СОЕДИНЕНИЯ СЕРЫ

Сероводород

Сероводород при нормальных условиях представляет собой бесцветный и очень токсичный газ с характерным запахом тухлых яиц.

Для его получения в лабораторных условиях обычно добавляют разбавленную соляную кислоту к сульфиду :

Другой способ получения сероводорода заключается в добавлении холодной воды к сульфиду алюминия:

Сероводород, полученный таким способом, оказывается чище.

Сероводород - ковалентное соединение. Его молекулы имеют изогнутую структуру, подобную структуре молекул воды (см. разд. 2.2). Однако в отличие от воды молекулы сероводорода не образуют между собой водородных связей. Дело в том, что атом серы менее электроотрицателен, чем атом кислорода, но имеет больший размер. Поэтому атом серы имеет гораздо меньшую плотность заряда, чем атом кислорода. Из-за отсутствия водородных связей сероводород имеет более низкую температуру кипения, чем вода. Отсутствие водородных связей в сероводороде объясняет также его плохую растворимость в воде.

В водном растворе сероводород обладает свойствами слабой двухосновной кислоты:

Сероводород горит в воздухе голубым пламенем. При ограниченном доступе воздуха горение сероводорода сопровождается выделением свободной серы, которая конденсируется на холодной поверхности сосуда:

При избыточном доступе воздуха горение сероводорода приводит к образованию диоксида серы:

Сероводород обладает восстановительными свойствами. Например, он обесцвечивает бромную воду и восстанавливает ионы до ионов

Сероводород как двухосновная кислота может образовывать два ряда солей - сульфиды и гидросульфиды (см. выше). Сульфиды щелочных металлов растворяются в воде с образованием щелочных растворов. Это происходит в результате гидролиза:

Нерастворимые сульфиды других металлов можно осаждать из водных растворов солей этих металлов, пропуская через раствор сероводород. Например, при пропускании сероводорода через раствор, содержащий ионы образуется черный осадок сульфида

Эта реакция используется в качестве аналитической пробы на сероводород.

Оксиды серы

Сера образует несколько оксидов, из которых наибольшее значение имеют два: диоксид серы и триоксид серы

Диоксид серы представляет собой плотный бесцветный газ с резким удушливым запахом. В лабораторных условиях его можно получить, сжигая серу в воздухе или в кислороде, добавляя теплый разбавленный раствор кислоты к какой-нибудь сульфитной соли либо нагревая концентрированную серную кислоту с медью:

Диоксид серы-кислотный оксид. Он легко растворяется в воде, образуя сернистую кислоту. Эта кислота ионизируется лишь частично и, следовательно, представляет собой слабую кислоту:

При пропускании газообразного диоксида серы через раствор гидроксида натрия образуется сульфит натрия . Сульфит натрия, реагируя с избытком диоксида серы, образует гидросульфит натрия Эти реакции аналогичны реакции диоксида углерода с известковой водой.

И газообразный диоксид серы, и его водный раствор являются восстановителями. Например, газообразный диоксид серы восстанавливает оксид с образованием сульфата а сернистая кислота восстанавливает -ион до иона

Диоксид серы в промышленных условиях получают при обжиге на воздухе серы или сульфидных руд и используют как промежуточный продукт в процессе получения серной кислоты (см. гл. 7). Диоксид серы применяется в целлюлозной промышленности, для отбеливания тканей, а также для обработки фруктов и овощей при длительном хранении.

Диоксид серы играет существенную роль в загрязнении атмосферы и особенно в образовании кислотных дождей. В атмосфере он окисляется до триоксида серы:

При нормальных условиях этот процесс протекает достаточно медленно, но в присутствии катализатора он может значительно ускоряться, подобно тому, как это происходит в контактном процессе получения серной кислоты. Небольшие количества соединений железа и марганца, содержащиеся в атмосфере, по-видимому, катализируют окисление диоксида серы. Образующийся триоксид серы реагирует с влагой воздуха, и поэтому появляются облака, которые несут кислотные дожди (см. также гл. 12).

Твердый триоксид серы является полиморфным соединением. Две его важнейшие формы Первая из них представляет собой тример с циклической структурой (рис. 15.24, а); кристаллы прозрачны. имеет ациклическую полимерную структуру (рис. 15.24,б); она существует в виде игольчатых кристаллов. Температура плавления . В присутствии влаги постепенно превращается в Обе формы кипят при 45°С. Пары триоксида серы состоят из изолированных симметричных плоских молекул.

Рис. 15.24. Триоксид серы, а - циклическая структура, б - ациклическая структура.

Рис. 15.25. Структура молекулы серной кислоты.

В лабораторных условиях триоксид серы получают нагреванием сульфата

Триоксид серы обладает сильно выраженными кислотными свойствами. Он экзотермически реагирует с водой, образуя серную кислоту:

Триоксид серы - сильный окислитель. Например, он окисляет бромоводород до свободного брома.

Серная кислота

Серная кислота - бесцветная маслянистая едкая жидкость. Это один из важнейших промышленных химических продуктов. Ее промышленное получение с помощью контактного процесса и применения описаны в гл. 7.

Неразбавленная серная кислота представляет собой ковалентное соединение. Ее молекулы имеют тетраэдрическое строение (рис. 15.25).

Серная кислота кипит и разлагается при 340°С, образуя триоксид серы и водяной

Высокая температура кипения и большая вязкость серной кислоты, по-видимому, обусловлены наличием водородных связей между атомами водорода и атомами кислорода соседних молекул.

Серная кислота - сильная двухосновная кислота. В воде она полностью ионизируется, образуя гидросульфат- и сульфат-ионы:

Серная кислота принимает участие во всех реакциях, характерных для кислот. Она реагирует с металлами, образуя сульфаты этих металлов и водород, в реакциях с карбонатами образует сульфаты, диоксид углерода и воду, а в реакциях с основаниями и щелочами образует сульфаты либо гидросульфаты.

Концентрированная серная кислота очень бурно реагирует с водой. По этой причине следует всегда разбавлять серную кислоту, наливая ее в воду, а не наоборот. Эта кислота гигроскопична, т. е. способна поглощать влагу из воздуха. Поэтому ее используют для осушения газов, не реагирующих с нею, пропуская их через серную кислоту. Сродство серной кислоты к воде настолько велико, что серная кислота может служить дегидратирующим агентом; под действием концентрированной серной кислоты:

голубые кристаллы пентагидрата сульфата образуют безводный сульфат

углеводы, например сахароза, обугливаются:

бумага тоже обугливается под действием концентрированной серной кислоты, что обусловлено действием кислоты на целлюлозные волокна;

этанол превращается в этилен:

(дегидратация этанола с помощью серной кислоты, проводимая в контролируемых

условиях, приводит к образованию этоксиэтана (диэтилового эфира) , и эта реакция используется для получения этоксиэтана в промышленных масштабах);

смесь хлоробензола и трихлорэтаналя (хлораля) подвергается дегидратации (см. разд. 16.3).

Концентрированная серная кислота - сильный окислитель. Она окисляет металлы и неметаллы. Например

В качестве других примеров, иллюстрирующих окислительные свойства концентрированной серной кислоты, укажем окисление ионов до ионов , а также бромид-ионов до свободного брома в следующих реакциях:

Наконец, серная кислота используется как сульфирующий агент в органической химии (см. гл. 17).

Сульфаты, сульфиты и тиосоединения

Сульфат-ион имеет тетраэдрическую структуру, подобную структуре молекулы серной кислоты.

Соли. Сульфаты образуются в реакциях разбавленной серной кислоты с металлами, их оксидами, гидроксидами либо карбонатами. За исключением сульфатов бария и остальные сульфаты растворимы в воде. Сульфат кальция обладает небольшой растворимостью в воде. Сульфаты обычно устойчивы к нагреванию. Исключениями в этом отношении являются только сульфаты железа. Например, сульфат при нагревании разлагается с образованием оксида железа:

Для обнаружения сульфат-ионов в каком-либо растворе туда добавляют водный раствор хлорида бария. При наличии в исследуемом растворе сульфат-ионов в результате происходит образование белого осадка сульфата бария:

Сульфаты имеют много важных применений. Например, сульфат магния (английская соль, горькая соль) используется в производстве взрывчатых веществ, для изготовления спичек и огнестойких тканей. Насыщенный раствор этой соли используется в медицинской практике как противовоспалительное средство.

Металлы I группы кроме сульфатных солей образуют еще гидросульфатные соли. В качестве примера приведем гидросульфат натрия . Эта соль растворима в воде и при нагревании разлагается с образованием пиросульфата( V) натрия , который в свою очередь разлагается, образуя сульфат:

Среди сульфитных солей важнейшей является сульфит натрия . Он реагирует с кислотами, образуя диоксид серы:

При кипячении раствора сульфита натрия с серой образуется раствор тиосульфата натрия:

Тиосульфат натрия (гипосульфит натрия) используется в фотографическом процессе в качестве восстановителя. Кроме того, он используется в объемном анализе для количественного определения иода (см. след, главу).

Тиосульфат натрия может рассматриваться как аналог сульфата натрия, в котором один атом кислорода замещен на атом серы. Среди подобных тиосоединений следует упомянуть еще одно - тиоцианат калия . Он представляет собой серный аналог цианата калия . Тиоцианат калия можно получить, сплавляя цианид калия с серой:

Тиоцианат калия используется в качественном анализе для обнаружения ионов Если в исследуемом растворе присутствуют эти ионы, добавление к нему раствора тиоцианата калия приводит к появлению кроваво-красной окраски вследствие образования комплексного иона

Итак, повторим еще раз!

1. При перемещении к нижней части VI группы свойства ее элементов постепенно изменяются от неметаллических к металлическим.

2. Элементы VI группы обладают способностью соединяться с водородом и реакционноспособными металлами, образуя соединения, в которых они имеют степень окисления —2.

3. Кислород обладает высокой электроотрицательностью и свойствами сильного окислителя.

4. Озон является еще более сильным окислителем, чем кислород.

5. Кислород играет чрезвычайно важную роль в биологических системах, участвуя в процессах дыхания и метаболических процессах (обмена веществ).

6. Кислород образует с другими соединениями бинарные соединения, оксиды разнообразных типов:

7. Пероксид водорода является сильным окислителем.

8. Сера в свободном виде может существовать в нескольких энантиотропных формах.

9. Для извлечения серы из подземных залежей применяется процесс Фраша, в котором используется сжатый воздух и перегретый пар.

10. Сера образует соединения, в которых она находится в состояниях со степенями окисления +2, +4, +6 и -2.

11. Сероводород - слабая двухосновная кислота и восстановитель.

12. Газообразный диоксид серы и его водный раствор-восстановители.

13. Триоксид серы имеет сильно выраженные кислотные и окислительные свойства.

14. Серная кислота сильная двухосновная кислота, осушитель, дегидратирующий агент и сильный окислитель.

15. Молекулы серной кислоты и сульфат-ионы имеют тетраэдрическую структуру.