Сера. Химические свойства серы. Соединения серы с водородом и кислородом. Нахождение серы в природе. Получение серы. Физические свойства серы. Аллотропные модификации серы.
Сера относится к элементу, находящемуся в VI-й группе главной подгруппы периодической системы Д.И.Менделеева. Его электронная конфигурация атома 1s22s22p63s23p4.
Химические свойства.
1. Свойства простого вещества.
Сера может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Окислителем сера является в первую очередь по отношению к металлам:
S + 2Na = Na2S S + Ca = CaS 3S +2Al = Al2S3
В качестве окислителя сера проявляет свои свойства и при взаимодействии с неметаллами:
S + H2 = H2S 3S + 2P = P2S3 2S + C = CS2
Однако с неметаллами, имеющими электроотрицательность бóльшую, чем у серы, она реагирует в качестве восстановителя:
S +3F2 = SF6 S + Cl2 = SCl2
Сера реагирует со сложными веществами, как правило, окислителями. Причём азотная кислота окисляет её до серной кислоты:
S + 6HNO3 = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
Другие окислители окисляют серу до степени окисления (+4):
S + 2H2SO4 = 3SO2 + 2H2O 3S + 2KClO3 = 3SO2 + 2KCl
По механизму реакции ДИСПРОПОРЦИОНИРОВАНИЯ сера реагирует с щелочами. В процессе этой реакции образуются соединения серы (-2) и (+4):
3S + 6KOH = K2SO3 + 2K2S + 3H2O
Непосредственно с водой сера не реагирует, однако при нагревании подвергается дисмутации в атмосфере водяного пара.
Сера может быть получена в процессе реакций:
SO2 + 2CO = S + 2CO2 Na2S2O3 + 2HCl = S + SO2 + 2NaCl + H2O
Соединение серы (-2) с водородом называется сероводород – H2S. Сероводород – газ без цвета, неприятного запаха, тяжелее воздуха, очень ядовит, мало растворим в воде. Сероводород можно получить различными способами. Oбычно, в лаборатории, сероводород получают, действуя на сульфиды сильными кислотами:
FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S
Для сероводорода и его солей характерны восстановительные свойства:
H2S + SO2 = 3S + 2H2O
В лаборатории сероводород получают:
FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S
Cероводород легко окисляется галогенами, оксидом серы, хлоридом железа (III):
H2S + Cl2 = 2HCl + S 2H2S + SO2 = 2H2O + 3S H2S + 2FeCl3 = 2FeCl2 + S + 2HCl
На воздухе сероводород окисляет серебро, чем и объясняется почернение серебряных изделий со временем:
2H2S + 4Ag + O2 = 2Ag2S + 2H2O
Взаимодействие с кислородом
Оксид серы (IV)
Сернистый газ SO2 – бесцветный газ с удушливым резким запахом. При растворении его в воде (при 00С 1 объем воды растворяет более 70 объемовSO2) образуется сернистая кислотаH2SO3, которая известна только в растворах.
В лабораторных условиях для получения SO2действуют на твердый сульфит натрия концентрированной серной кислотой:
Na2SO3 + 2H2SO4 = 2NaHSO4 + SO2 + H2O
В промышленности SO2получают при обжиге сульфидных руд, например пирита:
Сера горит в кислороде при 280 °С, на воздухе при 360 °С, при этом образуется смесь оксидов:
S + O2 = SO2;
Оксид серы (VI)
Серный ангидрид SO3при комнатной температуре представляет собой бесцветную легко летучую жидкость (tкип=44,80С,tпл=16,80С), которая со временем переходит в асбестовидную модификацию, состоящую из блестящих шелковистых кристаллов. Волокна серного ангидрида устойчивы лишь в запаянном сосуде. Поглощая влагу воздуха, они превращаются в густую бесцветную жидкость – олеум (от лат.oleum– «масло»). Хотя формально олеум можно рассматривать как растворSO3 вH2SO4, на самом деле он представляет собой смесь различных пиросерных кислот:H2S2O7,H2S3O10и т.д. С водойSO3взаимодействует очень энергично: при этом выделяется так много теплоты, что образующиеся мельчайшие капельки серной кислоты создают туман. Работать с этим веществом нужно крайне осторожно.
2S + 3O2 = 2SO3.
Оксид серы (VI) энергично соединяется с водой, образуя серную кислоту:
SO3 + H2O = H2SO4
Нахождение серы в природе
Сера широко распространена в природе. Она составляет 0,05% массы земной коры. В свободном состоянии (самородная сера) в больших количествах встречается в Италии (остров Сицилия) и США. Месторождения самородной серы имеются в Куйбышевской области (Поволжье), в государствах Средней Азии, в Крыму и других районах.
Сера часто встречается в виде соединений с другими элементами. Важнейшими ее природными соединениями являются сульфиды металлов: FeS2– железный колчедан, или пирит;HgS – киноварь и др., а также соли серной кислоты (кристаллогидраты):CaSO4ּ2H2O – гипс,Na2SO4ּ10H2O– глауберова соль,MgSO4ּ7H2O– горькая соль и др.
Физические свойства серы
Природная сера состоит из смеси четырех устойчивых изотопов: ,,,.
Сера образует несколько аллотропных модификаций. Устойчивая при комнатной температуре ромбическая серапредставляет собой желтый порошок, плохо растворимый в воде, но хорошо растворимый в сероуглероде, анилине и некоторых других растворителях. Плохо проводит теплоту и электричество. При кристаллизации из хлороформаCHCl3 или из сероуглеродаCS2 она выделяется в виде прозрачных кристаллов октаэдрической формы. Ромбическая сера состоит из циклических молекулS8, имеющих форму короны. При 1130Cона плавится, превращаясь в желтую легкоподвижную жидкость. При дальнейшем нагревании расплав загустевает, так как в нем образуются длинные полимерные цепочки. А если нагреть серу до 444,60С, она закипает. Выливая кипящую серу тонкой струйкой в холодную воду, можно получить пластическую серу –резиноподобную модификацию, состоящую из полимерных цепочек. При медленном охлаждении расплава образуются темно-желтые игольчатые кристаллы моноклинной серы. (tпл=1190C). Подобно ромбической сере, эта модификация состоит из молекулS8. При комнатной температуре пластическая и моноклинная сера неустойчивы и самопроизвольно превращаются в порошок ромбической серы.