой воздуха через раствор осаждают Сера в свободном виде:

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:

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 Н_2S 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 входит в состав мази Вилькинсона и других препаратов, применяемых для лечения чесотки. Очищенную и осажденную Серу употребляют в мазях и присыпках для лечения некоторых кожных заболеваний (себорея, псориаз и других); в порошке — при глистных инвазиях (энтеробиоз); в растворах — для пиротерапии прогрессивного паралича и других.

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.

В некоторых железосодержащих белках (например, ферродоксинах) Сера обнаружена в форме кислотолабильного сульфида. Сера способна к образованию богатых энергией связей в макроэргических соединениях.

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 (SO₄ 2- ) 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.)

Большую роль в круговороте Серы в природе играют микроорганизмы — десульфурирующие бактерии и серобактерии. Многие разрабатываемые месторождения Серы — биогенного происхождения. Сера входит в состав антибиотиков (пенициллины, цефалоспорины); ее соединения используются в качестве радиозащитных средств, средств защиты растений.

Читайте также: