Сера является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 16 и условным обозначением S. Сера при нормальных атмосферных условиях представляет собой ярко-желтое кристаллическое вещество, которое входит в состав множества минералов.
Открытие серы
Такой химический элемент как сера был известен человечеству очень долгое время. Жители, которые проживали на территориях современного Китая и Египта, использовали его для отбеливания тканей, дезинфекции и в качестве лекарственных средств еще в пятом тысячелетии до Нашей Эры. Чтобы было понятно на сколько давно был известен этот элемент — упоминания серы присутствуют в Библии.
Средневековые алхимики использовали серу в своих опытах для создания мифического артефакта под названием «философский камень». При этом многие алхимики использовали этот химический элемент и в экспериментах другого рода. В пример можно привести древний Китай в котором был создан так называемый «черный порох». В химическом отношении он представляет собой соединение нитрата калия, древесного угля и серы. К слову это вещество (но уже доработанное) используется и по сей день.
В ноябре 1777 года Антуан Лоран де Лавуазье первым предположил, что сера является отдельным элементом. Его эксперименты и наблюдения за поведением серы при горении в конечном итоге привели к падению теории флогистона. К 1809 году Хэмфри Дэви экспериментально пришел к выводу, что сера содержит кислород и водород. Окончательное доказательство свойств элемента было получено в 1810 году Жозефом Луи Гей-Люссаком и Луи Жаком Тенаром при повторении экспериментов Дэви.
С 1814 года символ химического элемента S использовался по предложению Йёнса Якоба Берцелиуса, который включил его в свою таблицу атомного веса под названием сера. Датский химик Уильям Кристофер Зейзе обнаружил ксантогенаты около 1822 года и произвел первый меркаптан с этантиолом в 1834 году.
Интересное:
Характеристики
| Физические характеристики | |
|---|---|
| Состояние при Н.У. | Твердое |
| Температура плавления | 115,21 °С |
| Точка кипения | 445°С |
| Плотность при Н.У. | 2,07 г/см 3 |
| Твердость по шкале Мооса | 2 |
| Критическая точка | — |
| Мол. теплота плавления | 1,23 кДж/моль |
| Мол. теплота испарения | 10,5 кДж/моль |
| Мол. теплоемкость | 22,61 Дж/(моль·К) |
| Молярный объем | 15,5 см 3/моль |
| Химические характеристики | |
|---|---|
| Атомный номер(Z) | 16 |
| Атомная масса | 32,059 |
| Электронная конфигурация | 3s23p4 |
| Радиус атома | 127 пм |
| Ковалентный радиус | 102 пм |
| Степени окисления | -2, -1, 0, +1, +2, +4, +6 |
| Радиус иона | 30 пм |
| Электроотрицательность | 2,58 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации | 999 кДж/моль |
| Изотопы | ³⁰S; ³¹S; ³²S; ³³S; ³⁴S; ³⁵S; ³⁶S; ³⁷S; ³⁸S; ³⁹S; ⁴⁰S |
Интересное:
Добыча и производство
Сера является достаточно распространенным химическим элементом, который по имеющимся данным занимает 16 позицию по общей массе в земной коре. Данный элемент встречается в свободном виде и в некоторых учебных пособиях указывается как «самородная сера». Он так же принят ученым обществом как самостоятельный минерал и классифицирован Международной минералогической ассоциацией.
Элементарная сера встречается в природе в масштабных месторождениях, которые базируются в Сицилии, Польше, Ираке, Иране, США и Мексике. На данный момент самородная сера была обнаружена в более чем 1500 точках по всему миру. В зависимости от местоположения и природы образования сера может встречаться в парагенезисе с различными другими минералами, которые включают ангидрит, арагонит, кальцит, целестит, гипс и галит.
Серу получают либо в виде элементарной серы, более 90% которой далее перерабатывают в серную кислоту, либо в виде ее оксида путем обжига сульфидных руд. Элементарная сера добывается и продается по всему миру. В настоящее время ежегодное мировое производство оценивается в цифру 80 миллионов тонн серы. Крупнейшими производителями этого химического элемента являются Китайская Народная Республика, США, Россия, Саудовская Аравия и Объединенные Арабские Эмираты. Китайская Народная Республика является крупнейшим импортером в мире, за ней следуют Марокко и США. Канада является крупнейшим экспортером, за ней следуют Россия и Саудовская Аравия.
Интересное:
Применение
Сера используется как в химической, так и в фармацевтической промышленности, в том числе для производства серной кислоты, красителей, пестицидов и искусственных удобрений.
Большая часть серы, около 90%, используется для производства серной кислоты контактным способом. На первом этапе диоксид серы получают путем сжигания серы или обжига сульфидов металлов. Он преобразуется в триоксид серы с воздухом в равновесной реакции на катализаторе из пятиокиси ванадия. Впоследствие около 60% серной кислоты используется для производства удобрений. При переваривании фосфоритной руды серной кислотой образуется суперфосфат, смесь дигидрофосфата кальция (Ca(H2 PO 4) 2) и сульфата кальция (CaSO4 · 2H2O).. Химическая реакция выглядит следующим образом:
Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 → Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4*2H2O
Другие удобрения, содержащие серу, включают сульфат аммония и сульфат калия. Кроме того, серную кислоту применяют для переработки руд, производства капролактама, в качестве катализатора при алкилировании олефинов, для производства других кислот, например фтороводорода, и в производстве бумаги с использованием сульфатного процесса. Серная кислота используется во многих других процессах, таких как производство фенола и ацетона с использованием процесса гидроперекиси кумола.
Сера вступает в непосредственную реакцию с метаном с образованием сероуглерода, который используется для производства целлофана и вискозы. Одним из применений элементарной серы так же является вулканизация каучука, при которой полисульфидные цепи сшивают органические полимеры. Большие количества сульфитов используются для отбеливания бумаги и консервирования сухофруктов. Многие поверхностно-активные вещества и моющие средства (например, лаурилсульфат натрия) являются производными сульфатов. Сульфат кальция и гипс (CaSO4 ·2H2O) ежегодно добываются в объеме 100 миллионов тонн для использования в портландцементе и удобрениях.
Элементарная сера является одним из старейших фунгицидов и пестицидов. Сера в порошкообразной форме, является распространенным фунгицидом для винограда, клубники, многих овощей и ряда других культур. Обладает хорошей эффективностью против широкого спектра заболеваний мучнистой росы, а также черной пятнистости. В органическом производстве сера является наиболее важным фунгицидом. Это единственный фунгицид, используемый при выращивании яблок в органических хозяйствах против основного заболевания парши яблонь в более холодных условиях. Биосера (биологически полученная элементарная сера с гидрофильными характеристиками) также может использоваться для этих целей.
Сера используется при производстве черного пороха , в качестве азотистой серы в фейерверках или в других взрывчатых веществах. Еще существует такое понятие как сульфуризация, которое представляет собой метод консервирования продуктов питания. В числе таковых могут быть вино или сухофрукты, которые при использовании диоксида серы или солей серы сохраняют свое состояние достаточно длительный период. Раньше сульфирование вина достигалось путем выжигания серы в пустых винных бочках, но сегодня добавляют пиросульфит калия, который выделяет диоксид серы в кислом растворе.
Интересное:
Безопасность
Хотя элементарная сера лишь минимально впитывается через кожу и малотоксична для человека, вдыхание серной пыли или контакт с глазами или кожей может вызвать раздражение. Чрезмерное употребление серы может вызвать ощущение жжения или диарею, а случаи опасного для жизни метаболического ацидоза были зарегистрированы после того, как пациенты намеренно употребляли серу в качестве народного средства.
Когда сера сгорает в воздухе, образуется диоксид серы. В воде этот газ образует сернистую кислоту и сульфиты. Сульфиты представляют собой антиоксиданты, подавляющие рост аэробных бактерий и являются полезной пищевой добавкой в небольших количествах. В высоких концентрациях эти кислоты способны повреждать легкие, глаза и другие ткани. У организмов без легких, таких как насекомые, сульфит в высокой концентрации препятствует дыханию.
Триоксид серы и серная кислота обладают высокой кислотностью и коррозионной активностью в присутствии воды. Концентрированная серная кислота является сильным дегидратирующим агентом, который удаляет доступные молекулы воды и ее компоненты из органических тканей.
При сжигании угля и/или нефти в промышленности и на электростанциях образуется диоксид серы (SO2), который вступает в реакцию с атмосферной водой и кислородом с образованием сернистой кислоты (H2SO3). Эти кислоты являются компонентами кислотных дождей, снижающих pH почвы и пресноводных водоемов, что иногда приводит к существенному ущербу окружающей среде. Топливные стандарты в Европе требуют, чтобы производители топлива извлекали серу из нефти, чтобы предотвратить образование кислотных дождей.