Сярата е доста често срещан химичен елемент в природата (шестнадесети по съдържание в земната кора и шести в естествените води). Има както естествена сяра (свободното състояние на елемента), така и нейните съединения.
Сяра в природата
Сред най-важните естествени сярни минерали са железният пирит, сфалерит, галенит, цинобър, антимонит. Световният океан съдържа главно под формата на калциев, магнезиев и натриев сулфати, които причиняват твърдостта на естествените води.
Как се получава сярата?
Добивът на серни руди се извършва по различни методи. Основният начин за получаване на сяра е да се топи директно на полето.
Откритият рудник включва използването на багери за отстраняване на скални слоеве, които покриват сярната руда. След раздробяване на рудните пластове чрез експлозии, те се изпращат в топилната на сяра.
В промишлеността сярата се получава като страничен продукт от процеси в топилни пещи, по време на рафинирането на нефт. Той присъства в големи количества в природния газ (напрсерен диоксид или сероводород), извличането на които се отлага върху стените на използваното оборудване. Фино диспергираната сяра, уловена от газа, се използва в химическата промишленост като суровина за производството на различни продукти.
Това вещество може да се получи и от естествен серен диоксид. За това се използва методът на Клаус. Състои се в използването на "серни ями", в които се дегазира сярата. Резултатът е модифицирана сяра, широко използвана в асфалтовата индустрия.
Основни алотропни модификации на сярата
Сярата има алотропия. Известни са голям брой алотропни модификации. Най-известните са ромбична (кристална), моноклинна (игловидна) и пластична сяра. Първите две модификации са стабилни, третата се превръща в ромбична, когато се втвърди.
Физични свойства, характеризиращи сярата
Молекулите на орторомбични (α-S) и моноклинни (β-S) модификации съдържат по 8 серни атома, които са свързани в затворен цикъл чрез единични ковалентни връзки.
При нормални условия сярата има ромбична модификация. Това е жълто твърдо кристално вещество с плътност 2,07 g/cm3. Топи се при 113°C. Плътността на моноклинната сяра е 1,96 g/cm3, нейната точка на топене е 119,3 °C.
Когато се разтопи, сярата се разширява и става жълта течност, която става кафява при 160 °C исе превръща в вискозна тъмнокафява маса, когато достигне около 190 °C. При температури над тази стойност вискозитетът на сярата намалява. При около 300 °C той отново преминава в течно течно състояние. Това се дължи на факта, че по време на нагряване сярата полимеризира, увеличавайки дължината на веригата с повишаване на температурата. И когато температурата достигне повече от 190 ° C, се наблюдава разрушаване на полимерните единици.
При естествено охлаждане на сярната стопилка в цилиндрични тигели се образува т. нар. бучка сяра - ромбични кристали с големи размери, имащи изкривена форма под формата на октаедри с частично "изрязани" лица или ъгли.
Ако стопеното вещество се подложи на бързо охлаждане (например със студена вода), тогава може да се получи пластмасова сяра, която е еластична каучукова маса с кафеникав или тъмночервен цвят с плътност 2,046 g /cm 3. Тази модификация, за разлика от ромбичната и моноклинната, е нестабилна. Постепенно (в продължение на няколко часа) променя цвета си в жълт, става крехък и се превръща в ромбичен.
Когато серните пари (силно нагрят) се замразяват с течен азот, се образува нейната лилава модификация, която е стабилна при температури под минус 80 °C.
Сярата практически не се разтваря във водната среда. Въпреки това, той се характеризира с добра разтворимост в органични разтворители. Лош проводник на електричество и топлина.
Точката на кипене на сярата е 444,6 °C. Процесът на кипене е придружен от отделяне на оранжево-жълти пари, състоящи се главно от S8 молекули, които при последващо нагряване се дисоциират, което води до образуването на равновесни форми S 6, S4 и S2. Освен това, при нагряване, големи молекули се разлагат и при температури над 900 градуса двойките се състоят практически само от S2 молекули, разпадащи се на атоми при 1500 ° С.
Какви са химичните свойства на сярата?
Сярата е типичен неметал. химически активен. Окислителните-редуциращите свойства на сярата се проявяват във връзка с различни елементи. При нагряване лесно се комбинира с почти всички елементи, което обяснява задължителното му присъствие в метални руди. Изключенията са Pt, Au, I2, N2 и инертните газове. Окислителните състояния, които съдържат сяра в съединенията са -2, +4, +6.
Свойствата на сярата и кислорода го карат да гори във въздуха. Резултатът от това взаимодействие е образуването на серни (SO2) и сярни (SO3) анхидриди, които се използват за получаване на серни и сярни киселини.
При стайна температура редукционните свойства на сярата се проявяват само по отношение на флуора, при реакцията, с която се образува серен хексафлуорид:
S + 3F2=SF6.
При нагряване (под формата на стопилка) взаимодейства с хлор, фосфор, силиций, въглерод. В резултат на реакции с водород, в допълнение към сероводород, той образува сулфани, комбинирани с общформула H2SX.
Окислителните свойства на сярата се наблюдават при взаимодействие с метали. В някои случаи могат да се наблюдават доста бурни реакции. В резултат на взаимодействие с метали се образуват сулфиди (серни съединения) и полисулфиди (полисярни метали).
При продължително нагряване реагира с концентрирани окисляващи киселини, окислявайки в същото време.
След това разгледайте основните свойства на серните съединения.
Серен диоксид
Серен оксид (IV), наричан още серен диоксид и серен анхидрид, е газ (безцветен) с остър, задушаващ мирис. Той има тенденция да се втечнява под налягане при стайна температура. SO2 е киселинен оксид. Характеризира се с добра разтворимост във вода. В този случай се образува слаба, нестабилна сярна киселина, която съществува само във воден разтвор. В резултат на взаимодействието на серен диоксид с алкали се образуват сулфити.
Има доста висока химическа активност. Най-силно изразени са редуциращите химични свойства на серен оксид (IV). Такива реакции са придружени от повишаване на степента на окисление на сярата.
Окислителните химични свойства на серния оксид се появяват в присъствието на силни редуциращи агенти (като въглероден оксид).
Серен триоксид
Серен триоксид (серен анхидрид) - най-високият серен оксид (VI). При нормални условия това е безцветна летлива течност със задушаваща миризма. Има способността да замръзва при температурипод 16,9 градуса. В този случай се образува смес от различни кристални модификации на твърд серен триоксид. Високите хигроскопични свойства на серния оксид го карат да "пуши" във влажен въздух. В резултат на това се образуват капчици сярна киселина.
Сероводород
Сероводородът е бинарно химично съединение от водород и сяра. H2S е отровен безцветен газ, характеризиращ се със сладникав вкус и мирис на развалено яйце. Топи се при минус 86 °С, кипи при минус 60 °С. Термично нестабилен. При температури над 400 °C, сероводородът се разлага на S и H2. Отличава се с добра разтворимост в етанол. Той е слабо разтворим във вода. В резултат на разтваряне във вода се образува слаба сярна киселина. Сероводородът е силен редуктор.
Запалим. Когато гори във въздуха, може да се наблюдава син пламък. При високи концентрации може да реагира с много метали.
Сярна киселина
Сярна киселина (H2SO4) може да бъде с различна концентрация и чистота. В безводно състояние това е безцветна, без мирис, маслена течност.
Температурата, при която веществото се топи, е 10 °C. Точката на кипене е 296 °C. Разтваря се добре във вода. При разтваряне на сярната киселина се образуват хидрати и се отделя голямо количество топлина. Точката на кипене на всички водни разтвори приналягане 760 mm Hg. Изкуство. надвишава 100 °C. Повишаване на точката на кипене се получава с увеличаване на концентрацията на киселината.
Киселинните свойства на веществото се проявяват при взаимодействие с основни оксиди и основи. H2SO4 е двуосновна киселина, поради което може да образува както сулфати (средни соли), така и хидросулфати (киселинни соли), повечето от които са разтворими във вода.
Свойствата на сярната киселина се проявяват най-ясно в редокс реакциите. Това се дължи на факта, че в състава на H2SO4 сярата има най-висока степен на окисление (+6). Пример за проява на окислителните свойства на сярната киселина е реакцията с мед:
Cu + 2H2SO4 =CuSO4 + 2H 2O + SO2.
Сяра: полезни свойства
Сярата е микроелемент, необходим за живите организми. Той е неразделна част от аминокиселините (метионин и цистеин), ензими и витамини. Този елемент участва във формирането на третичната структура на протеина. Количеството на химически свързана сяра, съдържаща се в протеините, варира от 0,8 до 2,4% тегловни. Съдържанието на елемента в човешкото тяло е около 2 грама на 1 кг тегло (тоест приблизително 0,2% е сяра).
Полезните свойства на микроелемента трудно могат да бъдат надценени. Защитавайки протоплазмата на кръвта, сярата е активен помощник на организма в борбата срещу вредните бактерии. Съсирването на кръвта зависи от неговото количество, тоест елементът помагаподдържат достатъчно ниво. Сярата също играе важна роля за поддържане на нормалните стойности на концентрацията на жлъчката, произвеждана от тялото.
Често наричан "минерал за красота", защото е от съществено значение за поддържането на здрави кожа, нокти и коса. Сярата има способността да предпазва тялото от различни видове негативни въздействия на околната среда. Това помага за забавяне на процеса на стареене. Сярата пречиства тялото от токсини и предпазва от радиация, което е особено важно в момента, предвид настоящата екологична ситуация.
Недостатъчни количества микроелементи в организма могат да доведат до лошо отделяне на токсини, намален имунитет и жизненост.
Сярата е участник в бактериалната фотосинтеза. Той е компонент на бактериохлорофила, а сероводородът е източник на водород.
Сяра: свойства и промишлени приложения
Най-широко използваната сяра е за производство на сярна киселина. Също така, свойствата на това вещество позволяват използването му за вулканизация на каучук, като фунгицид в селското стопанство и дори като лекарство (колоидна сяра). Освен това сярата се използва за производството на кибрити и пиротехнически състави, тя е част от сярно-битумните състави за производство на серен асфалт.
