Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Содержание в земной коре, % (масс.)Поиск на нашем сайте Свойства серы. Свойства серы Атомный номер Атомная масса 32,066 Изотопы Стабильные 32,33,34,36 Нестабильные 31,35,37 Температура плавления, оС 112,8 (ромбич.) 119,0(монокл.) Температура кипения, оС 444,6 Плотность г\см3 2,06(ромб.),1,957(монокл.) Твердость по шк.Мооса 1,5-2,5 Содержание в земной коре, % (масс.) 0,052 Степень окисления -2,+2,+4,+6(реже-1,0,+1,+3,+5)
32-95,0 33-0,76 34-4,22 36-0,014
1.Месторожд.самор. серы связанные с вулканической деятельностью. 2.Сульфидные месторождения. 3.М-я самородной серы над соляными куполами. 4. Пластообразные и линзообразные тела самородной серы в сульфатных и карбонатных отложениях.
2,6*10-2(1,7*10-2) Ch -2.09 -1*10-2 -3*10-2 -2*10-2 -4*10-2 -3*10-2
S-2.4*10-2 Sh-2.4*10-1 C-1.2*10-1 M-885мг\л
S сера
32,064
-2 +6 +6 1,84 1,04 1,27 0,28 (0,30)
0à+1 10.357
+5à+6 88.0
Сера самородная-100 Пирит-53,4 Пирротин-36-40 и др. сульфиды и сульфаты.
3S23P4
Самородная сера — S. Сера представляет собой пример хорошо выраженного энантиотропного полиморфизма. Для нее характерно несколько модификаций, отличающихся друг от друга строением молекул и некоторыми свойствами. Так, ромбическая и моноклиническая сера всегда состоит из восьмиатомных кольцевидных молекул S8. Различие в свойствах кристаллических модификаций серы обусловлено не числом атомов в молекуле, как например в молекулах кислорода и озона, а неодинаковой структурой кристаллов. На рисунке 5 показан внешний вид кристаллов ромбической и моноклинической серы. Ромбическая сера обычно желтого, а моноклиническая бледно-желтого цвета. Третья модификация серы пластическая. Она состоит из нерегулярно расположенных зигзагообразных цепочек Sn, где п достигает нескольких тысяч. Другие модификации серы построены из молекул S2 (пурпурная) и S6 (оранжево-желтая).
Сколько бы аллотропных видоизменений ни образовывал химический элемент, при определенных заданных условиях абсолютно устойчивым из них, как правило, оказывается лишь какое-то одно. Для серы самой устойчивой аллотропной модификацией при обычных условиях при нормальном давлении и температуре не выше 95,6°С является ромбическая сера. В нее при комнатной температуре (или близкой к комнатной) превращаются все другие формы. Например, при кристаллизации из расплава серы сначала получаются игольчатые кристаллы моноклинической формы, которые при температуре ниже 95,6°С переходят в ромбические. При температуре выше 95,6°С устойчива моноклиническая сера.
Подобные превращения происходят и с другими модификациями серы. Так, если расплавленную серу вылить в холодную воду, образуется эластичная, во многом похожая на резину коричневая масса. Переход из одной аллотропной формы в другую сопровождается поглощением теплоты: S D S — Q кдж кристал- пласти- лическая ческая Такую пластическую серу можно получить в условиях школьной лаборатории. Она неустойчива и через некоторое время станет хрупкой, приобретет желтый цвет, т. е. постепенно будет превращаться в ромбическую.
Химические свойства. Сера—это порошок желтого цвета. Цвет ее зависит от того, в какой из аллотропических модификаций находится сера (наиболее известны ромбическая и моноклинная сера), а также от температуры. Погруженная в жидкий воздух, сера становится почти белой. Атом серы, имея незавершенный внешний энергетический уровень, может присоединять 2 электрона и проявлять степень окисления –2. Такую степень окисления сера проявляет в соединении с металлами и водородом (Na2S и H2S). Сера в обычных условиях с водородом не соединяется. Лишь при нагревании происходит обратимая реакция: Н2 + S D H2S + 20,92 кдж/моль Равновесие ее при 350°С смещено вправо, а при более высокой температуре - влево. При отдаче или оттягивании электронов к атому более электроотрицательного элемента степень окисления серы может быть +2, +4, +6. При обычных условиях молекула твердой серы состоит из 8 атомов (S8) замыкающихся в кольцо. При нагревании кольцо S8 разрывается. При высоких температурах существуют обрывки цепей: S2 (>900 0C) S2 D 2S(1500 0C). В парах серы существут равновесие между молекулами S8,S6,S4,S2. Все элементы VI группы взаимодействуют с галогенами. Известны галогениды серы, селена и теллура и других элементов группы. Например, хлорид или бромид серы получают при нагревании серы с галогенами в запаянной трубке:
2S+Cl2 = S2Cl2 Хлорид серы S2Cl2 является хорошим растворителем многих химических соединений серы. В частности, в химической промышленности его используют в качестве растворителя серы при вулканизации каучука. Сера с водой и разбавленными кислотами не взаимодействуют, в то время как теллур окисляется водой при температуре 100—160°С: Те + 2Н2О==ТеO2 + 2Н2 # Со щелочами сера взаимодействуют с образованием сульфидов и сульфитов (реакция обратимая): 3S + 6КОН D 2К2S + К2SО4 + ЗH2O Сера – неметалл, это элемент химически активный. Сера, так же как и кислород, взаимодействует со всеми металлами, кроме золота, платины, иридия, с образованием сульфидов. Эти реакции идут обычно при нагревании, но с некоторыми металлами и без нагревания. Так, с ртутью сера вступает в реакцию в обычных условиях при простом соприкосновении веществ. Если в лаборатории разлили ртуть (возникла опасность отравления парами ртути), ее сначала собирают, а те участки, где ртутные капли нельзя извлечь, засыпают порошкообразной серой. Происходит реакция с образованием безвредного сульфида ртути (II), или киновари: Hg+S=HgS Этот элемент вступает в соединения с неметаллами (кроме азота и иода), хотя и не так легко, как с металлами. Степень окисления серы в соединениях меняется от –2 (H2S) до +6 (SO3).
Сингония a-cepj>i ромбическая, вид симметрии ромбо-бипирамидальный — D2h — mmm(3L23PC).
Структурная ячейка содержит 128S. Пространственная группа Dfh — Fddd; а0 = 10,48, b0 = 12,92; с0 = 24,55; а0 : Ьо : с0 = = 0,813 : 1,1 : 1,903. В основе структуры ромбической серы (рис. 101) лежит сложная молекулярная решетка. Элементарная ячейка состоит из 16 электрически нейтральных молекул, объединенных в цепочки замкнутых, зигзагообразных «сморщенных» колец из 8 атомов серы. Расстояние S — S — 2.12А, S8 — S8 = 3,30 А.
Агрегаты и габитус. Сера встречается в виде сплошных и землистых скоплений, а также друз кристаллов, иногда в виде натечных форм й налетов. Часто встречаются хорошо образованные кристаллы бипи-рамидального (удлиненно-бипирамидального и срезанно-бипирамидального) и тетраэдрообразного габитуса (рис. 102), размер которых достигает нескольких сантиметров. Главными формами на кристаллах ромбической серы являются бипирамиды {111}, {113}, призмы {011}, {101} и пинакоид {001}. Менее распространенными, но характерными для некоторых месторождений, являются пинакои-дальные кристаллы (таблитчатого и пластинчатого облика) (см. рис. 102). Изредка встречаются двойники срастания серы по (111), иногда по (011) и (100). Довольно часто кристаллы серы образуют параллельные сростки (рис. 103).
Физические свойства. Оптически положительная; 2V = 69°; ng = 2,240 — 2,245, пт = 2,038, пр = 1,951 — 1,958, ng — np =.0,287. Плавление серы происходит в интервале температур 112—119,3°С (в зависимости от чистоты образца). При этом с увеличением температуры до 155°С вязкость расплава уменьшается и возрастает в тысячи раз в интервале температур 155—187°С. Затем снова наступает спад. Имеется несколько объяснений этого явления. Одно из них таково, С возрастанием температуры от 155 до 187°С, вероятно, происходит значительный рост молекулярной массы. Кольцевые молекулы Ss разрушаются и образуются другие — в виде длинных цепей из нескольких тысяч атомов. Вязкость расплава увеличивается. При 187°С она достигает величины свыше 90 н сек/м2, т. е. почти как у твердого вещества. Дальнейшее повышение температуры ведет к разрыву цепей, и жидкость снова становится подвижной, вязкость расплава уменьшается. При 300°С сера переходит в текучее состояние, а при 444,6°С закипает. В зависимости от температуры в ее парах обнаруживают молекулы S8, S6, S4, S2. При 1760°С пары серы одноатомны. Таким образом, с увеличением температуры число атомов в молекуле постепенно уменьшается: S8 " S6 " S4 " S2 " S Изменение состава молекул вызывает изменение окраски паров серы от оранжево-желтого до соломенно-желтого. Сера в обычных условиях имеет различный цвет (см. выше). Окраска этих веществ обусловлена способностью поглощать какую-то часть спектра белого света. В результате этого они окрашены в какой-нибудь дополнительный (к цвету поглощения лучей) цвет. Дополнительными, или взаимокомпенсирующими, до белого цвета являются следующие пары цветовых сочетаний: красный — голубой, желтый — синий, зеленый — пурпурный и т. д. «Вычитание» какого-либо цвета из белого дает дополнительную окраску вещества. Так, ромбическая сера поглощает синий цвет, поэтому она окрашена в желтый, кристаллический моноклинный селен красного цвета, так как поглощает голубой. Сера совершенно не проводит тока и при трении заряжается отрицательным электричеством, поэтому из нее делают круги электрических машин, в которых электрический заряд возбуждается посредством трения. Очень плохо проводит сера и тепло. Если в ней содержится менее 0,1% примесей, то при согревании куска серы в руке слышится своеобразный треск, и случается, что кусок распадается на части. Это происходит из-за напряжений, возникающих в куске вследствие его неравномерного расширения в связи с малой теплопроводностью серы.
Геохимические свойства. Согласно геохимической таблице В.М.Гольдшмидта сера является халькофильным элементом. В кривой атомных объемов сера занимает восходящую часть кривой. Халькофилы сосредоточены в нижней мантии, образуют сульфидно-оксидную оболочку. Халькофилы имеют ионы с 18- электронной оболочкой. Электроотрицательность атомов ( ЭО) – это способность атомов при вступлении в соединения притягивать электроны. ЭО атомов S6+ = 1571 кДж/ моль Ионный потенциал- соотношение валентности W и ионного радиуса Ri. Гольдшмидт и другие ученые выражали радиусы ионов в ангстремах (1А=0,1 нм). Поэтому формула приобретает вид: I= W/10R WS=6 Ri=0.03 нм I=6/10*0.03=20А При малых значениях I элемент ведет себя как щелочной металл, а при больших - как типичный неметалл. Сера - типичный неметалл. Сера – элемент образующий в земной коре анионы, следовательно является аниногенным. Сера относится к I группе элементов. Для нее характерны газообразные соединения во всех системах земной коры (биосфера, гидротермальные, метаморфические и магматические системы).
Поливалентность (—2; 0; +4; +6), способность давать газообразные (SO2, H2S и др.) и легкорастворимые (SO42- и др.) соединения в сочетании с относительно большим кларком (4,7 • 10 -2 %) определили важную роль S в земной коре, ее влияние на миграцию большой группы элементов — халькофилов. По числу минералов (369) S занимает пятое место после О, Н, Si иСа, а по величине кларка — пятнадцатое. Это свидетельствует о большой способности S к минералообразованию (приблизительно как у Н, Р, Zn, Cl, Ni, V, Сг).В земной коре наибольшее значение имеют две валентности S: (—2) и (+6). Это определяет большую роль окислительно-восстановительных реакций в истории S, значение Аи В барьеров. ( А- окислительный барьер формируется при резком увеличении окисленности среды. Для него на земной поверхности особенно характерна концентрация Fe,Mn,Co. S, Se. В – восстановительный барьер, образующийся при резком увеличении восстпновленности среды). В биосфере подобные реакции имеют биохимическую природу (хотя могут протекать и чисто химическим путем). В земной коре местами нарушаются изотопные отношения 32S/34S, на основе изучения которых решаются различные геологические задачи. Для S характерны как ионные, так и неионные связи (RiSO42- 0,295 нм.) Сульфаты щелочных металлов, Mg, Fe, Zn, Си, Ni, Co, Cd хорошо растворимы, а Са, Sr, Ba, Ra, Pb — плохо. Это имеет большое геохимическое значение. Огромную роль в геохимии земной коры игра-еть плохая растворимость сульфидов тяжелых металлов. В магме S преимущественно рассеяна, из гидротерм осаждаются сульфидные руды Си, Pb, Zn, Fe, Co, Ni и других металлов, имеющие важное промышленное значение. В гипогенных процессах образуется 209 минералов S. Кларки концентрации S контрастны:
Анализ КК показывает, что S—элемент земной коры, в мантии (ультраосновные породы) ее в 5 раз меньше. Она концентрируется в биосфере, осадочных породах, соленых озерах, углях, нефти. Кларк S в живом веществе 5 • 10-2 %, она — важный биоэлемент, входит в состав белков и других органических соединений. Известны организмы — концентраторы S (водоросли, бактерии и др.). В биосфере широко распространено окисление сульфидов с образованием легко - и труднорастворимых сульфатов, которые в свою очередь восстанавливаются с образованием вторичного сероводорода и сульфидов. Известна в биосфере и элементарная сера. Реакции совершаются при участии микроорганизмов. В биосфере образуется свыше 150 минералов S, главным образом сульфатов. Для биосферы характерны круговороты S разных масштабов — от круговорота в пределах ландшафтов до большого круговорота, связывающего материки и океаны (S приносится на материки с атмосферными осадками и возвращается в океан со стоком). Важнейшим концентратором S является мировой океан, в котором ее содержание достигает 8,9 • 10-2 %, т. е. несколько больше, чем в земной коре. По талассофильности (1,9) S занимает четвертое место после CI, Н, Вг (близка к О — 1,8). S — геохимический аккумулятор солнечной энергии, поглощение которой происходит при восстановлении сульфатов, образовании H2S и сульфидов, а выделение — при окислении сульфидов, H2S и элементарной S. Высокий кларк S определяет большие запасы солнечной энергии в сульфидах. В течение всей геологической истории источником S для биосферы были в основном продукты извержения вулканов, содержащие H2S и SO2 (меньше роль изверженных горных пород). Образование кислородной атмосферы в докембрии привело к коренным изменениям в геохимии S — возникла сульфатная форма ее миграции, стали возможны и процессы восстановления сульфатов. Появились сульфатные воды, гипсы и другие сульфаты в озерах и лагунах, в то же время развивалась десульфуризация в илах и подземных водах, накапливались гипергенные сульфиды. Многократно повторяясь, круговорот S приводил ко все большему накоплению обоих полярных продуктов: окисленных соединений — сульфатов и восстановленных — сульфидов. Современная эпоха отмечена наибольшим накоплением тех и других (учитывая сульфаты и сульфиды, захороненные в породах палеозоя, мезозоя и кайнозоя). В ноосфере миграция S ускорилась. По технофильности (4 • 108) S сильно уступает С, С1 и не выделяется в этом отношении из большой группы металлов и неметаллов — РЬ, Си, Sn, Са, Р, N и др. Окисление сульфидов (главным образом пирита) привело к загрязнению окружающей среды (кислые дожди).
Образование и месторождения. Сера широко распространена в природе, ее месторождения возникают: 1) при вулканических извержениях; 2) при поверхностном разложении сульфосолей и сернистых соединений металлов, 3) при раскислении сернокислых соединений (главным образом гипса), 4) при разрушении органических соединений (преимущественно богатых серой асфальтов и нефти), 5) при разрушении органического вещества организмов и 6) при разложении сероводорода (а также SO2) на земной поверхности. Независимо от этих процессов сера образуется за счет сероводорода и иногда SO2 и SO3, являющихся промежуточными продуктами при разложении других сернистых образований. Промышленные месторождения серы представлены тремя типами: 1) вулканические месторождения, 2) месторождения, связанные с окислением сульфидов, и 3) осадочные месторождения. Вулканические месторождения серы возникают путем кристаллизации возгонов. Сера в виде хорошо образованных кристаллов выстилает выходные отверстия фумарол и мелкие трещины и пустоты. Вулканические месторождения серы известны в Италии, Японии, Чили и других вулканических районах. В Советском Союзе они имеются на Камчатке и Кавказе. Месторождения серы, связанные с окислением сульфидов, характерны для зоны окисления сульфидных месторождений. Их образование обусловлено неполным окислением сульфидов и происходит в первую стадию окисления по такой возможной реакции: RS + Fe2(SO4)3 = 2FeSO4+RSO4 + S. Наибольшее значение по запасам имеют месторождения серы, которые возникли при формировании осадочных горных пород. В этих месторождениях исходным веществом для образования серы является сероводород. Окисление сероводорода происходит следующим образом: 2H2S+O2 = 2H2O+2S. Что касается происхождения самого сероводорода и путей его перехода в серу, то большинство ученых рассматривает эти процессы с биохимической точки зрения, связывая их с жизнедеятельностью организмов. В конце XIX столетия был открыт ряд микробов, которым свойственна способность
Са2++SO42-+2C+2Н2О = H2S+Са(НСО3)2 Переход сероводорода в серу может происходить или по реакции 2H2S+ + О2 = 2Н2О + 2S, или же биохимическим путем под влиянием других бактерий, главнейшими среди которых являются Biggiatoa mirabilis Thiospirillum. Эти бактерии, поглощая сероводород, перерабатывают его в серу, которую откладывают внутри своих клеток в виде желтых блестящих шариков. Бактерии живут в озерах, прудах и мелких частях моря и, падая на дно вместе с другими отложениями, дают начало месторождениям серы.
Практическое значение Основным потребителем серы является химическая промышленность. Примерно половина добываемой в мире серы идет на производство серной кислоты, роль которой в химической промышленности велика. Чтобы получить 1 т серной кислоты, нужно сжечь 300 кг серы. Большое количество серы расходуется на производство черного пороха, сероуглерода, различных красителей, светящихся составов и бенгальских огней. Значительную часть мировой добычи серы поглощает бумажная промышленность. Для того чтобы произвести 1 7 целлюлозы, нужно затратить более 100 кг серы. В резиновой промышленности сера применяется для превращения каучука в резину. Свои ценные свойства (упругость, эластичность и др.) каучук приобретает после смешивания его с серой и нагревания до определенной температуры. Такой процесс носит название вулканизации. Последняя может быть горячей и холодной. В первом случае каучук нагревают с серой до 130—160°С. Этот способ был предложен в 1839 г. Ч. Гудиром. Во втором случае процесс ведут без нагревания, обрабатывая каучук хлоридом серы S2C12. Холодная вулканизация была предложена в 1J846 г. А. Парксом. Сущность вулканизации заключается в образовании новых связей между полимерными группами. При этом мостики могут содержать 1, 2, 3 и т. д. атомов серы. Состав, распределение и энергия связей —С—Sn—С— определяют многие важнейшие физико-механические свойства вулканизированных материалов. Если к каучуку присоединяется 0,5—5% серы, то образуется мягкая резина (автомобильные покрышки, камеры, мячи, трубки и т. д.). Присоединение к каучуку 30—50% серы приводит к образованию жесткого неэластичного материала—эбонита. Он представляет собой твердое вещество и является хорошим электрическим изолятором. В сельском хозяйстве сера применяется как в элементарном виде, так и в виде соединений. Установлено, что потребность растений в этом элементе немногим меньше фосфора. Серные удобрения влияют не только на количество, но и качество урожая. Опытами доказано, что серные удобрения влияют на морозостойкость злаков. Они способствуют образованию органических веществ, содержащих сульфогидрильные группы-S-Н. Это приводит к изменению внутренней структуры белков, их гидрофильности, что повышает морозостойкость растений в целом. Применяют серу в сельском хозяйстве и для борьбы с болезнями растений, главным образом винограда и хлопчатника. В медицине используется как элементарная сера, так и ее соединения. Например, мелкодисперсная сера—основа мазей, необходимых для лечения различных грибковых заболеваний кожи. Все сульфамидные препараты, (сульфидин, сульфазол, норсульфазол, сульфодимезин, стрептоцид и др.) —это органические соединения серы, например: Растет количество серы, добываемой из недр земли, из промышленных газов, при очистке топлива. В мире сейчас уже производится на 10% серы больше, чем используется. Ей ищут новые области применения, предполагают использовать в строительной индустрии. В Канаде уже изготовлен серный пенопласт, который будет применен в строительстве шоссейных дорог и при прокладке трубопроводов в условиях вечной мерзлоты. В Монреале построен одноэтажный дом, состоящий из необычных блоков: 70% песка и 30% серы. Приготовляются блоки в металлических формах при температуре спекания 120°С. По прочности и стойкости они не уступают цементным. Защита их от окисления достигается покраской любым синтетическим лаком. Можно сооружать гаражи, магазины, склады и дачи. Появились сведения и о других строительных материалах, содержащих серу. Оказалось, что с помощью серы можно получать отличные асфальтовые покрытия, способные при сооружении автострад заменять трехкратное количество гравия. Такова, к примеру, смесь 13,5% серы, 6% асфальта и 80,5% песка.
Список литературы:
1.Перельман А.И. Геохимия, 1989. 2. Н. А. Смольянинов «Практическое руководство по минералогии» Москва «недра»1972 3. Е. К. Лазаренко «Курс минералогии» Москва «высшая школа» 1971
|
||
|
Последнее изменение этой страницы: 2024-07-06; просмотров: 69; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 216.73.216.156 (0.014 с.) |