[БЕЗ_ЗВУКА]

[БЕЗ_ЗВУКА] Приветствую

вас на третьей неделе нашего курса.

И начнем мы эту неделю с серы.

Сера — это один из элементов древности.

Он известен человечеству чрезвычайно давно.

Сера, ее соединения, обладают неприятными запахами,

поэтому мы много опытов в этой части курса будем проводить в лаборатории.

Сера — элемент третьего периода шестой группы.

Электронная конфигурация — 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Сера является полным электронным аналогом кислорода — у нее также на

внешней оболочке шесть электронов.

Но сера принципиально отличается по своим свойствам от кислорода,

в первую очередь из-за того, что у серы есть 3d-подуровень,

куда могут распариваться электроны с 3p- и 3s-подуровня.

Валентности, которые проявляет сера в своих соединениях — это 2, 4 и 6.

Разнообразие степеней окисления гораздо больше.

Сера, подобно хлору, способна проявлять восемь степеней окисления — от −2 до +6.

Давайте кратко пробежимся по этим степеням окисления и посмотрим,

какие соединения образует сера в этих степенях окисления.

Начнем с отрицательной.

−2 — здесь сера образует важнейшее соединение H2S,

а также соли этой кислоты — сульфиды.

H2S — сероводород с чрезвычайно неприятным тухлым запахом.

Сера в степени окисления −1 — это соединения состава H2S2 и Na2S2,

соответственно дисульфан и дисульфид натрия.

Эти соединения образуются за счет того,

что сера склонна образовывать связи сера-сера.

В степени окисления 0, конечно же, сера образует простое вещество,

о котором мы поговорим чуть подробнее буквально через пару секунд.

Степень окисления +1 и +2 — это редкие соединения серы.

В основном сера в этих степенях окисления образует свои галогениды,

например, S2Cl2 и SCl2.

Формально степень окисления +2 будет у серы и в соединении Na2S2O3,

но в этом соединении, которому будет посвящена отдельная лекция, присутствуют

две разные серы — сера в степени окисления +4 и сера в степени окисления 0.

Сера в степени окисления +3 — это соединение Na2S2O4,

дитионит натрия, который используется в промышленности.

+4 — конечно же, важнейшим соединением является оксид серы (IV) SO2,

кислота H2SO3 — сернистая кислота и ее соли — Na2SO3 и другие.

Сера в степени окисления +5 — дитионат натрия — Na2S2O6.

И, наконец, +6.

Важнейшим соединением является оксид серы (VI) — SO3, серная кислота H2SO4,

и ее соли — сульфаты, например, Na2SO4.

Итак, простое вещество серы.

Сера склонна образовывать связи сера-сера.

В простом веществе содержится восемь атомов серы,

которые формируют очень интересную структуру, похожую на корону — четыре

атома серы находятся чуть ниже, а четыре — чуть выше воображаемой плоскости.

Такая коронообразная структура молекул серы присутствует и в ромбической,

и в моноклинной сере, которая образуется при некотором нагревании ромбической серы.

При дальнейшем нагревании, сера превращается в красную серу — это

происходит из-за того, что сера (VIII) полимеризуется в бесконечные

спирали состава SX, после чего, при 113 °C, сера плавится.

Именно эту способность серы плавиться при достаточно низкой

температуре использовали уже древние люди для выделения серы.

Они нагревали руду, содержащую серу, и расплавленная сера

вытекала в нижний сосуд, таким образом они ее собирали.

Позднее была высказана идея, что также можно добывать серу из недр.

Для этого достаточно туда закачивать перегретый пар,

и тогда серу можно будет добывать аналогично нефти через систему скважин.

Историческим способом получения серы, который широко использовался в том числе в

России, является обжиг сульфидных минералов, например, пирита.

Сегодня от него практически отказались, поскольку это чрезвычайно грязное

производство — образуются громаднейшие отвалы Fe2O3, которые невозможно дальше

переработать ни в железную руду, ни в какие-то другие полезные продукты.

Все большую популярность набирает способ производства серы из нефти.

Добываемая, например, в России нефть содержит достаточно много серосодержащих

соединений — тиофена и его аналогов.

Такую нефть невозможно перерабатывать и транспортировать по трубам,

поэтому проводят процедуру гидроочистки этой нефти от серы.

Здесь приставка гидро- означает, что очистка производится водородом.

В реакции с водородом, на катализаторе,

состав которого обычно — MoS2, допированный кобальтом или никелем,

выделяется H2S, и нефть освобождается от серы.

Треть этого H2S сжигают до SO2,

а дальше в каталитическом процессе H2S реагируется с O2, и получается сера.

Так, в России основным поставщиком серы на рынок являются газодобывающие компании.

Какие же свойства проявляет сера?

Конечно же, сера горит, при этом образуется оксид серы (IV)

SO2 — сернистый газ, обладающий резким и неприятным запахом.

Сера реагирует со многими простыми веществами, как металлами,

так и неметаллами.

Причем с металлами эта реакция протекает иногда чрезвычайно бурно.

При реакции серы с алюминием образуется сульфид алюминия — Al2S3,

при реакции серы с цинком образуется ZnS.

Давайте в лаборатории посмотрим, как протекает эта реакция.

На плитке находится стехиометрическая смесь цинка и серы.

Давайте подожжем ее с помощью зажженной лучинки.

[БЕЗ_ЗВУКА]

[БЕЗ_ЗВУКА] Сера

реагирует и с неметаллами,

но при комнатной температуре сера способна реагировать только со фтором.

При нагревании сера реагирует с хлором и с бромом, в этом случае получаются

низшие хлориды и бромиды серы — S2Cl2 и SCl2, или аналогичные им с бромом.

При нагревании сера реагирует со многими другими менее активными неметаллами,

например, с водородом при нагревании при температуре 300 °C

образуется H2S, а с углеродом — сероуглерод CS2.

Важнейшей реакцией серы со сложным веществом является взаимодействие с

раствором щелочи.

При этом сера подобно галогенам диспропорционирует — получается

Na2S и Na2sO3.

Эта реакция идет при кипячении взвеси серы в щелочном растворе.

С кислотами-неокислителями сера в реакцию не вступает.

А вот с кислотами-окислителями,

такими как азотной или серной кислотой, сера реагирует достаточно медленно,

даже при нагревании, при этом она окисляется с образованием SO2.

Стоит отметить, что сера плохорастворима в воде,

но неплохо растворяется в некоторых органических растворителях,

например, в толуоле или в сероуглероде CS2.

Какие важнейшие соединения серы мы будем рассматривать в нашем курсе?

Конечно же, это кислоты и их соли.

Важнейшие кислоты серы — это H2S, сероводород,

он растворяется в воде и образуется сероводородная кислота.

Это слабая кислота — константа кислотности всего лишь 10 в −7.

Соли этой кислоты называются сульфиды.

Другая важная кислота серы — это H2SO3, сернистая кислота.

Эта кислота средней силы — ее константа по первой ступени 10 в −2.

Соли этой кислоты называются сульфиты.

Важной особенностью этой кислоты является ее неустойчивость — в водном

растворе сернистая кислота разлагается с образованием воды и

выделением газообразного SO2.

И, наконец, самая важная из кислот серы — конечно же, серная кислота H2SO4.

Это сильная кислота по первой ступени и кислота средней силы по второй ступени

— ее константа 10 в −2.

Соли этой кислоты называются сульфаты.

Многие из них присутствуют в природе в виде важнейших минералов,

например, английская соль MgSO4 или Глауберова соль Na2SO4.

4.1. Почему сера похожа на корону?

Неорганическая химия

Conheça os instrutores