Описание и свойства серы

Сера представляет собой вещество, которое находится в в 16 группе, под третьим периодом и имеет атомный номер – 16. Она может встретиться как в самородном, также и в связанном виде. Обозначается сера литерой S. Известна формула серы – (Ne)3s 2 3p 4 . Сера как элемент входит в состав многих белков.

На фото кристаллы серы

Если говорить о строении атома элемента серы , то на внешней его орбите есть электроны, валентное число которых достигает шести.

Это объясняет свойство элемента быть максимально шестивалентным в большинстве объединений. В структуре природного химического элемента есть четыре изотопа, и это – 32S, 33S, 34S и 36S. Говоря о внешней электронной оболочке, атом имеет схему 3s2 3р4. Радиус атома – 0,104 нанометра.

Свойства серы в первую очередь делятся на физического типа. К нему относится то, что элемент имеет твердый кристаллический состав. Два аллотропических видоизменения – основное состояние, в котором устойчив этот элемент серы.

Первое видоизменение ромбическое, имеющее лимонно-желтую окраску. Его устойчивость ниже, чем 95,6 °С. Второй – моноклинный, имеющий медово-желтую окраску. Его устойчивость колеблется от 95,6 °С и 119,3 °С.

На фото минерал сера

Во время плавки химический элемент стает движущейся жидкостью, имеющей желтый цвет. Она буреет, достигая температуры более 160 °С. А при 190 °С цвет серы превращается в темно-коричневый. После достижения отметки 190 °С наблюдается уменьшение вязкости вещества, которое все же после нагревания 300 °С стает жидкотекучим.

Другие свойства серы:

Практически не проводит тепла и электричества.

Не растворяется при погружении в воду.

Растворима в аммиаке, имеющем безводную структуру.

Также растворима в сероуглероде и других растворителях, имеющих органическую природу.

К характеристике элемента серы важно добавить и ее химические особенности. Она является активной в этом отношении. Если серу нагреть, то она может просто объединяться практически с любым химическим элементом.

На фото образец серы, добытый в Узбекистане

За исключением инертных газов. При контакте с металлами, хим. элемент образовывает сульфиды. Комнатная температура способствует тому, что элемент может вступить в реакцию с . Увеличенная температура способствует увеличению активности серы.

Рассмотрим, как поведение серы с отдельными веществами:

С металлами – является окислителем. Образовывает сульфиды.

С водородом – при высоких температурах – до 200 °С происходит активное взаимодействие.

С кислородом. Образовывается объединения оксидов при температурах до 280 °С.

С фосфором, углеродом – является окислителем. Только при отсутствии воздуха во время реакции.

С фтором – проявляет себя как восстановитель.

С веществами, имеющими сложную структуру – также как восстановитель.

Месторождения и добыча серы

Основной источник для получения серы – ее месторождения. В целом во всем мире насчитывается 1,4 млрд т запасов этого вещества. Ее добывают как при открытом и подземном способе выработки, так и с помощью выплавки из-под земли.

На фото добыча серы в вулкане Кава Иджен

Если применим последний случай, то используется вода, которую перегревают и расплавляют ею серу. В бедных рудах элемент содержится примерно в 12 %. Богатых – 25% и больше.

Распространенные типы месторождений:

Стратиформный – до 60%.

Солянокупольный – до 35 %.

Вулканогенный – до 5%.

Первый тип связан с толщами, несущими название сульфатно-карбонатных. При этом рудные тела, которые имеют мощность до нескольких десятков метров и с размером до сотни метров находятся в сульфатных породах.

Также эти пластовые залежи можно найти посреди пород сульфатного и карбонатного происхождения. Второй тип характеризуется залежами серого цвета, которые приурочиваются к соляным куполам.

Последний тип связывают с вулканами, имеющими молодую и современную структуру. При этом рудный элемент имеет пластообразную, линзовидную форму. В нем сера может содержаться в размере 40 %. Этот тип месторождения распространен в Тихоокеанском вулканическом поясе.

Месторождение серы в Евразии находится в Туркмении, в Поволжье и других местах. Породы серы находят возле левых берегов Волги, которые тянутся от Самары. Ширина полосы пород достигает нескольких километров. При этом их можно найти вплоть до Казани.

На фото сера в горной породе

В Техасе и Луизиане в кровлях соляных куполов находят огромное количество серы. Особо красивые Италийские этого элемента находят Романьи и Сицилии. А на острове Вулькано находят моноклинную серу. Элемент, который был окислен пиритом, нашли на Урале в Челябинской области.

Для добычи серы хим элемента используют разные способы. Все зависит от условия его залегания. При этом, конечно же, особое внимание уделяют безопасности.

Так как вместе с серной рудой скопляется сероводород, то необходимо особо серьезно подходить к любому способу добычи, ведь этот газ ядовитый для человека. Также и сера имеет свойство возгораться.

Чаще всего пользуются открытым способом. Так с помощью экскаваторов снимаются значительные части пород. Затем с помощью взрывов дробится рудная часть. Глыбы отправляются на фабрику для обогащения. Затем – на завод по плавке серы, где и получают серу из концентрата.

На фото сера в порту, привезенная морским транспортом

В случае глубокого залегания серы во многих объемах, используют метод Фраша. Сера расплавляется, находясь еще под землей. Затем, как и нефть выкачивается наружу через пробитую скважину. Такой подход основывается на том, что элемент легко плавится и имеет небольшую плотность.

Также известен способ разделения на центрифугах. Только этот способ имеет недостаток: сера получается с примесями. И тогда необходимо проводить ее дополнительную очистку.

В некоторых случаях используют скважный метод. Другие возможности добычи серного элемента:

Пароводяной.

Фильтрационный.

Термический.

Центрифугальный.

Экстракционный.

Применение серы

Большая часть добытой серы уходит, чтоб изготовить серную кислоту. А роль этого вещества очень огромная в химическом производстве. Примечательно, что для получения 1 тонны серного вещества необходимо 300 кг серы.

Бенгальские огни, которые ярко светятся и имеют много красителей, также производятся с помощью серы. Бумажная промышленность – это еще одна область, куда уходит значительная часть добытого вещества.

На фото серная мазь

Чаще всего применение сера находит при удовлетворении производственных нужд. Вот некоторые из них:

Использование в химическом производстве.

Для изготовления сульфитов, сульфатов.

Изготовление веществ для удобрения растений.

Чтоб получить цветные виды металлов.

Для придачи стали дополнительных свойств.

Для изготовления спичек, материалов для взрывов и пиротехники.

Краски, волокна из искусственных материалов – изготовляются при помощи этого элемента.

Для отбеливания ткани.

В некоторых случаях элемент сера входит в мази, которые лечат кожные болезни.

Цена серы

По последним новостям необходимость в сере активно растет. Стоимость на российский продукт равняется 130 долларам. На канадский вариант – 145 долларов. А вот в Ближнем Востоке цены возросли до 8 долларов, что привело к стоимости в 149 долларов.

На фото крупный экземпляр минерала сера

В аптеках можно найти молоту в порошок серу по цене от 10 до 30 рублей. К тому же есть возможность купить ее оптом. Некоторые организации предлагают по невысокой цене приобрести гранулированную техническую газовую серу .

Халькогены — группа элементов, к которой относится сера. Ее химический знак — S — первая буква латинского названия Sulfur. Состав простого вещества записывают с помощью этого символа без индекса. Рассмотрим основные моменты, касающиеся строения, свойств, получения и применения данного элемента. Характеристика серы будет представлена максимально подробно.

Общие признаки и различия халькогенов

Сера относится к подгруппе кислорода. Это 16-я группа в современной длиннопериодной форме изображения периодической системы (ПС). Устаревший вариант номера и индекса — VIA. Названия химических элементов группы, химические знаки:

• кислород (О);
• сера (S);
• селен (Se);
• теллур (Te);
• полоний (Po).

Внешняя электронная оболочка вышеперечисленных элементов устроена одинаково. Всего она содержит 6 которые могут участвовать в образовании химической связи с другими атомами. Водородные соединения отвечают составу H 2 R, например, H 2 S — сероводород. Названия химических элементов, образующих с кислородом соединения двух типов: сера, селен и теллур. Общие формулы оксидов этих элементов — RO 2 , RO 3 .

Халькогенам соответствуют простые вещества, которые значительно отличаются по физическим своствам. Наиболее распространенные в земной коре из всех халькогенов — кислород и сера. Первый элемент образует два газа, второй — твердые вещества. Полоний — радиоактивный элемент — редко встречается в земной коре. В группе от кислорода до полония неметаллические свойства убывают и возрастают металлические. Например, сера — типичный неметалл, а теллур обладает металлическим блеском и электропроводностью.

Элемент № 16 периодической системы Д.И. Менделеева

Относительная атомная масса серы — 32,064. Из природных изотопов наиболее распространен 32 S (более 95% по массе). Встречаются в меньших количествах нуклиды с атомной массой 33, 34 и 36. Характеристика серы по положению в ПС и строению атома:

• порядковый номер — 16;
• заряд ядра атома равен +16;
• радиус атома — 0,104 нм;
• энергия ионизации —10,36 эВ;
• относительная электроотрицательность — 2,6;
• степень окисления в соединениях — +6, +4, +2, -2;
• валентности — II(-),II(+), IV(+), VI (+).

Сера находится в третьем периоде; электроны в атоме располагаются на трех энергетических уровнях: на первом — 2, на втором — 8, на третьем — 6. Валентными являются все внешние электроны. При взаимодействии с более электроотрицательными элементами сера отдает 4 или 6 электронов, приобретая типичные степени окисления +6, +4. В реакциях с водородом и металлами атом притягивает недостающие 2 электрона до заполнения октета и достижения устойчивого состояния. в этом случае понижается до -2.

Физические свойства ромбической и моноклинной аллотропных форм

При обычных условиях атомы серы соединяются между собой под углом в устойчивые цепи. Они могут быть замкнуты в кольца, что позволяет говорить о существовании циклических молекул серы. Состав их отражают формулы S 6 и S 8 .

Характеристика серы должна быть дополнена описанием различий между аллотропными модификациями, обладающими разными физическими свойствами.

Ромбическая, или α-сера — наиболее стабильная кристаллическая форма. Это ярко-желтые кристаллы, состоящие из молекул S 8 . Плотность ромбической серы составляет 2,07 г/см3. Светло-желтые кристаллы моноклинной формы образованы β-серой с плотностью 1,96 г/см3. Температура кипения достигает 444,5°С.

Получение аморфной серы

Какого цвета сера в пластическом состоянии? Это темно-коричневая масса, совершенно не похожая на желтый порошок или кристаллы. Для ее получения нужно расплавить ромбическую или моноклинную серу. При температуре выше 110°С образуется жидкость, при дальнейшем нагревании она темнеет, при 200°С становится густой и вязкой. Если быстро вылить расплавленную серу в холодную воду, то она застынет с образованием зигзагообразных цепей, состав которых отражает формула S n .

Растворимость серы

Некоторые модификации в сероуглероде, бензоле, толуоле и жидком аммиаке. Если медленно охладить органические растворы, то образуются игольчатые кристаллы моноклинной серы. При испарении жидкостей выделяются прозрачные лимонно-желтые кристаллы ромбической серы. Они хрупкие, их легко можно смолоть в порошок. Сера не растворяется в воде. Кристаллы опускаются на дно сосуда, а порошок может плавать на поверхности (не смачивается).

Химические свойства

В реакциях проявляются типичные неметаллические свойства элемента № 16:

• сера окисляет металлы и водород, восстанавливается до иона S 2- ;
• при сгорании на воздухе и кислороде образуются ди- и триоксид серы, которые являются ангидридами кислот;
• в реакции с другим более электроотрицательным элементом — фтором — сера тоже теряет свои электроны (окисляется).

Свободная сера в природе

По распространенности в земной коре сера находится на 15 месте среди химических элементов. Среднее содержание атомов S в составляет 0,05% от массы земной коры.

Какого цвета сера в природе (самородная)? Это светло-желтый порошок с характерным запахом или желтые кристаллы, обладающие стеклянным блеском. Залежи в виде россыпи, кристаллические пласты серы встречаются в районах древнего и современного вулканизма: в Италии, Польше, Средней Азии, Японии, Мексике, США. Нередко при добыче находят красивые друзы и гигантские одиночные кристаллы.

Сероводород и оксиды в природе

В районах вулканизма на поверхность выходят газообразные соединения серы. Черное море на глубине свыше 200 м является безжизненным из-за выделения сероводорода H 2 S. Формула оксида серы двухвалентной — SO 2 , трехвалентной — SO 3 . Перечисленные газообразные соединения присутствуют в составе некоторых месторождений нефти, газа, природных вод. Сера входит в состав каменного угля. Она необходима для построения многих органических соединений. При гниении белков куриного яйца выделяется сероводород, поэтому часто говорят, что у этого газа запах тухлых яиц. Сера относится к биогенным элементам, она необходима для роста и развития человека, животных и растений.

Значение природных сульфидов и сульфатов

Характеристика серы будет неполной, если не сказать, что элемент встречается не только в виде простого вещества и оксидов. Наиболее распространенные природные соединения — это соли сероводородной и серной кислот. Сульфиды меди, железа, цинка, ртути, свинца встречаются в составе минералов сфалерита, киновари и галенита. Из сульфатов можно назвать натриевую, кальциевую, бариевую и магниевую соли, которые образуют в природе минералы и горные породы (мирабилит, гипс, селенит, барит, кизерит, эпсомит). Все эти соединения находят применение в разных отраслях хозяйства, используются как сырье для промышленной переработки, удобрения, стройматериалы. Велико медицинское значение некоторых кристаллогидратов.

Получение

Вещество желтого цвета в свободном состоянии встречается в природе на разной глубине. При необходимости серу выплавляют из горных пород, не поднимая их на поверхность, а нагнетая на глубину перегретый и Еще один метод связан с возгонкой из раздробленных горных пород в специальных печах. Другие способы предусматривают растворение сероуглеродом или флотацию.

Потребности промышленности в сере велики, поэтому для получения элементарного вещества используются его соединения. В сероводороде и сульфидах сера находится в восстановленной форме. Степень окисления элемента равна -2. Проводят окисление серы, повышая это значение до 0. Например, по методу Леблана сульфат натрия восстанавливают углем до сульфида. Затем из него получают сульфид кальция, обрабатывают его углекислым газом и парами воды. Образующийся сероводород окисляют кислородом воздуха в присутствии катализатора: 2H 2 S + O 2 = 2H 2 O +2S. Определение серы, полученной разными способами, порой дает низкие показатели чистоты. Рафинирование или очистку проводят дистилляцией, ректификацией, обработкой смесями кислот.

Применение серы в современной промышленности

Сера гранулированная идет на различные производственные нужды:

1. Получение серной кислоты в химической промышленности.
2. Производство сульфитов и сульфатов.
3. Выпуск препаратов для подкормок растений, борьбы с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур.
4. Серосодержащие руды на горно-химических комбинатах перерабатывают для получения цветных металлов. Сопутствующим производством является сернокислотное.
5. Введение в состав некоторых сортов сталей для придания особых свойств.
6. Благодаря получают резину.
7. Производство спичек, пиротехники, взрывчатых веществ.
8. Использование для приготовления красок, пигментов, искусственных волокон.
9. Отбеливание тканей.

Токсичность серы и ее соединений

Пылевидные частицы, обладающие неприятным запахом, раздражают слизистые оболочки носовой полости и дыхательных путей, глаза, кожу. Но токсичность элементарной серы считается не особенно высокой. Вдыхание сероводорода и диоксида может вызвать тяжелое отравление.

Если при обжиге серосодержащих руд на металлургических комбинатах отходящие газы не улавливают, то они поступают в атмосферу. Соединяясь с каплями и парами воды, оксиды серы и азота дают начало так называемым кислотным дождям.

Сера и ее соединения в сельском хозяйстве

Растения поглощают сульфат-ионы вместе с почвенным раствором. Снижение содержания серы ведет к замедлению метаболизма аминокислот и белков в зеленых клетках. Поэтому сульфаты применяют для подкормок сельскохозяйственных культур.

Для дезинфекции птичников, подвалов, овощехранилищ простое вещество сжигают или обрабатывают помещения современными серосодержащими препаратами. Оксид серы обладает антимикробными свойствами, что издавна находит применение в производстве вин, при хранении овощей и фруктов. Препараты серы используют в качестве пестицидов для борьбы с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур (мучнистой росой и паутинным клещом).

Применение в медицине

Большое значение изучению лечебных свойств желтого порошка придавали великие врачеватели древности Авиценна и Парацельс. Позже было установлено, что человек, не получающий достаточное количество серы с пищей, слабеет, испытывает проблемы со здоровьем (к ним относятся зуд и шелушение кожи, ослабление волос и ногтей). Дело в том, что без серы нарушается синтез аминокислот, кератина, биохимических процессов в организме.

Медицинская сера включена в состав мазей для лечения заболеваний кожи: акне, экземы, псориаза, аллергии, себореи. Ванны с серой могут облегчить боли при ревматизме и подагре. Для лучшего усвоения организмом созданы водорастворимые серосодержащие препараты. Это не желтый порошок, а мелкокристаллическое вещество белого цвета. При наружном использовании этого соединения его вводят в состав косметического средства для ухода за кожей.

Гипс давно применяется при иммобилизации травмированных частей тела человека. назначают как слабительное лекарство. Магнезия понижает артериальное давление, что используется в лечении гипертонии.

Сера в истории

Еще в глубокой древности неметаллическое вещество желтого цвета привлекало внимание человека. Но только в 1789 году великий химик Лавуазье установил, что порошок и кристаллы, найденные в природе, состоят из атомов серы. Считалось, что неприятный запах, возникающий при ее сжигании, отпугивает всякую нечисть. Формула оксида серы, который получается при горении, — SO 2 (диоксид). Это токсичный газ, его вдыхание опасно для здоровья. Несколько случаев массового вымирания людей целыми деревнями на побережьях, в низинах ученые объясняют выделением из земли либо воды сероводорода или диоксида серы.

Изобретение черного пороха усилило интерес к желтым кристаллам со стороны военных. Многие битвы были выиграны благодаря умению мастеров соединять серу с другими веществами в процессе изготовления Важнейшее соединение — серную кислоту — тоже научились применять очень давно. В средние века это вещество называли купоросным маслом, а соли — купоросами. Медный купорос CuSO 4 и железный купорос FeSO 4 до сих пор не утратили своего значения в промышленности и сельском хозяйстве.

СЕРА

Растворяем серу

Сера, которая, как известно, не растворяется в воде и в незначительных количествах растворяется в бензоле, спирте или эфире, прекрасно растворяется в сероуглероде cs2.

Если медленно испарять на часовом стекле раствор небольшого количества серы в сероуглероде, то получим крупные кристаллы так называемой ромбической или а-серы. Но не будем забывать об огнеопасности и ядовитости сероуглерода, поэтому потушим все горелки и поставим часовое стекло под тягу или перед окном.

Другая форма - моноклинная или b-cepa получится, если терпеливо выкристаллизовывать из толуола иглы длиной около 1 см (толуол также огнеопасен!).

Получение сероводорода и опыты с ним

Поместим в пробирку немного (с горошину) полученного сульфида железа и добавим разбавленной соляной кислоты. Вещества взаимодействуют с бурным выделением газа:

fes + 2hcl = h2s + fecl2

Из пробирки доносится неприятный запах тухлых яиц - это улетучивается сероводород. Если его пропустить через воду, то он частично растворится. Образуется слабая кислота, раствор которой часто называют сероводородной водой.

При работе с сероводородом надо соблюдать чрезвычайную осторожность, так как газ почти так же ядовит, как синильная кислота hcn. Он вызывает паралич дыхательных путей и смерть, если концентрация сероводорода в воздухе составляет 1,2-2,8 мг/л.

Химически сероводород обнаруживают с помощью влажной свинцовой реактивной бумаги. Чтобы получить ее, смочим фильтровальную бумагу разбавленным раствором ацетата или нитрата свинца, высушим её и разрежем на полоски шириной 1 см. Сероводород взаимодействует с ионами свинца, в результате образуется чёрный сульфид свинца. Таким способ можно обнаружить сероводород в испорченных продуктах питания (яйцах, мясе).

Мы рекомендуем получать сероводород сухим методом, так как в этом случае поток газа можно легко регулировать и перекрыть в нужное время. Для этой цели расплавим в фарфоровой чашке около 25 г парафина и смешаем с расплавом 15 г серы. Затем уберём горелку и будем перемешивать массу до застывания. Твердую массу размельчим и сохраним для дальнейших опытов.

Когда надо получить сероводород, несколько кусочков смеси парафина и серы нагреем в пробирке до температуры выше 170°С. При повышении температуры выход газа усиливается, а если убрать горелку - прекращается. В процессе реакции водород парафина взаимодействует с серой, в результате чего образуется сероводород, а в пробирке остаётся углерод, например:

c40h82 + 41s = 41h2s + 40c

Получаем сульфиды

Чтобы рассмотреть окраску выпадающих в осадок сульфидов металлов, пропустим сероводород через растворы различных солей металлов. Сульфиды марганца, цинка, кобальта, никеля и железа выпадут, еcли в растворе создать щелочную среду (например, добавив гидроксид аммония). В солянокислом растворе выпадут сульфиды свинца, меди, висмута, кадмия, сурьмы и олова.

Горение сероводорода

Сделав предварительно пробу на гремучий газ, подожжем сероводород, выходящий из оттянутой на конце стеклянной трубки. Сероводород горит с появлением бледного пламени с голубым ореолом:

ЗН2s + ЗО2 = 2h2o + 2so2

В результате сгорания возникает оксид серы (iv) или серрнистый газ. Его легко определить по резкому запаху и по покраснению влажной голубой лакмусовой бумажки. При недостаточном доступе кислорода сероводород окисляется только до серы. Активный уголь каталитически ускоряет этот процесс. Этим способом часто пользуются при тонкой очистке промышленных газов, содержание серы в которых не должно превышать 25 г/м3:

2h2s + О2 = 2Н2О + 2s

Нетрудно воспроизвести этот процесс. Схема установки изображена на рисунке. Главное заключается в том, что пропустить через активный уголь воздух и сероводород в отношении 1: 3. На угле выделится желтая сера.

Активный уголь можно очистить от серы, промыв его в сероуглероде. В технике для этой цели применяют чаще всего раствор сульфида аммония (nh4)2s.

Эксперименты с сернистой кислотой

Оксид серы (iv) - сернистый газ - чрезвычайно хорошо растворяется в воде, в результате этого образуется сернистая кислота:

h2o + so2 = h2so3

Она убивает микробы и обладает отбеливающим действие;. На пивоваренных и винодельческих заводах серой окуривав бочки. Сернистым газом отбеливают также корзины из ивовых прутьев, влажную шерсть, солому, хлопок и шелк. Пятна

От черники, например, выводятся, если долгое время держать увлажненное загрязненное место в "парах" горящей серы.

Проверим отбеливающее действие сернистой кислоты. Для этого цилиндр, где некоторое время горели кусочки серы, опустим различные окрашенные предметы (цветы, влажные кусочки ткани, важную лакмусовую бумагу и т. д.), хорошо закроем цилиндр стеклянной пластинкой и некоторое время подождем.

Тот, кто когда-нибудь изучал атомное строение элементов, знает, что в атоме серы на внешней орбите имеется шесть так называемых валентных электронов. Поэтому сера максимально может быть в соединениях шестивалентной. Этой степени окисления соответствует оксид серы (vi) с формулой so3. Он является ангидридом серной кислоты:

h2o + so3 = h2so4

При сгорании серы в обычных условиях всегда получается оксид серы (iv). А если и образуется некоторое количество оксида серы (vi), то чаще всего он тотчас же разлагается под действием тепла на оксид серы (iv) и кислород:

2so3 = 2so2 + o2

При производстве серной кислоты главной проблемой является превращение sО2 в so3. Для этой цели сейчас используются два способа: камерный (или улучшенный - башенный) и контактный. (см. опыт "Получение серной кислоты)

Получение серной кислоты

Камерный способ

Заполним оксидом серы (iv) so2 большой сосуд (круглодонную колбу на 500 мл), поместив в него на некоторое время горящие кусочки серы или подведя газ из аппарата, где он образуется. Оксид серы (iv) можно также относительно легко получить, капая концентрированную серную кислоту в концентрированный раствор сульфита натрия na2so3. При этом серная кислота, как более сильная, вытеснит слабую кислоту из ее солей.

Когда колба заполнится газом, закроем ее пробкой с тремя отверстиями. В одно, как показано на рисунке, вставим согнутую под прямым углом стеклянную трубку, соединенную с боковым отводом пробирки, в которой при взаимодействии кусочков меди и азотной кислоты образуется оксид азота (iv):

4hno3 + Сu = cu(no3)2 + 2h2o + 2no2

Концентрация кислоты должна составлять около 60% (масс.). Внимание! no2 - сильный яд!

В другое отверстие введем соединенную с пробиркой стеклянную трубку, через которую позже пойдет водяной пар.

В третье отверстие вставим короткий кусок трубки с бунзеновским клапаном - коротким куском резинового шланга с прорезью. Сначала создадим сильный приток- в колбу окси азота. (Осторожно! Яд!) Но реакция пока не идет. В колбе находится смесь коричневого no2 и бесцветного so2. К только мы пропустим водяной пар, изменение окраски укажет на то, что реакция началась. Под действием водяного пара оксид азота (iv) окисляет оксид серы (iv) до оксида серы (vi), который Тотчас же, взаимодействуя с водяным паром, превращаясь в серную кислоту:

2no2 + 2so2 = 2no + so3

На дне колбы соберется бесцветный конденсат, а излишек газа и паров уйдет через бунзеновский клапан. Выльем бесцветную жидкость из колбы в пробирку, проверим кислую реакцию лакмусовой бумажкой и обнаружим сульфат-ион so42- полученной серной кислоты, добавив раствор хлорид бария. Толстый белый осадок сульфата бария укажет нам успешное проведение опыта.

По этому принципу, но в гораздо большем масштабе, получают серную кислоту в технике. Раньше реакционные камер были футерованы свинцом, так как он устойчив при воздействии паров серной кислоты. В современных башенных установках применяют реакторы на керамической основе. Но большее количество серной кислоты производят сейчас по контактному способу.

Контактный способ

При производстве серной кислоты применяют различное сыры Чистая сера стала применяться в только в 60-х годах. В большинстве случаев на предприятиях получают оксид серы (iv) обжигом сульфидных руд. Во вращающейся трубчатой печи или в многоярусной печи пирит взаимодействует с кислородом воздуха по следующему уравнению:

4fes2 + 11О2 = Зfe2o3 + 8so2

Образующийся оксид железа (iii) удаляется из печи в виде окалины и перерабатывается далее на предприятиях по получению чугуна. Растолчем в ступке несколько кусочков пирита и поместим их в трубку из тугоплавкого стекла, которую закроем пробкой с отверстием. Затем горелкой сильно нагреем трубку, одновременно пропуская через нее воздух с помощью резиновой груши. Для того чтобы осела летучая пыль из обжигового газа, отведем его в пустой стеклянный сосуд, а из него - во вторую тугоплавкую трубку, в которой находится катализатор, нагретый до 400-500 °С. В технике чаще всего в качестве катализатора используют оксид ванадия (v) v2o5 или ванадат натрия navo3, а мы для этой цели применим красный оксид железа (iii) fe2О3. Нанесем мелкоизмельченный оксид железа на стеклянную вату, которую распределим в трубке слоем Длиной 5 см. Трубку с катализатором нагреем до начала красного каления. На катализаторе оксид серы (iv) взаимодействует с кислородом воздуха; в результате образуется оксид серы (vi)

2so2 + o2 = 2so3

который мы различим по его способности образовывать туман во влажном воздухе. Соберем so2 в пустой колбе и, сильно отряхивая, смешаем с небольшим количеством воды. Получим серную кислоту - ее наличие докажем, как и в предыдущем способе.

Можно также поместить разделенные стеклянной ватой и катализатор в одну из стеклянных трубок. Можно работать и в пробирке с боковым отводом. Положим на пробирки пирит, на него слой стеклянной ваты, а затем стеклянную вату с катализатором. Воздух введем сверху в трубку, которая должна подходить вплотную к катализатору. На боковом отводе укрепим согнутую под углом трубку, которая ведет в пробирку.

Если нет пирита, то в пробирке с боковым отводом получим оксид серы (iv) из сульфита или гидросульфита натри серной кислоты, и затем пропустим над катализатором полученный газ вместе с потоком воздуха или кислорода. В качестве катализатора можно применить также оксид хрома (Ш) который следует прокалить в железном тигле и тонко растолочь в ступке. Для этой же цели можно пропитать раствором су фата железа (ii) глиняный черепок и затем сильно прокалить его. На глине при этом образуется тонкий порошок оке железа (iii).

Кислота из гипса

Если сульфидов металлов мало (как, например, в Германии) исходными продуктами для получения серной кислоты может служить ангидрит caso4 и гипс caso4-h2o. Метод получения оксида серы (iv) из этих продуктов был разработан Мюллером и Кюне еще 60 лет, назад.

Способы получения серной кислоты из ангидрита будут иметь значение и в будущем, так как серная кислота является самым распространенным химическим продуктом. Сульфаты можно разложить, применяя высокую (до 2000 °С) температуру. Мюллер установил, что температуру разложения сульфата кальция можно снизить до 1200 °С, если добавить тонкоизмельченный кокс. Сначала, при 900 °С, кокс восстанавливает сульфат кальция до сульфида, а тот в свою очередь при температуре 1200 °С взаимодействует с неразложившимся сульфатом; при этом образуется оксид серы (iv) и негашенная известь:

caso4 + 2c = cas + 2co2

cas + 3caso4 = 4cao + 4so2

Разложить сульфат кальция в лабораторных условиях удастся только при применении соответствующей высокой температуры. Будем работать с аппаратурой, подобной той, какая была использована при обжиге пирита, только трубку для сгорания возьмем фарфоровую или железную. Закрой трубку пробками, обернутыми для теплоизоляции асбестовой тканью. В отверстие в первой пробке вставим капилляр, а во второй-простую стеклянную трубку, которую соединим: промывной склянкой, наполненной наполовину водой или раствором фуксина.

Реакционную смесь приготовим следующим образом. Растолчем в ступке 10 г гипса, 5 г каолина (глина) и 1,5 г активного порошкообразного угля. Смесь высушим, нагревая некоторое время при 200 °С в фарфоровой чашке. После охлаждения (лучше всего в эксикаторе) внесем смесь в середину трубки для сжигания. При этом обратим внимание на то, чтобы она не заполнила все поперечное сечение трубки. Затем сильно нагреем трубку с помощью двух горелок (одна снизу, вторая наклонно сверху) и, когда трубка накалится, пропустим через всю систему не слишком сильный поток воздуха. Уже через 10 минут, благодаря образованию сернистой кислоты, раствор фуксина в промывной склянке обесцветится. Выключим водоструйный насос и прекратим нагревание.

Получить высокую температуру мы можем также, если обмотаем как можно плотнее фарфоровую трубку нагревательной спиралью на 750-1000 Вт (см. рисунок). Концы спирали соединим с толстой медной проволокой, которую также многократно обмотаем вокруг трубки, а затем изолируем с помощью фарфоровых бусинок и подведем к штекеру. (Осторожно при работе с напряжением 220 В!) Естественно, в качестве источника нагрева может пригодиться также стеклодувная горелка или паяльная лампа.

В технике работают со смесью ангидрита, кокса, глины, песка и колчеданного огарка fe2o3. Червячный транспортер сдает смесь в 70-метровую вращающуюся трубчатую печь, где сжигают пылевидный уголь. Температура в концевой части печи, в месте горения, составляет примерно 1400 °С. При этой температуре образующаяся в ходе реакции негашеная известь сплавляется с глиной, песком и колчеданным огарком в результате получается цементный клинкер. Остывший клинкер размалывают и смешивают с несколькими процентами гипса. Получившийся в результате высококачественный портландцемент поступает в продажу. При тщательном проведении и контроле процесса из 100 т ангидрита (плюс глина, песок, kокс и колчеданный огарок) можно получить около 72 т cepной кислоты и 62 т цементного клинкера.

Серную кислоту можно получать также из кизерита (сульфата магния mgso4 -Н2О).

Для опыта воспользуемся такой же установкой, как и для разложения гипса, но трубку на этот раз возьмем из тугоплавкого стекла. Реакционную смесь получим, прокалив в фарфоровой чаше 5 г сульфата магния, а в железном тигле с крышкой-0,5 г активного угля, и затем смешав их и растет в ступке до пылеобразного состояния. Перенесем смесь в фарфоровую лодочку и поместим ее в реакционную трубку.

Белая масса, которая получится в конце опыта в фарфор вой лодочке, состоит из оксида магния. В технике его перерабатывают в цемент Сореля, являющийся основой для производства ксилолита.

Получение таких важных для строительной промышленности производных продуктов, как цементный клинкер и ксилолит, делает производство серной кислоты из местного сырья особенно экономичным. Переработка промежуточных и побочных продуктов в ценное сырье или конечные продукты является важным принципом химической промышленности.

Получим ксилолит

Смешаем равные части оксида магния и опилок с растворе хлорида магния и слой образовавшейся кашицы толщине около 1 см нанесем на подложку. Через 24-48 ч масса затвердеет, как камень. Она не горит, ее можно сверлить, пилить прибивать гвоздями. При строительстве домов ксилолит применяют как материал для полов. Древесное волокно, затвердевшее без заполнения промежутков с цементом Сореля (магнизиальным цементом), спрессованное и склеенное в плиты используется в качестве легкого, тепло- и звуконепроницаемого строительного материала (плиты Гераклита).

Сера и её соединения.

Оборудование, реактивы:

Сера (мелкие кусочки), сера (порошок), железо восстановленное, сульфит натрия сухой, концентрированная серная кислота, медь, гидроксид натрия, фенолфталеин, фуксин, сахар, перманганат калия кристаллический, спирт, оксид меди (II).

Пробирки больших - 5 шт, маленьких - 6 шт, штатив под пробирки, штатив сборный, ступка и пестик, маленький тигель, маленькая колба с газоотводной трубкой и капельной воронкой, стакан маленький, стеклянные палочки для перемешивания, колбы, вата, фарфоровые чашки, плитка электрическая.

Сера и её свойства

Особенности плавления серы.

В пробирку на 1/3 ее объема кладут мелкие кусочки серы (серный цвет для этих целей менее пригоден, так как при его плавлении наблюдается сильное вспенивание). Пробирку с серой нагревают до расплавления серы (119 "С). При дальнейшем нагревании сера темнеет и начинает загустевать (максимальное загустевание при 200"С). В этот момент пробирку на мгновение опрокидывают отверстием вниз, и сера не выльется. Еще при более сильном нагревании сера снова разжижается, а при 445"С кипит. Кипящую серу выливают в стакан или кристаллизатор с водой, делая при этом пробиркой круговое движение. В воде застывает пластическая сера. Если вынуть ее из воды (при помощи стеклянной палочки), то она растягивается подобно резине.

Реакция соединения серы и железа.

а) Опыт проводят в пробирке. Сначала готовят смесь веществ в соотношении 7: 4

(Аr(Fe): Аr(S) = 56: 32). Например, достаточно взять 3,5 г железа и 2 г серы. В полученной смеси различимы отдельные частицы серы, железа и цвет этих веществ. Если немного смеси бросить в стакан с водой, то сера всплывает (не смачивается водой), а железо тонет (смачивается водой).

Смесь можно разделить магнитом. Для этого к смеси на часовом стекле или стеклянной пластине, покрытой бумагой, подносят магнит, который притягивает железо, сера остается на часовом

стекле. Смесь переносят в пробирку, которую закрепляют в лапке штатива слегка наклонно и нагревают. Достаточно добиться начала реакции (раскаления докрасна) в одном месте смеси в - и реакция продолжается сама собой (процесс экзотермический). Для извлечения полученного сульфида железа разбивают пробирку. Итак, из двух веществ, если они были взяты в количествах, соответствующих расчетам, получилось одно вещество, имеющее свойства, отличающиеся от свойств исходных веществ.

Возможные неполадки при проведении опыта

1. Для опыта надо брать только восстановленное железо. При использовании обычных опилок реакция не идет, так как каждая крупинка их покрыта тончайшей пленкой оксидов железа, которая

мешает соприкосновению железа с серой.

2. Реакция не пойдет или будут наблюдаться только отдельные вспышки, если смесь плохо перемешана и нет достаточного контакта серы с железом.

3. Реакция не пойдет, если крупинки железа очень велики, следовательно, поверхность соприкосновения его с серой мала.

Оксид серы (IV) и сернистая кислота.

Получение оксида серы (IV) .

а) Колбу с твердым сульфитом натрия закрывают пробкой с капельной воронкой. При приливании концентрированной серной кислоты (кислоту надо приливать по каплям. Когда наблюдается

сильное выделение газа, то приливание кислоты прекращают) выделяется оксид серы (IV). Реакция идет без нагревания.

б) К меди (стружки, опилки или проволока) приливают концентрированную серную кислоту и нагревают. Собирают оксид серы (IV) вытеснением воздуха.

Растворение оксида серы (IV) в воде.

Поставить цилиндр отверстием вверх и заполнить его оксидом серы (IV). Полноту заполнения контролируют как и с углекислым газом горящей лучиной. Цилиндр закрывают стеклянной

пластиной и отверстием вниз опускают в кристаллизатор с водой. При покачивании цилиндра вода постепенно заходит в него. Растворимость оксида серы (IV) в воде очень велика и при комнатных условиях равна в среднем 40 объемам газа на 1 объем воды, что составляет приблизительно 10% по массе. Большая растворимость всегда позволяет учащимся делать вывод, что в таком случае между растворяющимся газом и растворителем происходит химическая

реакция.

Химические свойства сернистой кислоты .

В склянку наливают 100 - 150 мл воды и пропускают в течение нескольких минут оксид серы (IV) так, чтобы раствор имел сильный запах. Такую склянку закрывают пробкой.

а) 1/3 объема пробирки заполняют водой, подкрашенной фуксином. Добавляют к подкрашенной воде сернистую кислоту и размешивают раствор. Сернистая кислота дает бесцветный раствор с органическими красителями. Нагревают раствор до кипения. Окраска фуксина снова восстанавливается. Почему?

Если это хим. соединение и встречается в составе воды открытых водных источников, то в незначительных концентрациях. Его обнаруживают в придонных слоях, где оно образуется из-за затрудненной аэрации и нехватки ветрового перемешивания водных массивов. Происходит данный процесс преимущественно в зимние месяцы, летом же он вызывается интенсивным биохимическим окислением органики, находящейся в толще воды. Избыточная сероводородная насыщенность - это показатель серьезной органической загрязненности водоема.

Следует заметить, что для этого сернистого соединения характерны три формы присутствия в воде:

H 2 S - недиссоциированные молекулы;

HS - ионы гидросульфида;

S 2- - ионы сульфида (данная форма встречается существенно реже других).

Соотношение их концентраций выстраивается на базе значений рН конкретного водного объекта:

рН < 10 (насыщенность сульфидными ионами можно в расчет не принимать);

рН = 7 (H2S и HS- находятся примерно в одинаковой пропорции);

рН = 4 (99.8% сероводорода представляет собой молекулы H 2 S).

К первоочередным поставщикам сульфидов и сероводорода относятся процессы восстановления, протекающие на фоне биохимического окисления и бактериального разложения различных соединений. Особенной интенсивностью отличаются процессы, протекающие в подземных источниках и в придонных слоях открытых водоемов. Естественными катализаторами служат: дефицит кислорода и слабое перемешивание водных масс. В реакцию вступают как соединения органического происхождения, так и вещества, поступающие в хозяйственно-бытовых стоках.

Эти соединения поступают в водные объекты в сливах предприятий металлургии и пищевкусовой отрасли, добавляются со сбросами химических комбинатов. Например, при производстве сульфатной целлюлозы в воду поступает около 0.01-0.014 миллиграммов этих соединений на каждый литр. Значительны также и поступления с нефтеперерабатывающих заводов и с коллекторными городскими стоками. Высокий процент сульфидов и сероводорода примешивается к воде минеральными удобрениями.

Кислородное обогащение и микробиологическая активность быстро снижают сероводородную насыщенность. В результате окисления и жизнедеятельности тионовых, бесцветных и окрашенных серных бактерий в воду выделяются сульфаты и сера. Процесс проходит с высокой интенсивностью - за сутки в литре воды может быть образовано до 0.5 г сероводорода. Данное сернистое соединение отличается токсичностью и неприятным запахом, серьезно ухудшающим органолептические показатели воды. Такую воду нельзя использовать как для питья, так и хозяйственных целей.

ПДК сульфидов и сероводорода для рыбопромысловых водных объектах и водоёмах культурно-бытового пользования отсутствует. Наличие этих веществ недопустимо.

Сульфаты

Эти важнейшие анионы обнаруживаются едва ли ни в любом из водоемов, находящихся на поверхности. Источники поступления в природе - это окисление серы и сульфидов, а также хим. выветривание и растворение гипса и прочих серосодержащих минералов.

2S + 3O 2 + 2H 2 O = 2H 2 SO 4 ;

2FeS 2 + 7O 2 + 2H 2 O = 2FeSO 4 + 2H 2 SO 4 .

Однако у сульфатов существует и множество иных путей поступления в водоемы. Поставщиками этих соединений выступают такие процессы, как отмирание и окисление водных организмов, а также веществ, попадающих в воду с наземными растениями и животными. Они заносятся с подземными стоками. Их выносят стоки от коммунальной и сельскохозяйственной деятельности. Шахтные воды и промышленные сбросы (например, после окисления пирита), где необходимо использование серной кислоты, также богаты сульфатными примесями.

Форма SO 4 2- присуща только для ионного состава воды с малой минерализацией. При увеличении минеральной насыщенности проявляется склонность сульфатов к объединению в устойчивые ассоциировано-нейтральные ионные пары (например, CaSO 4 , MgSO 4). Для сульфата кальция характерен сравнительно невысокий уровень растворимости в воде (L=6.1.10-5 - произведение растворимости), как следствие - при незначительной концентрации сульфата кальция в воде, сульфатные ионы в значительных концентрациях не обнаруживаются. Присутствие иных солевых примесей и низкое содержание кальция могут стать причиной существенного повышения концентрации растворённых сульфатов в воде.

В многоступенчатом круговороте серы сульфатам отведено определённое место. Сульфатредуцирующие бактерии (при кислородном отсутствии) восстанавливают эти соединения до состояния сульфидов и сероводорода, которые будут окислены до сульфатов, как только количество кислорода снова увеличится. Бактерии-гетеротрофы высвобождают серу, содержащуюся в форме сероводорода в протеинах отмерших живых клеток. Сульфаты отфильтровывают из воды автотрофные организмы, например, деревья, чтобы использовать их для построения белков.

Содержание сульфатов разниться для вод разных типов источников. По результатам анализа можно обнаружить:
Реки и пресные озера - 5-10 мг/дм 3 (иногда содержание сульфатов может достигать отметки в 60 мг/дм 3);
Вода дождевая - 1-10 мг/дм 3 .
В пробах, взятых из водных источников, залегающих под землей, уровень насыщенности сульфитами обычно гораздо выше.

Концентрация сульфатов зачастую коррелирует с общим солесодержанием водоема и подвержена ощутимым колебаниям в зависимости от текущего сезона. Из факторов, участвующих в формировании сульфатного режима, наиболее существенными являются перемены в соотношении поверхностного и подземного стоков. Немалое влияние оказывают баланс окислительных и восстановительных процессов, а также антропогенное загрязнение водоёма, содержание органических веществ.

Перенасыщенность сульфатами ухудшает органолептические характеристики. Такая вода опасна своим физиологическим воздействием на организм. Явный слабительный эффект, свойственный сульфатам, стал причиной строгой регламентации их предельно допустимых концентраций (пределы отражены в нормативных актах). Для вкусового порога сульфата магния характерны показатели в 400-600 мг/дм 3 , для сульфата кальция - 250-800 мг/дм 3 . Особой жесткостью отличаются требования к воде, используемой в паросиловых установках (кальций при взаимодействии с сульфатами образует трудноудаляемый осадок - накипь). Присутствие этих соединений в воде для промышленных и питьевых целей может быть полезным, но может наносить и вред.

ПДК питьевая вода - 500 мг/дм 3 ;
ПДК рыб-хоз - 100 мг/дм 3 .

Влияние сульфатов на коррозийные процессы не обнаружено, однако концентрация выше 200 мг/дм 3 чревата вымыванием свинца из свинцовых труб.

Сероуглерод

Обладающее резким запахом прозрачное вещество. Летучая жидкость. Политропный яд, вызывающий интоксикации как острого, так и хронического течения.

Результаты воздействия:

- Поражение периферической и центральной нервных систем;

- Нарушение сердечнососудистой деятельности;

- Поражение органов ЖКТ;

- Нарушения в обмене никотиновой кислотой и витамином В6.

Один из источников попадания этого соединения в открытые водоемы - это производственные сбросы комбинатов, осуществляющих выпуск шелка из вискозы, стоки заводов по изготовлению искусственной кожи, а также отходы многих других технологических циклов. Угнетающе на развитие микрофлоры (сапрофитные формы) сероуглерод влияет уже при концентрации в 30-40 мг/дм 3 . Рыбы способны выдерживать показатель в 100 мг/дм 3 .

ПДК питьевая воды (органолептическое ограничение по показателю вредности) - 1.0 мг/дм 3 ;
ПДК рыб-хоз (токсикологическое ограничение по показателю вредности) - 1.0 мг/дм 3 .

Уважаемые господа, если у Вас имеется потребность коррекции серосодержащих соединений для доведения качества воды до определённых нормативов, сделайте запрос специалистам компании Waterman . Мы разработаем для Вас оптимальную технологическую схему очистки воды.