Сегодня мы поговорим о химическом элементе «с нехорошей репутацией». Отчасти она такова потому, что некоторые его соединения токсичны. Но, что интересно, в чистом виде вряд ли он представляет опасность. Это сера.
Как вы прекрасно знаете, друзья мои, количество протонов (атомный номер) определяет, в основном, химические и физические свойства атома. Нейтроны могут «приходить» и «уходить», в данном случае речь идёт о разных изотопах, электроны тоже могут «приходить» и «уходить», и тогда атомы становятся положительно или отрицательно ионизированными, но протоны всегда «остаются», если речь идёт об одном и том же химическом элементе.
И поскольку атомный номер серы равен 16, то, любой, что удивительно, атом с 16 протонами является атомом серы. И если этот атом не ионизирован, у него будет ровно 16 электронов.
Из этих 16 электронов первые два находятся в первой электронной оболочке (в которой, напоминаю, есть место лишь для двух электронов), следующие восемь во второй оболочке (где есть место для восьми), а следующие шесть – в третьей и последней.
Следовательно, в таблице Менделеева сера находится в третьем периоде или ряду (три оболочки с электронами) и в шестой группе или столбце (шесть электронов в последней оболочке).
Брат кислород
Во втором периоде элемент с шестью электронами в последней оболочке – это кислород. Таким образом, сера в некоторых аспектах имеет сходные с кислородом свойства: подобно ему, ей нужно где-то взять два электрона, чтобы получить полную третью оболочку и стать стабильной. Поэтому сера ведёт себя аналогично кислороду по отношению ко многим другим элементам. Она «крадёт» у них электроны и стабилизируются. Запомните это сходство, оно важно. И о нем мы поговорим в конце статьи.
Однако сера отличается от кислорода по двум основным параметрам: с одной стороны, она гораздо тяжелее. С другой стороны, поскольку последние электроны у серы находятся в слое, расположенном дальше от ядра, они менее связаны с ним. Кислород изо всех сил сопротивляется любому, кто пытается забрать у него электроны, но сера готова сделать это гораздо спокойнее.
Фактически, сера, когда вступает в реакцию с кислородом, без проблем отдаёт ему свои электроны.
Сера – очень распространённый элемент на Земле. И встречается на нашей планете в чистом виде. Поэтому человеку она известна с незапамятных времён.
Хотя в чистом виде серу можно найти в нескольких аллотропных формах, наиболее распространённая из них это молекула, составленная из восьми атомов серы, S8. Они связаны друг с другом в форме кольца, поэтому каждый атом имеет общий электрон со своим «соседом».
В зависимости от того, как эти кольца соединены вместе, результат может быть разным, но аллотроп S8 представляет собой довольно мягкое ярко-жёлтое твёрдое вещество.
Но, помимо поразительного внешнего вида, впечатлившего ещё древних людей, в сере было еще кое-что, что делало её особенной. Сера хоть и выглядела как камень, но сильно отличалось от других камней.
Сера может гореть
Однажды люди узнали, что если кусок серы поднести к открытому пламени, этот камень начинал горел. Очень красивым голубым пламенем.
Упоминания о сере имеются в «Одиссее» Гомера, а также у Плиния. Об этом веществе говорится как обладающем лечебными и антисептическими свойствами. Однако основное применение серы на протяжении веков было связано с её горючестью, отсюда и все стереотипные представления о сере (во многом ложные).
А ещё люди часто говорят о неприятном запахе серы. Однако это вовсе не так: чистая сера практически не имеет запаха.
При горении серы происходит следующая реакция:
S + O2 → SO2
Вот этот образующийся диоксид серы и имеет очень неприятный и характерный запах.
Сероводород H2S, который образуется в результате бактериальной ферментации многих органических веществ (многие из которых содержат много серы, как мы увидим позже), также имеет неприятный запах. Очень неприятный. Это запах тухлых яиц. Он такой именно из-за H2S, который даже синтезируется в промышленных масштабах для производства специальных бомб. Он же является компонентом несмертельного оружия некоторых полицейских организаций, задачей которых является разгон демонстраций.
Помимо запаха, еще одной отличительной характеристикой серы на протяжении веков был, как уже отмечалось выше, огонь: в Ветхом Завете говорится, что сера связана с адом.
Греки и римляне, практичные люди, использовали серу в пиротехнике и как оружие. Хотя точный состав смеси, которая давала знаменитый греческого огонь, который принёс Византии много морских побед, до сих пор не установлен, существует множество указаний на то, что в её составе была сера.
Основа химии
Изобретение пороха в Китае сделало серу еще более известной, поскольку она была одним из его основных ингредиентов.
Неудивительно, что серу ассоциировали с огнём и адом – этой ассоциации способствовало её присутствие вблизи вулканических кратеров, которые многие считали входами в ад.
Фактически, многие алхимики считали, что почти все вещества содержат какое-то количество серы. И что именно процентное содержание «горючего камня» придаёт тому или иному веществу определённую горючесть. То есть чистая сера должна была обладать «абсолютной» горючестью.
Естественно, такое «брутальное» вещество имело большое значение в средневековой алхимии. Во многочисленных попытках получить философский камень путём химического воздействия на различные металлы и камни сера была просто незаменимым элементом.
И хотя все эти попытки не увенчались успехом, сера продолжала занимать особое место сначала в алхимии, а затем и в химии. До тех пор, пока Лавуазье в начале XIX века окончательно не убедил научное сообщество в том, что сера является химическим элементом.
Важность серы
Сегодня сера важна для нас вовсе не из-за своей горючести. 85% мирового производства серы предназначено для получения важнейшего химического вещества для промышленности. Это серная кислота.
Горючесть не стоит и на втором месте. Да, сера по-прежнему идёт на производство пороха. Однако гораздо большее её количество идёт на производство удобрений, на вулканизацию каучука, на фунгициды, моющие средства и т. д.
Большую часть используемой серы не выделяют из соединений с другими веществами. Её просто берут в минеральном виде, измельчают и подвергают воздействию высокой температуры для устранения примесей. Серу также получают из нефти.
На нашей планете много серы и в составе горных пород, таких, как пирит, киноварь и галенит — всё это соединения серы.
Однако Земля далеко не рекордсмен по количеству серы в Солнечной системе. Эта честь принадлежит даже не планете. Это Ио, спутник Юпитера. Непрекращающаяся вулканическая активность Ио покрыла поверхность спутника огромным количеством чистой серы, что придаёт ему невероятную завораживающую красоту.
Сера входит не только в состав горных пород: она имеет еще и большое биологическое значение. Например, элемент входит в состав двух аминокислот: цистеина и метионина, и содержится во многих продуктах, которые мы употребляем в пищу. Характерный запах чеснока, например, обусловлен соединениями серы, такими же, как и у лука, которые способны заставить нас плакать.
Сера и жизнь
Все живые клетки в той или иной форме имеют в своём составе серу.
Некоторые организмы имеют с серой еще более тесные отношения, связанные со сходством этого элемента с кислородом. Например, анаэробные бактерии в нашем кишечнике ферментируют пищу, «дыша» соединениями серы вместо кислорода.
Другие бактерии используют H2S, выделяющийся в тепловых источниках океанических хребтов, чтобы жить без потребности в солнечном свете. Вместо получения энергии за счёт фотосинтеза (что невозможно на таких глубинах) они окисляют содержащуюся в H2S серу и используют полученную энергию для синтеза органических молекул в ходе процесса, называемого «хемосинтез».
Некоторые из таких бактерий даже образуют симбиотические отношения с макроскопическими существами, такими как гигантские трубчатые черви. У этих животных даже нет пищеварительного тракта, поскольку они получают все свои питательные вещества от симбиотических бактерий.
Весьма вероятно, что если жизнь будет обнаружена в других местах Солнечной системы, например, на спутнике Юпитера Европе, эти организмы будут использовать серу таким же образом, как это делают земные бактерии. Сера вполне может являться основой жизни на других планетах.
В то же время чистая сера вредна для некоторых одноклеточных организмов. Например, она действует как яд на многие грибы, поэтому её веками использовали в качестве фунгицида. Кроме того, при нанесении на кожу образуется оксиды серы. Ну и, наконец, люди уже очень давно используют сернистую кислоту (H2SO3), которая действует как антибактериальное средство.
Сера – прекрасный химический элемент. Этот своего рода «альтернативный кислород», одновременно не имеет запаха и сильно пахуч, ядовит и необходим для жизни, прекрасен и несёт смерть в качестве оружия.
Кто может остаться равнодушным к сере?
Всем добра.
Понравился материал? Подписывайтесь. Здесь бывает интересно.
_________________________________________
Уважаемые читатели!
Познакомьтесь с нашим выбором на космическую тематику, и порадуйте близких замечательными подарками 🎁:
👇👇👇
Стартовый набор начинающего космонавта
«Реклама». ООО Яндекс, ИНН 7736207543
_________________________________________
Советуем почитать