Сера S

Элемент сера S в виде выделений горячих вулканических источников известен со II в. до н. э.

Распространение серы в природе. Сера встречается в свободном виде (самородная сера) и в виде сульфидов и сульфатов образует много минералов. Входит в состав природного угля, нефти и белковых тел (особенно много серы содержится в кератине волос, перьев и шерсти).

Минералы серы:

Сульфидные минералы серы (колчеданы – светлые с металлическим блеском; блески – темные с металлическим отливом; обманки – темные без металлического блеска или чаще светлые, прозрачные):

• пирит, серный колчедан, железный колчедан FeS₂;
• халькопирит, медный колчедан FeCuS₂;
• арсенопирит, миспикель, мышьяковый колчедан FeAsS;
• галенит, свинцовый блеск PbS;
• халькозин, медный блеск Cu₂S;
• молибденит, молибденовый блеск MoS₂;
• аргентит, серебряный блеск Ag₂S;
• стибнит, сурьмяный блеск, серая сурьмяная руда Sb₂S₃;
• сфалерит, цинковая обманка ZnS;
• киноварь PbS;
• реальгар As₄S₄.

Сульфатные минералы серы:

• гипс CaSO₄*2H₂O;
• ангидрит CaSO₄;
• кизерит MgSO₄*2H₂O;
• каинит KMg(SO₄)Cl*3H₂O;
• барит, тяжелый шпат BaSO₄;
• целестин SrSO₄.

Физиологическое действие серы. Сера – жизненно важный элемент, в связанном виде она содержится во всех высших организмах (составная часть белков). Для людей свободная сера не ядовита; небольшие количества ее действуют как слабительное; мелкодисперсная сера раздражает кожу (на этом основано применение лекарственных серосодержащих мазей).

Получение серы.

1. Выплавление самородной серы из природных залежей, например с помощью водяного пара, и очистка сырой серы перегонкой. При резком охлаждении пара серы получают сублимированную серу в виде мелкого порошка “серный цвет”.
2. Выделение серы при десульфурации продуктов газификации угля (водяной, воздушный и светильный газы), например, под действием воздуха и катализатора – активного угля:

2H₂S + O₂ = 2H₂O + 2S

3. Выделение серы при неполном сгорании сероводорода (химическое уравнение выше), при подкислении раствора тиосульфата натрия:

Na₂S₂O₃ + 2HCl = 2NaCl + SO₂ + H₂O + S

и при перегонке раствора полисульфида аммония (как кубовый остаток):

(NH₄)₂(S₅) = (NH₄)₂S + 4S

Аллотропные модификации серы. Сера в свободном виде состоит из молекул различной длины (S_∞, S₁₂, S₈, S₆, S₂ и др.), и эти молекулы могут упорядочиваться различными способами, поэтому существует несколько модификаций серы. При комнатной температуре сера находится в виде α-серы (ромбическая модификация серы), которая представляет собой желтые хрупкие кристаллы без цвета и запаха, нерастворимые в воде, но легко растворимые в сероуглероде. Выше 96*С происходит медленное превращение α-серы в β-серу (моноклинная модификация серы), которая представляет собой почти белые кристаллические пластинки. Температуры плавления α- и β-серы равны соответственно 113 и 119*С. При плавлении образуется желтая низковязкая λ-сера, которая состоит, как и обе модификации твердой серы, из циклических молекул S₈. При дальнейшем нагревании циклы S₈ переформировываются в цепи разной длины. Модификация такого строения называется μ-сера; это красно-коричневая и очень вязкая жидкость. При повышении температуры окраска становится темно-коричневой и вязкость жидкой серы снова понижается. Жидкая сера кипит при 444,6*С. При вливании расплавленной серы в воду происходит переохлаждение расплава и образование желто-коричневой, резиноподобной, режущейся ножом пластической серы (смесь λ- и μ-серы), которая на воздухе за несколько минут становится желтой, мутной и хрупкой.

Химические свойства серы. При нагревании на воздухе сера сгорает голубым пламенем до диоксида серы SO₂ (с примесью триоксида серы SO₃). При высоких температурах сера реагирует с металлами, давая соответствующие сульфиды, и с водородом (и парафином), образуя сероводород H₂S. Сера растворяется в растворе сульфида аммония с образованием желто-красных полисульфид-ионов; при нагревании серы с раствором сульфита получается соответствующий тиосульфат, а при нагревании с раствором цианида – тиоцианат.

Применение серы. Сера используется для получения сероуглерода, серной кислоты, тиосульфата натрия, сернистых красителей, ультрамаринового синего, при вулканизации каучука, как средство для лечения кожных заболеваний, для защиты растений от мучнистой росы. Серу вводят в пахотные земли в виде различных сульфатсодержащих удобрений (сульфат аммония, суперфосфат). 

Сероводород (моносульфан) H₂S

Распространение сероводорода в природе. Сероводород содержится в серных минеральных источниках, вулканическом и природном газе; большие количества сероводорода образуются при естественном гниении белковых веществ.

Физиологическое действие сероводорода. Сероводород очень ядовит! Вдыхание воздуха, содержащего 0,08% (об.) H₂S, в течение 5-10 мин. приводит к смерти. Как и циаиоводород сероводород блокирует жизненно важные дыхательные ферменты (цитохромы). Лабораторные работы с сероводородом следует проводить только в вытяжном шкафу с включенной вентиляцией.

Обнаружение сероводорода. По черно-коричневому окрашиванию “свинцовой бумаги” – фильтровальной бумаги пропитанной раствором соли свинца(II) и высушенной; сероводород можно выявить по черному налету (образование Ag₂S) на серебре.

Получение сероводорода.

1. Промышленный способ – выделение из водяного, бытового, коксового и сырого синтез-газа с помощью растворов натриевых солей аминокислот, которые поглощают H₂S на холоду и выделяют при нагревании или с помощью глубокоохлажденного метанола, также хорошо поглощающего H₂S.
2. Обработка сульфида железа(II) хлороводородной кислотой:

FeS + 2HCl = FeCl₂ + H₂S

3. Нагревание серы с парафином.
4. Прямой синтез из водорода и серы (водород пропускают над расплавленной серой).

Последние три способа применяются в лабораторных условиях.

Свойства сероводорода. Бесцветный газ с запахом гнилых яиц. Температура кипения сероводорода -61*С. Горит сероводород голубым пламенем и при полном сгорании образует диоксид серы:

2H₂S + 3O₂ = 2H₂O + 2SO₂

При внесении в пламя холодных предметов (например, фарфоровых) они покрываются желтым налетом серы из-за неполного сгорания, что соответствует черной копоти при неполном сгорании углеводородов (метана, ацетилена).

Сероводород мало растворим в воде; при растворении образуется так называемая сероводородная вода, из которой на воздухе в результате медленного окисления выпадает осадок серы. Сероводород – одна из самых слабых кислот в водном растворе.

Применение сероводорода. Сероводород используют для получения серы и как реактив количественного анализа в неорганической химии.

Сульфиды

Сульфидами называются соли сероводорода. В более широком смысле это соединения электроположительных элементов с серой, имеющей, таким образом, отрицательную степень окисления (-II). Сульфиды тяжелых металлов являются промышленно важными рудами; их путем обжига на воздухе переводят в оксиды, например:

2PbS + 3O₂ = 2PbO + 2SO₂

Сульфиды щелочных и щелочноземельных элементов, а также сульфид аммония, хорошо растворимы в воде. Остальные сульфиды выделяются в виде характерно окрашенных осадков при введении раствора сульфида аммония в растворы солей металлов, а практически нерастворимые сульфиды (обладающие чрезвычайно низкой растворимостью в воде) выпадают даже из кислых растворов солей при введении сероводорода.

Примеры.

FeSO₄ + (NH₄)₂S = FeS + (NH₄)₂SO₄

2BiCl₃ + 3H₂S = Bi₂S₃ + 6HCl

Сульфиды, осаждаемые из кислых растворов сероводородом: черные – HgS, Ag₂S, PbS, CuS; оранжевые – Sb₂S₃, Sb₂S₅; коричневые – SnS, Bi₂S₃; желтые – As₂S₃, As₂S₅, SnS₂, CdS.

Сульфиды, осаждаемые из аммиачных растворов под действием сульфида аммония (NH₄)₂S: черные – FeS, NiS, CoS; розовый – MnS, белый – ZnS.

При избытке (NH₄)₂S многие выпавшие в осадок сульфиды образуют растворимые тиосоли (SnS₂, Sb₂S₃, Sb₂S₅, As₂S₃, As₂S₅, MoS₈, WS₃, V₂S₆); сульфиды алюминия(III), железа(III) и хрома(III) не выпадают из водного раствора, вместо них образуются малорастворимые гидроксиды – белый Al(OH)₃, бурый FeO(OH), серо-голубой Cr(OH)₃ и выделяется сероводород.

---