СЕРА

При нормальных условиях сера представляет собой твердое вещество желтого цвета, нерастворимое в воде. В такой форме она нетоксична.

Сера имеет несколько аллотропов, важнейшими из которых являются -сера и -сера (см. также разд. 3.2 и рис. 6.8). а-Сера (ромбическая сера) устойчива при

температурах ниже 95,5°С. -Сера (моноклинная сера) устойчива при температурах выше Аллотропия такого типа, как у серы, называется энантиотропией (см. разд. 15.2).

Кристаллы -серы имеют лимонно-желтую окраску, а игольчатые кристаллы -серы-более темную медово-желтую окраску. Оба аллотропа состоят из гофрированных колец молекулярной серы .

Существует еще много других форм серы. Черенковая сера состоит главным образом из -серы. Серный цвет представляет собой форму аморфной серы и получается при оседании паров серы на холодную поверхность. Коллоидную серу можно получить, добавляя концентрированную соляную кислоту к раствору тиосульфата натрия, в результате чего протекает реакция

При плавлении кристаллической а- или -серы образуется желтая жидкость. При дальнейшем нагревании жидкая сера сначала становится красно-коричневой, а затем сильно темнеет. Повышение температуры приблизительно до приводит к повышению вязкости (густоты) жидкой серы. При дальнейшем повышении температуры вплоть до точки кипения серы при ее вязкость уменьшается. При выливании кипящей серы в воду образуется пластическая сера. Это мягкое коричневое эластичное вещество, состоящее из беспорядочно ориентированных цепочек атомов серы. Пластическая сера неустойчива. Постепенно цепочки атомов разрываются, и они перестраиваются, образуя молекулы ромбической серы.

Сера реагирует с большинством металлов, образуя сульфиды. Некоторые из них представляют собой нестехиометрические соединения (см. разд. 4.1). Сера соединяется также с некоторыми неметаллами, например с хлором и кислородом:

Диоксид серы образуется также при действии концентрированной серной кислоты на серу:

Распространенность в природе, получение и применения серы

Сера встречается в природных условиях в виде залежей почти чистой самородной серы, крупнейшие из которых находятся в Италии, Мексике, Японии, Польше и США. Кроме того, сера входит в состав различных сульфидных руд: железного колчедана цинковой обманки и галенита а также сульфатных руд - гипса и барита Соединения серы содержатся также в горючих ископаемых, например в

нефти. Природный газ содержит примесь сероводорода. Морская вода содержит сульфат-ионы. Сера входит в состав биологических тканей всех растений и животных в форме аминокислот цистеина, цистина и метионина.

Действие соединений серы на органы чувстн. Специфические запахи чеснока, горчицы, лука и капусты вызываются органическими соединениями серы. Например, источником запаха чеснока является соединение аллицин, которое имеет следующую структуру:

Слезоточивое, вещество, выделяющееся при нарезании лука, тоже является соединением серы. Оно называется лакриматорный фактор. Это соединение существует в двух формах, в виде син-формы и дюйм-формы, из которых вторая преобладает:

Процесс Фраша. Серу извлекают из подземных залежей с помощью процесса Фраша (рис. 15.22). Для этого под землю по трубам нагнетают горячий сжатый воздух и перегретый пар. Расплавленная сера вместе с водой под давлением выносится на поверхность, где она остывает и отверждается. Полученная таким способом сера имеет чистоту 99,5% и пригодна для непосредственного использования. Добыча серы по методу Фраша осуществляется в США, Ираке и Мексике. Однако в последние годы сокращение ее запасов, а также повышение цен на энергию привели к резкому свертыванию добычи серы таким способом.

Одно время серу добывали, опуская рабочих в клетях в жерла спящих вулканов, где они соскабливали серу с внутренних стенок вулканов.

Элементную серу получают также из сульфидов, которые извлекают из нефти и природного газа. Таким способом в западных странах получают приблизительно 75% всей элементной серы. Главными производителями серы, получаемой из природного газа, являются Канада, Франция, ФРГ, Мексика, Саудовская Аравия и США. В социалистических странах серу получают расплавлением подземных залежей и обычными горнодобывающими методами; кроме того, ее получают также из природного газа и нефти. Польша, главный экспортер серы, эксплуатирует самую большую в мире серную шахту. Другими источниками серы в социалистических странах являются колчедановые и иные сульфидные руды; этот источник серы имеет особенно важное значение в Китае, СССР и некоторых европейских странах.

Сера имеет множество важных применений, среди которых укажем следующие:

получение диоксида серы, серной кислоты, сероводорода и сероуглерода;

вулканизация резины, получение химических веществ, используемых в производстве синтетических моющих средств;

производство пороха;

изготовление косметических кремов и лекарственных препаратов; производство инсектицидов и фунгицидов.

Рис. 15.22. Добыча серы по методу Фраша.

Атомы серы имеют во внешней оболочке шесть электронов (рис. 15.23). Они могут присоединять еще два электрона на свои полузаполненные (содержащие только по одному электрону) 3р-орбитали, образуя сульфидный ион . Атомы серы могут также образовывать две, четыре или шесть ковалентных связей, т. е. могут существовать в состояниях со степенями окисления +2, +4 и +6, а также в состоянии со степенью окисления —2 в форме сульфидного иона. При образовании двух ковалентных

Рис. 15.23. Орбитальная схема электронного строения атома серы в различных состояниях окисления.

связей атомы серы обобществляют с другими атомами два своих электрона на полузаполненных 3р-орбиталях. Образование четырех ковалентных связей становится возможным, когда один из спаренных 3р-электронов промотируется на любую из вакантных -орбиталей. В случае образования шести ковалентных связей один из 3s-электронов промотируется на другую 3d-орбиталь.