Сера - простое вещество.
Чистая сера – это желтое кристаллическое вещество (α-ромбическая и β-моноклинная), а также пластическая сера. Наиболее устойчивой модификацией серы является α-ромбическая сера, в которую при комнатных условиях превращаются все остальные модификации.
Сера плохо растворима в воде, хорошо в сероуглероде и органических растворителях (бензол). Сера не смачивается водой, по этому, не смотря на более высокую плотность, порошок серы не тонет в воде, а плавает на ее поверхности.
Получение и применение серы.
Основными природными источниками серы являются: элементарная сера на шапках соляных куполов и осажденная из эвапоритовых отложений, соединения серы (в основном сероводород и органические соединения серы) растворенные в нефти и природном газе. Третий источник серы – пирит и родственные сульфидные минералы (халькопирит, сфалерит, киноварь, галенит).
Получение серы зависит от типа месторождения и формы добываемого минерала: самородную серу, в настоящее время добывают по методу, разработанному в 1891 – 1894 гг. Г. Фрашем. Он заключается в закачивании перегретой (ок. 160 – 175 ºС) воды вглубь серосодержащего пласта с последующим, выталкиванием на поверхность расплавленной серы сжатым воздухом.
Добыча серы из нефтяного, попутного и природного газов начинается с абсорбции сероводорода, с последующим превращением в серу по технологии, разработанной Л. Клаусом около 1880 года. Химия процесса:
Суммарно:
В этом процессе около трети сероводорода сжигается, на первой стадии, для получения сернистого газа, который во второй стадии окисляет сероводород до серы, в присутствии катализаторов оксида железа ( III ), или оксида алюминия.
Пирит и сульфидные руды не используют для прямого получения серы. Их обжигают, а образующийся сернистый газ используют для получения серной кислоты контактным способом.
Кроме самородной и сульфидной форм в природе сера встречается так же и в сульфатной форме. Такие минералы как гипс, ангидрид, а также растворенные сульфаты кальция и магния в мировом океане – очень крупные, но не используемые запасы серы.
Большая часть серы идет на производство серной кислоты, так же сера используется в производстве лекарств, красителей, бумаги, тканей и т. д.
Химические свойства серы.
Сера проявляет высокую химическую активность, вступает во взаимодействие практически со всеми простыми веществами за исключением благородных газов, азота, теллура, йода, иридия, платины и золота. Наибольшую активность сера проявляет при повышенных температурах, способствующих разрыву связей S - S.
Сера взаимодействует с водородом при небольшом нагревании, заметную скорость реакция приобретает при 150 – 200 ºС, при повышении температуры идет обратимая реакция разложения образующегося сероводорода. Практического значения данная реакция не имеет.
С кислородом, при комнатной температуре сера практически не взаимодействует, возгорание серы происходит при температуре 250 – 260 ºС, горит синеватым пламенем. В чистом кислороде сера горит голубым пламенем, с образованием оксида серы ( IV ). Взаимодействует с озоном, с образованием оксида серы ( VI ) – в отсутствии влаги или серной кислоты во влажном озоне.
В промышленности часть добытой серы идет на производство серной кислоты контактным способом, однако, это неединственное направление применение простого вещества серы
С галогенами сера взаимодействует по-разному, в зависимости от природы галогена. В атмосфере фтора сера воспламеняется и горит голубым пламенем с образованием гексафторида серы. С хлором сера реагирует более спокойно, при нагревании, с образованием дихлорида дисеры (на первой стадии) или хлорида серы ( II ), в жидком броме сера растворяется с образованием дибромида дисеры – неустойчивого соединения, разлагающегося при комнатной температуре на серу и бром. С йодом сера не взаимодействует. Большой практический интерес представляют хлориды серы (реакция 7 – 8). Они используются в процессах вулканизации резины, первичной обработки («вскрытии») некоторых минералов в гидрометаллургии.
С прочими неметаллами сера взаимодействует при нагревании, практический интерес представляет реакция серы и углерода с образованием сероуглерода. Сероуглерод в промышленности получают взаимодействием паров серы с древесным углем или метаном. Большая часть сероуглерода идет на производство вискозы – искусственного волокна вырабатываемого из целлюлозы – где он используется в качестве растворителя целлюлозы.
С металлами IA – IIIA групп Периодической системы химических элементов, свинцом, оловом и висмутом, сера реагирует на холоду, а также с медью, серебром и ртутью, которые тускнеют в присутствии серы даже при очень низкой температуре (жидкий воздух). Образующиеся сульфиды отвечают стехиометрическим формулам идеальных соединений. Переходные элементы реагирую с серой при нагревании, с образованием бинарных сульфидов. Примеры некоторых реакций серы с металлами:
Сера не взаимодействует с водой, но растворяется в концентрированных и расплавленных щелочах, окисляется концентрированными серной и азотной кислотами.
В реакции с раствором концентрированной щелочи (15), образуется тиосульфат соль тиосерной кислоты. В этой соли сера находится в 2-х степенях окисления сразу: +6 для центрального атома серы и –2 для бокового атома серы. Тиосульфаты – хорошие восстановители (за счет сульфидной серы), применяются в классической фотографии как фиксаж, удаление хлора в процессе отбеливания тканей, для извлечения серебра из руд и т. д.
