Хрупкость серы: — Союз горных инженеров. Информационный портал, посвященный добыче угля, руды и прочих полезных ископаемых.

Сера






























Сера / Sulphur (S)

Атомный номер

16

Внешний вид простого вещества

светло-желтое хрупкое твердое вещество, в чистом виде без запаха

Свойства атома

Атомная масса

(молярная масса)

32,066 а. е. м. (г/моль)

Радиус атома

127 пм

Энергия ионизации

(первый электрон)

999,0 (10,35) кДж/моль (эВ)

Электронная конфигурация

[Ne] 3s2 3p4

Химические свойства

Ковалентный радиус

102 пм

Радиус иона

30 (+6e) 184 (-2e) пм

Электроотрицательность

(по Полингу)

2,58

Электродный потенциал

0

Степени окисления

6, 4, 2, -2

Термодинамические свойства простого вещества

Плотность

2,070 г/см³

Молярная теплоёмкость

22,61 Дж/(K·моль)

Теплопроводность

0,27 Вт/(м·K)

Температура плавления

386 K

Теплота плавления

1,23 кДж/моль

Температура кипения

717,824 K

Теплота испарения

10,5 кДж/моль

Молярный объём

15,5 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества

Структура решётки

орторомбическая

Параметры решётки

a=10,437 b=12,845 c=24,369 Å

Отношение c/a


Температура Дебая

n/a K






S

16

32,066

[Ne]3s23p4

Сера



Се́ра (Sulphur — обозн. «S» в таблице Менделеева) — высокоэлектроотрицательный элемент, проявляет неметаллические свойства. В водородных и кислородных соединениях находится в составе различных ионов, образует многие кислоты и соли. Многие серосодержащие соли малорастворимы в воде


Природные минералы серы


Схема атома серы


Сера является шестнадцатым по химической распространенности элементом в земной коре. Встречается в свободном (самородном) состоянии и связанном виде. Важнейшие природные соединения серы FeS2 — железный колчедан или пирит, ZnS — цинковая обманка или сфалерит (вюрцит), PbS — свинцовый блеск или галенит, HgS — киноварь, Sb2S3 — антимонит. Кроме того, сера присутствует в нефти, природном угле, природных газах и сланцах. Сера — шестой элемент по содержанию в природных водах, встречается в основном в виде сульфат-иона и обуславливает «постоянную» жёсткость пресной воды. Жизненно важный элемент для высших организмов, составная часть многих белков, концентрируется в волосах.


История открытия и происхождение названия


Сера (Sulfur, франц. Sufre, нем. Schwefel) в самородном состоянии, а также в виде сернистых соединений известна с древнейших времен. С запахом горящей серы, удушающим действием сернистого газа и отвратительным запахом сероводорода человек познакомился, вероятно, еще в доисторические времена. Именно из-за этих свойств сера использовалась жрецами в составе священных курений при религиозных обрядах. Сера считалась произведением сверхчеловеческих существ из мира духов или подземных богов. Очень давно сера стала применяться в составе различных горючих смесей для военных целей. Уже у Гомера описаны «сернистые испарения», смертельное действие выделений горящей серы. Сера, вероятно, входила в состав «греческого огня», наводившего ужас на противников.


Около VIII в. китайцы стали использовать ее в пиротехнических смесях, в частности, в смеси типа пороха. Горючесть серы, лёгкость, с которой она соединяется с металлами с образованием сульфидов (например, на поверхности кусков металла), объясняют то, что ее считали «принципом горючести» и обязательной составной частью металлических руд. Пресвитер Теофил (XII в.) описывает способ окислительного обжига сульфидной медной руды, известный, вероятно, еще в древнем Египте.


В период арабской алхимии возникла ртутно-серная теория состава металлов, согласно которой сера почиталась обязательной составной частью (отцом) всех металлов. В дальнейшем она стала одним из трех принципов алхимиков, а позднее «принцип горючести» явился основой теории флогистона. Элементарную природу серы установил Лавуазье в своих опытах по сжиганию. С введением пороха в Европе началось развитие добычи природной серы, а также разработка способа получения ее из пиритов; последний был распространен в древней Руси. Впервые в литературе он описан у Агриколы. Таким образом точно происхождение серы не установлено, но как сказано выше этот элемент использовался до Рождества Христова, а значит знаком людям с давних времен.


Происхождение названия


Происхождение латинского sulfur неизвестно. Русское название элемента обычно производят от санскритского «сира» — светло-желтый. Возможно родство «серы» с древнееврейским «серафим» — множественным числом от «сераф» — букв. сгорающий, а сера хорошо горит. В древнерусском и старославянском «сера» — вообще горючее вещество, в том числе и жир.


Происхождение серы


Большие скопления самородной серы встречаются не так уж часто. Чаще она присутствует в некоторых рудах. Руда самородной серы — это порода с вкраплениями чистой серы.


Когда образовались эти вкрапления — одновременно с сопутствующими породами или позже? От ответа на этот вопрос зависит направление поисковых и разведочных работ. Но, несмотря на тысячелетия общения с серой, человечество до сих пор не имеет однозначного ответа. Существует несколько теорий, авторы которых придерживаются противоположных взглядов.


Теория сингенеза (то есть одновременного образования серы и вмещающих пород) предполагает, что образование самородной серы происходило в мелководных бассейнах. Особые бактерии восстанавливали сульфаты, растворенные в воде, до сероводорода, который поднимался вверх, попадал в окислительную зону и здесь химическим путем или при участии других бактерий окислялся до элементарной серы. Сера осаждалась на дно, и впоследствии содержащий серу ил образовал руду.


Теория эпигенеза (вкрапления серы образовались позднее, чем основные породы) имеет несколько вариантов. Самый распространенный из них предполагает, что подземные воды, проникая сквозь толщи пород, обогащаются сульфатами. Если такие воды соприкасаются с месторождениями нефти или природного газа, то ионы сульфатов восстанавливаются углеводородами до сероводорода. Сероводород поднимается к поверхности и, окисляясь, выделяет чистую серу в пустотах и трещинах пород.


В последние десятилетия находит все новые подтверждения одна из разновидностей теории эпигенеза — теория метасоматоза (в переводе с греческого «метасоматоз» означает замещение). Согласно ей в недрах постоянно происходит превращение гипса CaSO4-h3O и ангидрита CaSО4 в серу и кальцит СаСО3.


Данная теория создана в 1935 году советскими учеными Л. М. Миропольским и Б. П. Кротовым. В ее пользу говорит, в частности, такой факт.


 


В 1961 году в Ираке было открыто месторождение Мишрак. Сера здесь заключена в карбонатных породах, которые образуют свод, поддерживаемый уходящими вглубь опорами (в геологии их называют крыльями). Крылья эти состоят в основном из ангидрита и гипса. Такая же картина наблюдалась на отечественном месторождении Шор-Су.


 


Геологическое своеобразие этих месторождений можно объяснить только с позиций теории метасоматоза: первичные гипсы и ангидриты превратились во вторичные карбонатные руды с вкраплениями самородной серы. Важно не только соседство минералов — среднее содержание серы в руде этих месторождений равно содержанию химически связанной серы в ангидрите. А исследования изотопного состава серы и углерода в руде этих месторождений дали сторонникам теории метасоматоза дополнительные аргументы.


 


Но есть одно «но»: химизм процесса превращения гипса в серу и кальцит пока не ясен, и потому нет оснований считать теорию метасоматоза единственно правильной. На земле и сейчас существуют озера (в частности, Серное озеро близ Серноводска), где происходит сингенетическое отложение серы и сероносный ил не содержит ни гипса, ни ангидрита.


 


Разнообразие теорий и гипотез о происхождении самородной серы — результат не только и не столько неполноты наших знаний, сколько сложности явлений, происходящих в недрах. Еще из элементарной школьной математики все мы знаем, что к одному результату могут привести разные пути. Этот закон распространяется и на геохимию.


Получение


 


Серу получают главным образом выплавкой самородной серы непосредственно в местах её залегания под землей. Серные руды добывают разными способами — в зависимости от условий залегания. Залежам серы почти всегда сопутствуют скопления ядовитых газов — соединений серы. К тому же нельзя забывать о возможности ее самовозгорания.


 


Добыча руды открытым способом происходит так. Шагающие экскаваторы снимают пласты пород, под которыми залегает руда. Взрывами рудный пласт дробят, после чего глыбы руды отправляют на сероплавильный завод, где из концентрата извлекают серу.


 


В 1890 г. Герман Фраш, предложил плавить серу под землей и через скважины, подобные нефтяным, выкачивать ее на поверхность. Сравнительно невысокая (113°C) температура плавления серы подтверждала реальность идеи Фраша. В 1890 г. начались испытания, приведшие к успеху.


 


Известно несколько методов получения серы из серных руд: пароводяные, фильтрационные, термические, центрифугальные и экстракционные.


Также сера в больших количествах содержится в природном газе в газообразном состоянии (в виде сероводорода, сернистого ангидрида). При добыче она откладывается на стенках труб и оборудования, выводя их из строя. Поэтому её улавливают из газа как можно быстрее после добычи. Полученная химически чистая мелкодисперсная сера является идеальным сырьём для химической и резиновой промышленности.


Крупнейшее месторождение самородной серы вулканического происхождения находится на острове Итуруп с запасами категории A+B+C1 — 4227 тыс. тонн и категории C2 — 895 тыс. тонн, что достаточно для строительства предприятия мощностью 200 тыс. тонн гранулированной серы в год.


Производители


Основными производителями серы в России являются предприятия ОАО Газпром: ООО Газпром добыча Астрахань и ООО Газпром добыча Оренбург, получающие ее как побочный продукт при очистке газа.


Физические свойства


Природный сросток кристаллов самородной серы


Сера существенно отличается от кислорода способностью образовывать устойчивые цепочки и циклы из атомов серы. Наиболее стабильны циклические молекулы S8, имеющие форму короны, образующие ромбическую и моноклинную серу. Это кристаллическая сера — хрупкое вещество желтого цвета. Кроме того, возможны молекулы с замкнутыми (S4, S6) цепями и открытыми цепями. Такой состав имеет пластическая сера, вещество коричневого цвета. Формулу пластической серы чаще всего записывают просто S, так как она, хотя и имеет молекулярную структуру, является смесью простых веществ с разными молекулами. В воде сера нерастворима, некоторые её модификации растворяются в органических растворителях, например сероуглероде. Серу применяют для производства серной кислоты, вулканизации каучука, как фунгицид в сельском хозяйстве и как сера коллоидная — лекарственный препарат. Также сера в составе серобитумных композиций применяется для получения сероасфальта, а в качестве заместителя портландцемента — для получения серобетона.


Химические свойства


Горение серы


При комнатной температуре сера реагирует со фтором и хлором, проявляя восстановительные свойства:

S + 3F2 = SF6

S + Cl2 = SCl2

С концентрированными кислотами-окислителями (HNO3, H2SO4) сера реагирует только при длительном нагревании, окисляясь:


S + 6HNO3(конц.) = H2SO4 + 6NO2 ↑ + 2H2O

S + 2H2SO4(конц. ) = 3SO2 ↑ + 2H2O


На воздухе сера горит, образуя сернистый ангидрид — бесцветный газ с резким запахом:

S + O2 = SO2


С помощью спектрального анализа установлено, что на самом деле процесс окисления серы в двуокись представляет собой цепную реакцию и происходит с образованием ряда промежуточных продуктов: моноокиси серы S2O2, молекулярной серы S2, свободных атомов серы S и свободных радикалов моноокиси серы SO.


При взаимодействии с металлами образует сульфиды. 2Na + S = Na2S


При добавлении к этим сульфидам серы образуются полисульфиды: Na2S + S = Na2S2


При нагревании сера реагирует с углеродом, кремнием, фосфором, водородом:

C + 2S = CS2 (сероуглерод)


Сера при нагревании растворяется в щёлочах — реакция диспропорционирования

3S + 6KOH = K2SO3 + 2K2S + 3H2O


Пожароопасные свойства серы


Тонкоизмельченная сера склонна к химическому самовозгоранию в присутствии влаги, при контакте с окислителями, а также в смеси с углем, жирами, маслами. Сера образует взрывчатые смеси с нитратами, хлоратами и перхлоратами. Самовозгорается при контакте с хлорной известью.


Средства тушения: распыленная вода, воздушно-механическая пена.


Обнаружение горения серы является трудной проблемой. Пламя сложно обнаружить человеческим глазом или видеокамерой, спектр голубого пламени лежит в основном в ультрафиолетовом диапазоне. Горение происходит при низкой температуре. Для обнаружения горения тепловым извещателем необходимо размещать его непосредственно близко к сере. Пламя серы не излучает в инфракрасном диапазоне. Таким образом оно не будет обнаружено распространенными инфракрасными извещателями. Ими будут обнаруживаться лишь вторичные возгорания. Пламя серы не выделяет паров воды. Таким образом детекторы ультрафиолетовых извещателей пламени, использующие соединения никеля, не будут работать.


Для эффективного обнаружения пламени рекомендуется использовать ультрафиолетовые извещатели с детекторами на основе молибдена. Они имеют спектральный диапазон чувствительности 1850…2650 ангстрем, который подходит для обнаружения горения серы.


Так как воздух по объему состоит приблизительно из 21 % кислорода и 79 % азота и при горении серы из одного объема кислорода получается один объем SO2, то максимальное теоретически возможное содержание SO2 в газовой смеси составляет 21 %. На практике горение происходит с некоторым избытком воздуха и объемное содержание SO2 в газовой смеси меньше теоретически возможного составляя обычно 14…15 %.


Горение серы протекает только в расплавленном состоянии аналогично горению жидкостей. Верхний слой горящей серы кипит, создавая пары, которые образуют слабосветящееся пламя высотой до 5 см. Температура пламени при горении серы составляет 1820 °C


Пожары на складах серы


В декабре 1995 года на открытом складе серы предприятия, расположенного в городе Сомерсет Вест Западной Капской провинции Южно-Африканской Республики произошел крупный пожар, погибли два человека.


16 января 2006 г. около пяти вечера на череповецком предприятии «Аммофос» загорелся склад с серой. Общая площадь пожара — около 250-ти квадратных метров. Полностью ликвидировать его удалось лишь в начале второго ночи. Жертв и пострадавших нет.


15 марта 2007 рано утром на ООО «Балаковский завод волоконных материалов» произошел пожар на закрытом складе серы. Площадь пожара составила 20 кв.м. На пожаре работало 4 пожарных расчета с личным составом в 13 человек. Примерно через полчаса пожар был ликвидирован. Никто не пострадал.


4 и 9 марта 2008 года произошло возгорание серы в Атырауской области в хранилище серы ТШО на Тенгизском месторождении. В первом случае очаг возгорания удалось потушить быстро, во втором случае сера горела 4 часа. Объём горевших отходов нефтепереработки, к каковым по казахстанским законам отнесена сера, составил более 9 тысяч килограммов.


В апреле 2008 недалеко от поселка Кряж Самарской области загорелся склад, на котором хранилось 70 тонн серы. Пожару была присвоена вторая категория сложности. К месту происшествия выехали 11 пожарных расчетов и спасатели. В тот момент, когда пожарные оказались около склада, горела еще не вся сера, а только ее небольшая часть — около 300 килограммов. Площадь возгорания вместе с участками сухой травы, прилегающими к складу, составила 80 квадратных метров. Пожарным удалось быстро сбить пламя и локализовать пожар: очаги возгорания были засыпаны землей и залиты водой.


В июле 2009 в Днепродзержинске горела сера. Пожар произошел на одном из коксохимических предприятий в Баглейском районе города. Огонь охватил более восьми тонн серы. Никто из сотрудников комбината не пострадал.

Полезная сера | Наука и жизнь

Необычные полимеры помогут найти применение «ненужной» сере.


Обычно твёрдую серу перевозят и хранят в открытом виде. Фото: Allan Harris/Flickr.com

Открыть в полном размере


Может ли полезное ископаемое превратиться в бесполезное? Несмотря на то, что на первый взгляд, такая мысль кажется абсурдной, примеров таких «чудес» существует множество. Недавно мы были свидетелями отрицательных фьючерсных цен на нефть. А тот, кто любит ходить летом по грибы и по ягоды, наверняка знает, что горы принесённых из леса подберёзовиков и земляники сулят одни проблемы. С грибами, ягодами или нефтью в этом плане проще – когда их слишком много, то их сбор и добычу можно волевым усилием ограничить. Но не со всеми полезными ископаемыми этот метод работает. И одно из них – сера.


Самородная сера известна человечеству испокон веков. И месторождения чистой серы долгое время были основным источником этого ценного элемента для промышленности. Однако со временем основным «месторождением» серы стали нефте- и газоперерабатывающие заводы. Дело в том, что в природной нефти и газе содержится некоторое количество сернистых соединений – различных веществ, в молекулах которых есть атомы серы. Нефть и газ из разных месторождений отличаются по содержанию серы – в каких-то её совсем мало, а в других, наоборот, очень много.


Просто так оставить серу в нефти или газе нельзя. Если из неочищенной от серы нефти сделать бензин или дизельное топливо, то все выхлопные газы, полученные от сжигания этого топлива, будут содержать большое количество ядовитого газа – оксида серы. Он мало того что вреден сам по себе, так ещё и способствует образованию кислотных дождей. Аналогична ситуация и с природным газом. Кроме того, если мы переработаем нефть и газ в нефтехимическое сырьё, то высокое содержание в нём серы будет выводить из строя сложные каталитические системы химических заводов, поскольку сера – это яд, который отравляет катализаторы. Поэтому от лишней серы избавляются на самых ранних этапах переработки углеводородного сырья – ещё на нефтеперерабатывающих и газоперерабатывающих заводах. В результате очистки углеводородов от сернистых соединений образуются огромные объёмы серы, с которой не всегда понятно, что делать.


Большая часть серы идёт на производство серной кислоты и минеральных удобрений, но всё равно «ненужной» серы остаётся слишком много. Стоит она дёшево, хранят её обычно на открытом воздухе в виде самых настоящих серных гор высотой в несколько десятков метров. И это создаёт проблемы: во-первых, ветер разносит пылинки серы, а во-вторых, под действием кислорода воздуха и различных микроорганизмов сера постепенно окисляется вплоть до серной кислоты. Во всём этом нет ничего хорошего ни для окружающей среды, ни для людей и животных, проживающих вблизи таких мест. Поэтому над проблемой, что же полезного можно сделать из серы, не первый год бьются множество химиков. И больших успехов в этом удалось добиться группе исследователей из Ливерпульского университета.

Ещё в прошлом году они опубликовали в Nature Communications статью, в которой описали метод «обратной вулканизации» – синтеза необычного полимера на основе серы. Суть «обычной» вулканизации заключается в том, что длинные подвижные полимерные молекулы, например, натурального каучука сшиваются между собой короткими «мостиками», например, из той же серы, делая материал более прочным. Этот метод – основа для производства резины. При вулканизации сера выступает в роли своеобразной молекулярной скрепки.


Однако у серы есть уникальная особенность – она сама может образовывать довольно длинные цепочки. И здесь появляется возможность сделать всё наоборот – использовать серу не как скрепки для полимеров, а как сам полимер. Правда, такие серные цепочки в чистом виде оказываются недолговечными и довольно быстро разваливаются на фрагменты. Вот тут и пригодится «обратная вулканизация», цель которой состоит в том, чтобы сшить небольшими молекулами длинные и хрупкие полимерные молекулы серы.


Благодаря обратной вулканизации можно превратить большие объёмы «бесполезной» серы во вполне полезный полимерный материал. Недавно исследователи из Ливерпульского университета и Университета Флиндерса представили новые результаты – им удалось существенно улучшить характеристики «серного полимера», разработав технологию его производство в виде двух отдельных стадий (они позволяет получать полимер с требуемыми характеристиками), а кроме того, показать, что такие полимерные материалы можно ремонтировать после повреждений и даже перерабатывать во вторсырьё.


Если подобная технология получит развитие, то мы сможем не только решить проблему переизбытка серы, получаемой из нефти и газа, но и создавать совершенно новые и дешёвые полимерные материалы.

Крупные планы границ зерен показывают, как примеси серы делают никель хрупким — ScienceDaily

Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего пролили новый свет на научную загадку, касающуюся атомного механизма серного охрупчивания никеля, классического Проблема, которая озадачивала научное сообщество почти столетие. Открытие также обогащает фундаментальное понимание общих границ зерен, которые часто контролируют механические и физические свойства поликристаллических материалов.

Исследование возглавил Цзянь Луо, профессор наноинженерии, материаловедения и инженерии инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего. Работа опубликована 17 июля в Nature Communications .

С начала 1900-х годов инженеры и ученые признали, что примеси серы вызывают разрушение никеля и других пластичных металлов, таких как железо и сталь, при низких уровнях напряжения. Серное охрупчивание металлов имеет общее технологическое значение, поскольку многие инженерные сплавы используются в серосодержащих средах, например, жаропрочные сплавы на основе никеля, используемые в угольных электростанциях нового поколения для повышения энергоэффективности.

Исследователи знали, что это охрупчивание связано с сегрегацией серы по границам зерен, но основные атомные механизмы оставались неясными.

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего пролили новый свет на эти механизмы, изучив общие границы зерен в поликристаллах никеля, легированных серой. Они использовали комбинацию сканирующей просвечивающей электронной микроскопии с коррекцией аберраций и атомистического моделирования полугранд-канонического ансамбля.

Команда Луо обнаружила, что конкуренция между межфазным упорядочением и разупорядочением приводит к чередующемуся образованию аморфных и бислойных граней на общих границах зерен. Они также обнаружили, что биполярные межфазные структуры вызывают хрупкие межкристаллитные трещины между полярными серно-никелевыми структурами, которые беспорядочно выровнены в двух противоположных направлениях.

«Аналогичные механизмы могут вызывать охрупчивание границ зерен в других системах металл-неметалл. Примеры включают кислородное, серное, фосфорное и водородное охрупчивание других металлов и сплавов. Они имеют большое технологическое значение», — сказал Луо.

Эта работа является дальнейшим развитием предыдущего исследования группы Луо по охрупчиванию никеля висмутом, которое было проведено в сотрудничестве с Университетом Лихай и опубликовано в двух последующих отчетах в Science в 2011 и 2017 годах. Исследователи обнаружили, что высокоупорядоченные межфазные структуры формируются. на общих границах зерен в никеле, легированном висмутом. В новом исследовании Nature Communications группа Луо обнаружила, что неупорядоченные биполярные межфазные структуры формируются в никеле, легированном серой.

«Висмут и сера — две хорошо известные охрупчивающие примеси никеля. Интересно, что мы обнаружили, что они представляют два крайних случая межфазных структур — упорядоченная и неупорядоченная соответственно. Таким образом, их можно рассматривать как два классических примера границ зерен. охрупчивание с различными лежащими в основе атомистическими структурами», — сказал Луо.

Помимо изучения механизмов охрупчивания, исследователи говорят, что это исследование проливает новый свет на таинственные явления аномального роста зерен в легированном серой никеле и расширяет фундаментальное понимание неупорядоченных границ раздела. Это исследование также бросает вызов традиционной точке зрения, показывая, что ориентация фасетки границы зерна, а не разориентация, определяет межфазную структуру.

«Эта работа расширяет наши фундаментальные знания о границах раздела материалов за пределы хорошо охарактеризованных упорядоченных границ раздела и особых симметричных границ в искусственных бикристаллах, которые были в центре внимания большинства предыдущих исследований. Теперь у нас есть новое понимание неупорядоченных границ раздела и общих границ зерен. в реальных поликристаллах, которые часто ограничивают характеристики большинства инженерных материалов», — сказал Луо.

История Источник:

Материалы предоставлены Калифорнийский университет — Сан-Диего . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Сера

Зона данных | Открытие | Факты | Внешний вид и характеристики | Использование | Изобилие и изотопы | Ссылки

16

S

32.06

Химический элемент сера классифицируется как халькоген и неметалл. Оно известно с древних времен. Его первооткрыватель и дата открытия неизвестны.

Зона данных

Классификация: Сера является халькогеном и неметаллом
Цвет: желтый
Атомный вес: 32.06
Состояние: твердый
Температура плавления: 115,2 или С, 388,4 К
Точка кипения: 444,7 или С, 717,9 К
Электроны: 16
Протоны: 16
Нейтроны в наиболее распространенном изотопе: 16
Электронные оболочки: 2,8,6
Электронная конфигурация: 2 2 2п 6 2 3п 4
Плотность @ 20 или C: 2,07 г/см 3

Реакции, Соединения, Радиусы, Проводимости»>Показать больше, в том числе: Теплота, Энергия, Окисление,
Реакции, соединения, радиусы, проводимости

Атомный объем: 15,5 см 3 /моль
Структура: S 8 кольца
Твердость: 2 месяца
Удельная теплоемкость 0,71 Дж г -1 К -1
Теплота плавления 1,7175 кДж моль -1
Теплота распыления 279 кДж моль -1
Теплота парообразования 9,8 кДж моль -1 S 2
1 ст энергия ионизации 999,6 кДж моль -1
2 энергия ионизации 2251 кДж моль -1
3 rd энергия ионизации 3360,6 кДж моль -1
Сродство к электрону 200,4144 кДж моль -1
Минимальная степень окисления -2
Мин. общее окисление нет. -2
Максимальная степень окисления 6
Макс. общее окисление нет. 6
Электроотрицательность (шкала Полинга) 2,58
Объем поляризуемости 2,9 Å 3
Реакция с воздухом энергичный, вес/вес ⇒ SO 2
Реакция с 15 М HNO 3 энергичный, ⇒ H 2 SO 4 , NO x
Реакция с 6 М HCl нет
Реакция с 6 М раствором NaOH нет
Оксид(ы) ТЗ 2 , ТЗ 3
Гидрид(ы) H 2 S (сероводород)
Хлорид(ы) S 2 Кл 2 , Кл 2
Атомный радиус 100 вечера
Ионный радиус (1+ ион)
Ионный радиус (2+ ион)
Ионный радиус (3+ ион)
Ионный радиус (1-ион)
Ионный радиус (2-ионный) 170 вечера
Ионный радиус (3-ионный)
Теплопроводность 0,205 Вт·м -1 К -1
Электропроводность 5,0 x 10 -14 S см -1
Температура замерзания/плавления: 115,2 или С, 388,4 К

Отложения серы вокруг жерла вулкана

Большая часть пользы для здоровья от лука и чеснока связана с соединениями серы.

Серные равнины вокруг вулканического спутника Юпитера, Ио. Фото: НАСА

Древняя переработка серы: Серная руда нагревается в котлах, крышки которых плотно прилегают, чтобы ограничить выброс SO 2 . (Современный предел кратковременного воздействия для SO 2 составляет 5 частей на миллион. (12) ) Под горшками собирается жидкая сера. Георгиус Агрикола, 1556.

Открытие серы

Доктор Дуг Стюарт

Сера известна с древних времен. В Библии его называют серой. Его можно найти в элементарном состоянии вокруг жерл вулканов.

Название могло быть получено из арабского «суфра», что означает желтый, или санскритского «шулбари», что означает враг (ари) меди (шулба). (1)

Вариант на санскрите привлекателен, потому что он несет в себе сообщение о знаниях людей в области химии из далекого прошлого: сера действительно легко реагирует со многими металлами, включая медь. (Санскрит — один из древнейших индоевропейских языков, ему более 3000 лет. Несмотря на это, это человеческий язык, наиболее совместимый с искусственным интеллектом. (2) )

При горении серы образуется диоксид серы, ядовитый газ. Когда-то этот газ применялся в Нью-Йорке для фумигации зданий, в которых распространялись инфекционные заболевания. (3)

Использование горения серы для окуривания началось несколько тысяч лет назад. В «Одиссее» Гомера, которой около 2800 лет, Одиссей говорит: «Принеси серу, старая кормилица, очищающая от всякой скверны, и принеси мне огонь, чтобы я мог очистить дом серой…» (4)

В 808 году китайский текст дает нам, возможно, первый рецепт пороха, содержащий селитру, серу и углерод. (5)

Также считается, что сера была компонентом «греческого огня», оружия, похожего на огнемет, использовавшийся Византийской империей. (6), (7)

Сера стала признанным химическим элементом в 1789 году, когда Антуан Лавуазье включил ее в свой знаменитый список элементов. (8)

В 1823 году немецкий химик Эйльхард Мичерлих открыл аллотропию серы: он показал, что форма кристаллов серы, полученная при охлаждении расплавленной серы, отличается от формы, полученной при кристаллизации элемента из раствора. (9)

Сера, полученная из расплавленной серы, называется моноклинной серой, а сера, полученная при кристаллизации раствора, называется ромбической серой. Обе формы состоят из колец S 8 . Разница между формами заключается в том, как кольца расположены внутри кристалла.

В то время понятие аллотропии – различных структурных форм одного и того же элемента – не стало формальной частью химии. Только в 1841 году Берцелиус ввел этот термин для объяснения моноклинной и ромбической форм серы. (10)

К 1800-м годам сера в форме серной кислоты стала лучшим способом судить о богатстве страны. Страны даже воевали из-за серы.

Вот что сказал об этом великий немецкий химик Юстус Либих примерно в 1843 году:

«Не будет преувеличением сказать, что мы можем справедливо судить о коммерческом благополучии страны по количеству потребляемой ею серной кислоты.

(цена на серу влияет на цену…) отбеленных и набивных хлопчатобумажных тканей, мыла, стекла и т. д., и помня, что Великобритания снабжает ими Америку, Испанию, Португалию и Восток, обменивая их на хлопок-сырец, шелк, вина, изюма, индиго и т. д., мы можем понять, почему английское правительство решило прибегнуть к войне с Неаполем (в 1839 г.) для того, чтобы отменить монополию на серу, которую последняя держава недавно пыталась установить». (11)

Интересные факты о сере

  • Сера составляет почти 3% массы Земли. Если вы думаете, что это немного, в следующий раз, когда вы посмотрите на небо и увидите луну, подумайте вот о чем: земля содержит достаточно серы, чтобы образовалась не одна новая луна, а две!
  • Когда шекспировский Отелло просит о наказании, он упоминает одну возможность: «…поджарь меня в сере!»
  • Сера горит очень приятным голубым пламенем — ее старое название — сера, что означает «горящий камень» или «горящий камень».
  • Чистая сера не имеет запаха, но многие ее соединения воняют! Например, соединения серы, называемые меркаптанами, придают скунсам их ужасный запах. Тухлые яйца (и большинство бомб-вонючек) получают свой характерный аромат благодаря сероводороду, H 2 S.
  • Некоторые пещерные бактерии переваривают сероводород и производят в пещерах снотиты (подумайте о слизистых сталактитах). Эти сопляки капают серной кислотой с нулевым рН — этого достаточно, чтобы прожечь дыры в вашей одежде, если вы встанете под нее. Бактерии сноттита процветают в районах, где есть залежи серы или серосодержащие минералы или углеводороды. Серная кислота, которую они выделяют, создает под землей новые пещерные системы, растворяя камни.
  • В ядре Земли доля серы гораздо выше, чем в ее коре — примерно в 100 раз больше.
  • Пенициллин — природный антибиотик на основе серы.

 

Кольцо серы 8.

Сера очень энергично реагирует с цинком. Вот пробный пуск серно-цинковой ракеты.

Кристаллизация жидкой серы.

Внешний вид и характеристики

Вредные эффекты:

Элементарная сера считается малотоксичной.

Такие соединения, как сероуглерод, сероводород и диоксид серы, являются токсичными. Например, при концентрации 0,03 части на миллион мы чувствуем запах сероводорода, но он считается безопасным в течение восьми часов воздействия. При 4 ppm это может вызвать раздражение глаз. При 20 ppm воздействие более минуты вызывает серьезное повреждение глазных нервов. При 700 ppm дыхание останавливается. Если не будет быстрого спасения, наступит смерть. Это может привести к необратимому повреждению головного мозга. (14)

Характеристики:

Сера представляет собой мягкое хрупкое твердое вещество бледно-желтого цвета без запаха. Нерастворим в воде, но растворим в сероуглероде. Горит голубым пламенем, окисляясь до диоксида серы.

Сера существует в нескольких кристаллических и аморфных аллотропах. Наиболее распространенной формой является желтая орторомбическая альфа-сера, содержащая сморщенные кольца S 8 .

Сера многовалентна и сочетается с валентностью 2, 4 или 6 почти со всеми другими элементами. Наиболее известным соединением серы является сероводород (H 2 S). Это ядовитый газ с запахом тухлых яиц; запах используется в бомбах-вонючках, многие из которых выделяют небольшое количество сероводорода.

Использование серы

Сера в основном используется в коммерческих целях в качестве реагента при производстве серной кислоты (H 2 SO 4 ). Серная кислота является основным химическим веществом номер один в промышленно развитых странах, которое требуется в больших количествах для свинцово-кислотных аккумуляторов для автомобилей.

Сера также используется при вулканизации натурального каучука, в качестве фунгицида, в черном порохе, в моющих средствах и в производстве фосфорных удобрений.

Сера является жизненно важным элементом для всех форм жизни. Он является компонентом двух аминокислот, цистеина и метионина.

Изобилие и изотопы

Изобилие в земной коре: 350 частей на миллион по весу, 225 частей на миллион по молям

Изобилие в Солнечной системе: 400 частей на миллион по весу, 10 частей на миллион по молям

Стоимость, чистая: $50 за 100 г

Стоимость, навалом: $ за 100 г

Источник: Залежи серы естественным образом встречаются в районах вокруг горячих источников и в вулканических районах. Он также широко встречается в природе в виде железного пирита (сульфид железа), галенита (сульфид свинца), гипса (сульфат кальция), солей Эпсома (сульфат магния) и многих других минералов.

Сера добывается в коммерческих целях из подземных месторождений с использованием процесса Фраша — перегретая вода и пар закачиваются под землю, где они расплавляют серу, позволяя перекачивать ее на поверхность. Серу также получают в промышленных масштабах как побочный продукт переработки сырой нефти.

Изотопы: Сера имеет 18 изотопов с известными периодами полураспада и массовыми числами от 27 до 45. Встречающаяся в природе сера представляет собой смесь своих четырех стабильных изотопов, и они находятся в указанных процентах: 32 S (95,0%), 33 S (0,8%), 34 S (4,2%) и 36 S (0,02%).

Ссылки
  1. Г. Эггерт, М. Вейхерт, Х. Эйлер, Б. Барбье, Некоторые новости о черных пятнах., 2004, Proceedings of Metal, стр. 142 (скачать в формате pdf).
  2. Рик Бриггс, Представление знаний на санскрите и искусственный интеллект., Журнал AI, том 6, номер 1, 1985 г., стр. 32.
  3. Сайрус Эдсон, Дезинфекция жилых помещений с помощью двуокиси серы, Папская служба общественного здравоохранения, 1889 г., 15: с65-68.
  4. Томас Ф. Глик, Стивен Джон Ливси, Фейт Уоллис, Диоксид, Средневековая наука, технология и медицина: энциклопедия., 2005, стр. 211, Routelidge.
  5. Гомер, Одиссея, стр. 270.
  6. Чарльз Стефенсон, Секретное оружие адмирала: лорд Дандональд и истоки химической войны, стр. 93, Boydell Press.
  7. Эрик Кродди, Химическая и биологическая война., стр. 128, Copernicus Books
  8. Антуан Лавуазье, Элементы химии в Project Gutenberg 1790, Перевод оригинального французского 1789 года Роберта Керра.
  9. Ганс-Вернер Шютт, Эйльхард Мичерлих, принц прусской химии, стр. 98, Фонд химического наследия.
  10. Уильям Б. Дженсен, Происхождение термина аллотроп., J. Chem. образования, 2006, 83 (6), стр. 838.
  11. Юстус Фрайхерр фон Либих, Знакомые письма по химии., 1843.
  12. Двуокись серы в атмосфере на рабочем месте Управление по безопасности и гигиене труда
  13. Почему при нарезании лука вы плачете? , Библиотека Конгресса.
  14. Токсичность газообразного сероводорода.
Процитировать эту страницу

Для онлайн-ссылки скопируйте и вставьте одно из следующего:

 Sulphur
 

или

 
		

Навигация по записям

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *