Сера (S)

Обозначение - S (Sulphur);
Период - III;
Группа - 16 (VIa);
Атомная масса - 32,066;
Атомный номер - 16;
Радиус атома = 127 пм;
Ковалентный радиус = 102 пм;
Распределение электронов - 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴;
t плавления = 112,8°C;
t кипения = 444,674°C;
Электроотрицательность (по Полингу/по Алпреду и Рохову) = 2,58/2,44;
Степень окисления: +6; +4; +2; +1; 0; -1; -2;
Плотность (н. у.) = 2,070 г/см³;
Молярный объем = 15,5 см³/моль.

Соединения серы:

Точное время открытия человеком серы неизвестно - данное вещество было известно человеку еще с доисторических времен. Природная сера является светло-желтым порошкообразным веществом, массовая доля серы в земной коре составляет 0,03%.

В природе сера встречается, как в виде самородков, так и в виде разнообразных соединений: сульфидов (FeS₂; FeCuS₂) и сульфатов (BaSO₄), входящих в состав разнообразных минералов (пирит, медный колчедан, гипс, барит). Также сера в виде соединений присутствует в природных углеводородах: нефте, газе, угле.

Сера является биогенным элементом - в организме человека массовая доля серы составляет 0,16%, сера входит в состав белков, аминокислот, гормонов.

Сера в Периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева, стоит под номером "16", относится к 16(VIa) группе (см. Атомы 16(VIa) группы).

Атом серы содержит 16 электронов, при этом у серы, как и у атома кислорода, на внешнем энергетическом уровне находится 6 валентных электронов (см. Электронная структура атомов).

В отличие от кислорода, атом серы способен образовывать не только 2 (H₂S) ковалентные связи, но и 4 (H₂SO₃) или 6 (H₂SO₄) (см. Ковалентная связь). Данное свойство объясняется наличием у атома серы свободного d-подуровня, на который могут переходить 1 или 2 электрона с s- или р-подуровня (см. Атомы 16(VIa) группы).

Сера, как простое вещество

Молекула S₂ имеет строение, аналогичное O₂.

В отличие от кислорода, сера может образовывать зигзазообразные цепи, но наиболее устойчивыми являются циклические молекулы серы, имеющие форму короны, в которую входят 8 атомов (S₈) - α-сера. "Короны" с меньшим числом атомов менее устойчивы. Кроме этого, молекулы серы могут образовывать открытые цепи (S_∞).

В ромбической модификации S₈ - 8 атомов серы соединены между собой одинарными ковалентными связями - это твердые кристаллы желтого цвета, нерастворимые в воде, но хорошо растворяющиеся в органических растворителях, например, в сероуглероде.

Сера при высоких температурах может существовать в газообразном состоянии:

S₈
S₆ - 450°C
S₄ - 650°C
S₂ - 900°C
S - 1500°C

Химические свойства серы

Сера является типичным активным неметаллом.

В воде сера практически не растворяется (даже не смачивается водой), а в органических растворителях сера растворяется хорошо.

При взаимодействии с другими веществами сера может выступать, как в роли окислителя, так и в роли восстановителя, в зависимости от окислительно-восстановительных свойств веществ, с которыми сера вступает в реакцию:

окислителем сера является в реакциях с простыми веществами-восстановителями, имеющими меньшую электроотрицательность, чем сера - это водород, металлы, некоторые неметаллы:
```
S⁰+2e^- → S^-2
```
восстановителем сера является в реакциях с кислородом, галогенами, кислотами-окислителями
```
S⁰-2e^- → S⁺²
S⁰-4e^- → S⁺⁴
S⁰-6e^- → S⁺⁶
```

Реакции, в которых сера является окислителем:

с металлами сера реагирует при нагревании с образованием сульфидов:
```
Fe⁰+S⁰ = Fe⁺²S^-2
2Na⁰+S⁰ = Na₂⁺¹S^-2
```
с водородом:
```
S⁰+H₂⁰ = H₂⁺¹S^-2;
```
с фосфором:
```
3S⁰+2P⁰ = P₂⁺³S₃^-2
```
с углеродом:
```
C⁰+2S⁰ = C⁺⁴S₂^-2
```

Реакции, в которых сера является восстановителем:

с кислородом:
```
S⁰ + O₂⁰ = S⁺⁴O₂^-2
```
с хлором:
```
S⁰ + Cl₂⁰ = S⁺²Cl₂^-1
```
с фтором:
```
S⁰ + 3F₂⁰ = S⁺⁶F₆^-1
```

Взаимодействие серы со сложными веществами:

реагирует, как восстановитель с кислотами-окислителями при нагревании:
```
S⁰ + 2H₂S⁺⁶O₄ = 3S⁺⁴O₂↑ + 2H₂O
S⁰ + 2HN⁺⁵O₃ = H₂S⁺⁶O₄ + 2N⁺³O↑
S⁰ + 6HN⁺⁵O₃ = H₂S⁺⁶O₄ + 6N⁺⁴O₂↑ + 2H₂O
```
в реакциях диспропорционирования с растворами щелочей при нагревании сера выступает и окислителем, и восстановителем:
```
3S⁰ + 6NaOH = 2Na₂S^-2 + Na₂S⁺⁴O₃ + 3H₂O
```

Аллотропные модификации серы

α-сера

альфа-сера
Рис. Ромбическая α-сера.

α-сера:

кристаллическое вещество желтого цвета;
устойчиво при комнатной температуре;
состоит из циклических молекул S₈.
температура плавления = 112,8°C;
плотность = 2,06 г/см³.

β-сера

бета-сера
Рис. Моноклинная β-сера.

β-сера:

темно-желтые кристаллы;
устойчиво при температуре 95°C и выше;
от альфа-серы отличается ориентацией кольцевых молекул в узлах кристаллической решетки;
температура плавления = 119,3°C;
плотность = 1,957 г/см³.

Пластическая сера

Рис. Пластическая сера.

Пластическая сера:

резиноподобное вещество темно-коричневого цвета;
образуется при резком охлаждении расплавленной серы;
состоит из открытых цепных полимерных молекул (S_∞);
плотность = 2,046 г/см³.

Получение и применение серы

Способы получения серы:

промышленным способом получения серы является очищение самородной серы от примесей расплавлением перегретым водяным паром;
окислением сероводорода кислородом: 2H₂S + O₂ = 2S + 2H₂O;
восстановлением оксида серы (IV) углеродом: SO₂ + C = S + CO₂;
разложением пирита (FeS₂): FeS₂ = S + FeS;
разложением сероводорода: H₂S = H₂ + S.

Применение серы:

как ингредиент для получения серной кислоты;
в качестве инсектицида;
для вулканизации каучука;
в производстве пороха, спичек, лекарственных препаратов, красителей.

В начало страницы

Химия - это просто