Властивості сірки
СІРКА (Sulfur), S – хім. елемент VI групи періодичної системи елементів; ат. н. 16, ат. м. 32,06. Світло-жовті ромбічні кристали. У з’єднаннях виявляє ступеня окислення -2, +2, + 3Сера, +4, +5 і +6. Природна С. складається з стабільних ізотопів 32S (95,02%), 33S (0,75%), 34S (4,21%) і 36S (0,02%). Відомі штучні радіоактивні ізотопи 29S, 30S, 31S, 36S, 37S
і 38S з періодами напіврозпаду відповідно 0,195; 1,35 і 2,40- 3,18 сек; 87,9 днів; 5,04 і 172 хв. С. застосовували з давніх часів для виготовлення косметичних засобів, медіпрепаратов, фарб, відбілювання тканин, дезинфекції і т. д.. П. За поширеністю в природі С. займає 15 місце серед ін. Елементів.
Її вміст в земній корі 5 х 10-2%, у світовому океані 9 х 10-2%. У природі зустрічається у вигляді сірки самородної і у вигляді сполук, напр. сульфідів (антимонита Sb2S3, аргентиту Ag2S, арсенопіріта FeAsS, галеніту PbS, кобальтина CoAsS, Коваль CuS, кіноварі HgS, піриту FeS2) і сульфатів (ангідриту CaS04, бариту BaS04, гіпсу CaS04-2H20). Крім того, сірка міститься в кам’яному вугіллі, бітумних сланцях, нафти, водах різних гарячих мінер, джерел, рослинних і тваринних тканинах, газах вулканічного походження і т. П., Також службовців сировиною для пром. отримання сірки. Відомо кілька модифікацій З Енантіотропнимі формами є ромбічна α-S, стійка нижче т-ри 95,60 С, і моноклинная β3-S, стійка вище т-ри 95,6 ° С.
Ромбическая С – жовтого кольору, нерозчинні в воді, розчиняється в сірковуглецю, аніліні, толуолі, че-тиреххлорістом вуглеці, фенолі і в ін. Неполярних розчинниках, має малу твердістю, великою крихкістю. Моноклінну С. отримують, повільно нагріваючи ромбічну в інтервалі т-р 95,6-119,25 ° С. Якщо нагрівання вести швидко, то ромбічна С. плавиться при т-рі 112,8 ° С, перетворюючись на рухому рідину солом’яного кольору, звану лямбда-сіркою, або ціклооктасерой λ-S. Ця рідина розчинна у сероуглероде. При різкому охолодженні рідкої С. утворюється аморфна темно-червона пластична С, нерозчинна в сірковуглецю і звана мю-сірої, або кетоносерой μ-S. Метастабільна мю – сірка швидко переходить в ромбічну.
При нагріванні рідкої С. відносний вміст мю-сірки збільшується. В’язкість мю-сірки більше, ніж λ-S, тому при нагріванні вона з рухомого (з в’язкістю 0,065 nз при т-рі 155 ° С) стає в’язкою (з в’язкістю 933 nз при т-рі 1 879 С) рідиною. З подальшим підвищенням т-ри в’язкість зменшується до 0,83 nз при т-рі 444,6 ° С. У рідкій С. утворюється sera_znaesh-kak. comтакже пі-модифікація за схемою λ – S ⇄ μ – S + π – S Її можна відокремити від мю-сірки, використовуючи меншу розчинність в сірковуглецю. У процесі зберігання пі-модифікація перетворюється на мю-сірку. При швидкому охолодженні розчину С. в бензолі або спирті виділяється тверда нестабільна гамма-модифікація.
У ромбічної і моноклінної С, лямбда-сірки та пі модифікації – восьми-ланок кільцеподібне просторову будову, у мю-сірки – відкриті ланцюжка. Розрив кільцеподібних молекул спостерігається при т-рі більше 160 ° С. Вище т-ри 190 ° С відбувається зменшення довжини ланцюжків.
У пароподібному стані С. представлена набором молекул S8, S6, S4 і S2. При підвищенні т-ри збільшується відносна кількість молекул з меншим числом атомів, а вище т-ри 1500 ° С починається дисоціація на атоми. Тверда і рідка С. діамагнітна. Пароподібна сірка (S2) Парамагнітни.
Поверхневий натяг (дин / см): 60,83 (т-ра 120 ° С); 57,67 (т-ра 150 ° С) і 39,4 (т-ра 445 ° С). Елементарна С. активно взаємодіє з багатьма металами, неметалами, неорганічними і органічними сполуками. З азотом, йодом, золотом, платиною та інертними газами безпосередньо не взаємодіє. До числа найважливіших відносяться з’єднання С. з воднем, киснем і галогенами.
З воднем вона утворює сульфани (сірководень H2S, двухсерністий водень H2S2, трьох-сірчистий водень H2S3 і т. Д.). Водні розчини сульфаніл володіють св-вами слабких двоосновних к-т. Водень в них може бути заміщений на метали, галогени, органічні радикали. Солі сульфаніл наз. сульфідами, або полісульфідами. Перший член сульфаніл – безбарвний отруйний газ, що володіє сильними відновними св-вами. Решта сульфани – малостійкі жовтуваті маслянисті рідини.
При згорянні С. і сульфідів в середовищі кисню або повітря утворюється сірчистий газ S02, розчиняється у воді з утворенням слабкої двухосновной сірчистої к-ти H2S03, солі до-рій (сульфіти) – сильні відновники. Каталітичним окисленням сірчистого газу отримують газоподібну трехокісь сірки S03, при розчиненні до-рій у воді утворюється сильна двухосновная сірчана к-та H2S04, солі до-рій наз. сульфатами. Розчиненням S03 в сірчаної к-ті отримують олеум, що складається в основному з піросерной к-ти H2S207. Відомі малостійкі оксиди сірки S20, SO, S203, S04, S207 і S3O10. С. легко взаємодіє з галогенами. Крім галогенопроізводних сульфаніл загальної ф-ли SXT2, вона утворює з’єднання з фтором – SFe, S2F10 і SF4, з хлором – SC14. Отримано з’єднання С. з азотом: азотистая сірка N4S4, четирехсерний азот N2S4 і сірчистий азот N2S5; з фосфором сірка утворює тіоангідріди P4S3, P4S6, P4S7 і P4S10; з вуглецем – сірковуглець CS2, оксисульфід COS та ін.
Один з осн. способів отримання С.- виплавка з самородних руд. З геотехнічного методу перегріту воду подають по свердловині під землю в рудне тіло, після чого виплавили рідку С. високої чистоти тиском гарячого повітря піднімають на поверхню. Застосовують термічні методи, по к-рим С. виплавляють або випаровують з руди в ретортах або обертових печах. За екстракційного методом С. витягують з руди за допомогою розчинників, напр. сірковуглецю. Застосовують також пароводяної і флотаційний методи, по до-рим використовують виплавку в автоклавах гострим паром. Крім того, С. отримують із з’єднань, напр. окислюючи кіелородом повітря сірководень, водяний, генераторний, коксовий і природний гази, гази крекінгу нафти, сульфіди та ін. або відновлюючи вугіллям двоокис сірки, сульфати кальцію і барію (гіпс, важкий шпат). Очищають С. дистиляцією.
Залежно від способу отримання розрізняють С. природну комовую (виплавлену з руд) і газову комовую (отриману відновленням сульфатної або окисленням сульфідної сірки). Рафінованої наз. природну комовую сірку, очищену перегонкою; Черенкова – сірку, сконденсовану в рідину, розлиту у форми і закристализованому. Порошкоподібну С, отриману конденсацією, наз. сірчаним кольором. Особовисоко-дисперсну С. наз. колоїдної. Приблизно половина усього світового видобутку С. використовується в произове сірчаної к-ти, чверть – в паперовій проммсти при отриманні сульфітцеллюло-зи, решта – в сільському господарстві, гумової проммсти, в произове штучних волокон, вибухових речовин, барвників, медичних препаратів та ін. Добавки С. покращують оброблюваність автоматних сталей і антифрикційні св-ва спечених антифрикційних матеріалів. С. погіршує хутро. св-ва металів, внаслідок чого їх піддають позапічної обробці – обессе-Рівань.
Поширення в природі. У природній сірці чотирьох стабільних ізотопи: ³²S (95,06%), ³³S (0,74%), ³⁴S (4,18%), ³⁶S (~ 0,014%) штучно отримані ще три ізотопи сірки, в корі землі сірки близько 0 , 1 мас. %. Зустрічається вона у вільному (самородному) Стані і у вигляді сполук (сульфідів і сульфатів). Родовища самородної сірки є по берегах Волги, на Кавказі, на Камчатці. Багаті самородної сірої США, Італія та Японія. У вигляді природних сульфідів сірка знаходиться в рудах: піриті (залізний колчедан) FeS2, мідному блиску Cu2S, свинцевому блиску PbS, цинкової обманці ZnS, кіноварі HgS та ін.; природні сульфати – гіпс СаSO4 – Н2O, ангідрит СаSO4, важкий шпат ВаSO4, гірка сіль MgSO4 – 7H2O і мірабіліт
Na2SO4 – 10H2O, що видобувається з вод затоки Кара-Богаз-Гол. Крім того, з вулканічними газами виділяються двоокис сірки SO2 і сірководень H2S. Останній міститься також у водах мінеральних джерел (Мацеста, П’ятигорськ) і в Чорному морі (на глибині більше-200 м).
Велико біологічне значення сірки: вона входить до складу білків рослин і тварин. А сірководень, що виділяється при гнитті м’яса риби чи яєць, – це продукт розкладання білкових речовин. Особливо багаті сірої білки волосся людини, а у тварин і птахів-білки вовни, пір’я, копит і рогів. Сполуки, що містять сірку повідомляють гіркий смак і гострий запах хріну, цибулі, часнику.
Існують бактерії, що відновлюють сульфати до сірководню, а також бактерії, що окислюють сірководень до вільної сірки.
Елементарна сірка не токсична для вищих тварин, але вбиває грибки.
Отримання сірки. У промисловості сірку отримують з покладів самородної сірки, із сірководню і двоокису сірки (відходів коксохімічного виробництва), з сульфідів деяких металів (наприклад, з сірчаного колчедану FeS2).
Переробка самородної сірки полягає у відділенні її від супутніх порід (піску, глини, вапняку і т. П.). Виплавляють сірку в автоклавах, у яких завантажують сірчаний концентрат, змочений водою, і пропускають перегрітий водяний пар при температурі 140-150 С під тиском 6 атм. При цьому розплавлена сірка збирається в нижній частині автоклава, а потім випускається через спеціальні отвори в форми.
У деяких країнах (наприклад, в США) поширений метод підземної виплавки сірки. Зазвичай крізь шар піску до покладів сірки прокладають колону з трьох труб, вкладених одна в іншу. Через зовнішню трубу нагнітають водяна пара при температурі 160-170 ° С, плавиться сірку під землею, через внутрішню подають гаряче повітря під тиском 10-18 атм. Тоді за середньою трубі розплавлена сірка піднімається на поверхню землі.
Отримуючи сірку з піриту, нагрівають його в спеціальних печах до 600 ° С, і він розкладається з виділенням вільної сірки:
FeS2 = S + FeS
Отримують сірку також з поліметалічних сульфідних руд. Виплавляється в автоклавах сірку називають комовой; вона містить ще багато домішок. Очищають її перегонкою у спеціальних печах, з’єднаних з цегляними камерами. Пари сірки, надходячи в камеру, охолоджуються, і сірка осідає на стінках у вигляді сірчаного кольору – жовтого кристалічного продукту, самого чистого технічного сорту сірки, При нагріванні камери вище 120 С пари сірки згущуються в рідину, що застигає у формах у вигляді паличок Черенкова сірки. Сільське господарство отримує від промисловості також сірку мелену (розмел комової сірки) для обпилювання рослині і сірку колоїдну – тонкодисперсний продукт, що дає з водою стійку суспензію, придатну для обприскування рослин.
Фізичні властивості сірки. Чистий сірка – крихке кристалічна речовина жовтого кольору, добре розчинна у сероуглероде, бензолі, аніліні; у воді вона не розчиняється. Сірка погано проводить теплоту і електрику.
У сірки трохи алотропічних модифікацій: ромбічна (або октаедричні), призматична (або моноклинная) і пластична.
Кристали ромбічної сірки мають форму октаедрів щільність її 2,07 г / см, плавиться при 112,8 ° С.
При повільному охолодженні розплавленої сірки виходить моноклинная модифікація щільністю 1,96 г / см³ з температурою плавлення 119 ° С. Кристали її поступово перетворюються в ромбічну сірку як найбільш стійку.
Якщо розплавлену і нагріту майже до кипіння сірку швидко охолодити (вливаючи струменем в холодну воду), виходить коричнева гумоподібний маса – пластична сірка, проте вона теж нестійка і при зберіганні перетворюється на ромбічну.
Аллотропия сірки обумовлена не різним числом атомів у молекулі, як у кисню, а різною будовою восьміатомних молекул S8. При нагріванні до 112 ° С сірка перетворюється на жовту легкорухливою рідиною, при 250 ° С набуває червоно-бурий колір і в’язкість, вище 300 ° С знову стає рідкою. Нарешті, при 444,6 ° С вона закипає, виділяючи оранжево-жовті пари. Ці перетворення – результат змін у будові молекул сірки. У кристалах сірки молекули S8 мають кільчасту будову.
У міру нагрівання кільця розриваються і утворюються молекули з відкритою ланцюгом атомів:
Розплавлена сірка складається ще з молекул S8, S6, пари її містять вже молекули S6, S4 і S2. Термічна дисоціація молекул S2 на атоми спостерігається при температурі 1700 ° С.
Хімічні властивості сірки. У хімічному відношенні сірка – типовий неметал, активно взаємодіє з багатьма металами, утворюючи сульфіди. Реагує сірка і з деякими неметалами: киснем, воднем (при нагріванні), галогенами. Наприклад, пропускаючи хлор в розплавлену сірку, отримують хлорид сірки, в якому вона виявляє ступінь окислення +1. Молекулярна маса хлориду сірки, визначена за щільності пара, відповідає формулі S2Cl2. Це рідина має температуру кипіння 137 ° С, розчиняє сірку, яка розкладається водою:
S2Cl2 + 2H2O = 2HCl + H2S + SO2
Хлорид сірки (I) S2Cl2 використовують для вулканізації каучуку.
Дихлорид SCl2 і тетрахлорид сірки SCl4 великого застосування не знайшли. З інших сполук з галогенами відомі бромід сірки (I) S2Br2 і гексафторид сірки (VI) SF6.
Застосування сірки. Сільське господарство мелена сірка або сірчаний колір використовують для обпилювання рослин проти збудників грибкових захворювань і деяких шкідників. Спалюючи сірку, отримують двоокис, якої обкурюють зерносховища і склади, знищують комірних шкідників.
У ветеринарії застосовують сірчані мазі для лікування нашкірних захворювань. Сірка входить до складу багатьох медичних препаратів (сульфідину, сульфазолом та ін.). Великі кількості сірки витрачає гумова промисловість на вулканізацію каучуку. Сірка використовується для виготовлення чорного пороху, сірковуглецю, сірників, деяких барвників.
(2 votes, average: 2.50 out of 5)