Сера 2

Сера

Сера — химический элемент, неметалл.

Светло-желтое хрупкое твердое вещество без запаха

Сера (лат. Sulfur) S, химический элемент VI группы периодической системы Менделеева; атомный номер 16, атомная масса 32,06. Природная С. состоит из четырёх 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_1/2 = 2,4 сек ), ³⁵ S (T_1/2 = 87,1 cym ), ³⁷ S (T_1/2 = 5,04 мин ).

Историческая справка. С. в самородном состоянии, а также в виде сернистых соединений известна с древнейших времён. Она упоминается в Библии, поэмах Гомера и др. С. входила в состав "священных" курений при религиозных обрядах; считалось, что запах горящей С. отгоняет злых духов. С. давно стала необходимым компонентом зажигательных смесей для военных целей, например "греческого огня" (10 в. н. э.). Около 8 в. в Китае стали использовать С. в пиротехнических целях. Издавна С. и её соединениями лечили кожные заболевания. В период арабской алхимии возникла гипотеза, согласно которой С. (начало горючести) и ртуть (начало металличности) считали составными частями всех металлов. Элементарную природу С. установил А. Л.

Физические и химические свойства. С. - твёрдое кристаллическое вещество, устойчивое в виде двух аллотропических модификаций. Ромбическая a-S лимонно-жёлтого цвета, плотность 2,07 г/см³ , t _пл 112,8 °C, устойчива ниже 95,6°C; моноклинная b-S медово-жёлтого цвета, плотность 1,96 г/см³ , t _пл 119,3 °C, устойчива между 95,6 °C и температурой плавления. Обе эти формы образованы восьмичленными циклическими молекулами S₈ с энергией связи S - S 225,7 кдж/моль .

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

Если расплавленную С., нагретую до 250-300 °C, влить тонкой струей в холодную воду, то получается коричнево-жёлтая упругая масса (пластическая С.). Она лишь частично растворяется в сероуглероде, в осадке остаётся рыхлый порошок. Растворимая в CS₂ модификация называется l-S, а нерастворимая - m-S. При комнатной температуре обе эти модификации превращаются в устойчивую хрупкую a-S. t _kип С. 444,6 °C (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°C остаются лишь S₂ , которые приблизительно при 1500°C заметно диссоциируют на атомы. При замораживании жидким азотом сильно нагретых паров С. получается устойчивая ниже - 80°C пурпурная модификация, образованная молекулами S₂ .

С. - 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 др.).

С. химически активна и особенно легко при нагревании соединяется почти со всеми элементами, за исключением N₂ , I₂ , Au, Pt и инертных газов. СO₂ на воздухе выше 300 °C образует окислы: SO₂ - сернистый ангидрид и SO₃ - серный ангидрид , из которых получают соответственно сернистую кислоту и серную кислоту , а также их соли сульфиты и сульфаты (см. также Тиокислоты и Тиосульфаты ). Уже на холоду S энергично соединяется с F₂ , при нагревании реагирует с Cl₂ (см. Серы фториды , Серы хлориды ); с бромом С. образует только S₂ Br₂ , иодиды серы неустойчивы. При нагревании (150 - 200 °C) наступает обратимая реакция с H₂ с получением сернистого водорода . С. образует также многосернистые водороды общей формулы H₂ S_x , т. н. сульфаны. Известны многочисленные сераорганические соединения .

При нагревании С. взаимодействует с металлами, образуя соответствующие сернистые соединения (сульфиды) и многосернистые металлы (полисульфиды). При температуре 800-900 °C пары С. реагируют с углеродом, образуя сероуглерод CS₂ . Соединения С. с азотом (N₄ S₄ и N₂ S₅ ) могут быть получены только косвенным путём.

Получение. Элементарную С. получают из серы самородной, а также окислением сернистого водорода и восстановлением сернистого ангидрида. О способах добычи С. см. Серные руды . Источник сернистого водорода для производства С. - коксовые, природные газы, газы крекинга нефти. Разработаны многочисленные методы переработки H₂ S; наибольшее значение имеют следующие: 1) H₂ S извлекают из газов раствором моногидротиоарсената натрия: