Сера и ее соединения

Сера представлена в природе четырьмя изотопами: ³²S (95%), ³³S, ³⁴S и ³⁶S. Кларк серы составляет 0,03 мол.%. Значительное количество серы находится в виде простого вещества (самородная сера). Однако бóльшая часть серы входит в состав минералов, как сульфидных, так и сульфатных: ZnS - цинковая обманка, сфалерит; PbS - свинцовый блеск, галенит; Cu₂S - медный блеск; HgS - киноварь; FeS₂ - железный колчедан или пирит; CuFeS₂ - халькопирит; Na₂SO₄×10H₂O - глауберова соль или мирабилит; CaSO₄×2H₂O - гипс.

Элемент сера образует несколько аллотропных модификаций. Наиболее устойчива ромбическая сера (a-сера), представляющая собой желтые хрупкие кристаллы, нерастворимые в воде, но растворимые в некоторых органических растворителях (серо­углерод, толуол). При температуре выше 96 °С устойчива моноклинная сера (b-сера). Обе модификации имеют молекулярное строение и построены из циклических молекул S₈ , по-разному упакованных в кристалле, т.е. фактически представляют собой полиморфные модификации.

При нагревании кристаллической серы до 113 °С она плавится, образуя темную подвижную жидкость, которая при дальнейшем нагревании вначале густеет, а затем снова размягчается и при температуре 445 °С закипает. В парах сера, в зависимости от температуры, образует молекулы разного состава:

>1500 °C

S₈ ¾® S₆ ¾® S₄ ¾® S₂ ¾® S

При выливании кипящей серы в воду образуется пластическая сера, представляющая собой тягучую массу, напоминающая сырой каучук, образованная полимерными зигзагообразными цепями

Пластическая сера неустойчива и со временем переходит в ромбическую серу.

Чистая сера не ядовита. Прием внутрь небольших ее количеств способствует заживлению ран и нарывов. Серный порошок входит в состав мазей для лечения кожных заболеваний.

Строение атома серы - 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴3d⁰ - обуславливает проявление этим элементом степени окисления - 2 при взаимодействии с элементами меньшей электроотрицательности. Образуя связи с элементами большей электроотрицательности (F, O, N, Cl), сера проявляет высшие валентности и положительные степени окисления (в основном +4 и +6) за счет переноса части валентных электронов на вакантные d-орбитали:

Химические свойства. Сера - активный неметалл, легко взаимодействующий с активными металлами и неметаллами. В парах серы горит водород:

t

H₂ + S H₂S

При нагревании сера окисляет углерод и кремний:

t t

С + 2S = CS₂; Si + 2S = SiS₂

В качестве окислителя сера выступает также при взаимодействии с металлами. Большинство реакций данного типа требует нагревания, при комнатной температуре с серой реагирует только ртуть.

t

Zn + S = ZnS; Hg + S = HgS

Использование избытка серы приводит к образованию полисульфидов, простейшим представителем которых является дисульфид железа(II), образующий минерал пирит:

Fe + 2S = FeS₂

При взаимодействии с галогенами и кислородом сера выступает в качестве восстановителя. Фтор обычно окисляет серу до высшей степени окисления с образованием SF₆. Взаимодействие серы с хлором идет ступенчато:

t t

2S + Cl₂ = S₂Cl₂; S₂Cl₂ + Cl₂ = 2SCl₂

Горение серы на воздухе и в атмосфере кислорода приводит к образованию оксида серы(IV):

t

S + O₂ = SO₂

При кипячении с кислотами-окислителями (азотная и концентрированная серная кислота) сера также окисляется:

t

S + 4HNO₃(конц) = SO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

При нагревании с водными растворами щелочей сера диспропорционирует:

3S + 6KOH = 2K₂S + K₂SO₃ + 3H₂O