в каком виде сера встречается в природе

В каком виде сера встречается в природе

Чистая желтая сера

Сера — минерал из класса самородных элементов. Сера представляет собой пример хорошо выраженного энантиоморфного полиморфизма. В природе образует 2 полиморфные модификации: a-сера ромбическая и b-сера моноклинная. При атмосферном давлении и температуре 95,6°С a-сера переходит в b-серу. Сера жизненно необходима для роста растений и животных, она входит в состав живых организмов и продуктов их разложения, ее много, например, в яйцах, капусте, хрене, чесноке, горчице, луке, волосах, шерсти и т.д. Она присутствует также в углях и нефти.

СТРУКТУРА

Кристаллическая структура и две сингонии серы

Самородная сера обычно представлена a-серой, которая кристаллизуется в ромбической сингонии, ромбо-дипирамидальный вид симметрии. Кристаллическая сера имеет две модификации; одну из них, ромбическую, получают из раствора серы в сероуглероде (CS₂) испарением растворителя при комнатной температуре. При этом образуются ромбовидные просвечивающие кристаллы светложелтого цвета, легко растворимые в CS₂. Эта модификация устойчива до 96° С, при более высокой температуре стабильна моноклинная форма. При естественном охлаждении расплавленной серы в цилиндрических тиглях вырастают крупные кристаллы ромбической модификации с искаженной формой (октаэдры, у которых частично «срезаны» углы или грани). Такой материал в промышленности называется комовая сера. Моноклинная модификация серы представляет собой длинные прозрачные темножелтые игольчатые кристаллы, также растворимые в CS₂. При охлаждении моноклинной серы ниже 96° С образуется более стабильная желтая ромбическая сера.

СВОЙСТВА

МОРФОЛОГИЯ

Образует усечённо-дипирамидальные, реже дипирамидальные, пинакоидальные или толстопризматические кристаллы, а также плотные скрытокристаллические, сливные, зернистые, реже тонковолокнистые агрегаты. Главные формы на кристаллах: дипирамиды (111) и (113), призмы (011) и (101), пинакоид (001). Также сростки и друзы кристаллов, скелетные кристаллы, псевдосталактиты, порошковатые и землистые массы, налёты и примазки. Для кристаллов характерны множественные параллельные срастания.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Сера образуется при вулканических извержениях, при выветривании сульфидов, при разложении гипсоносных осадочных толщ, а также в связи с деятельностью бактерий. Главные типы месторождений самородной серы — вулканогенные и экзогенные (хемогенно-осадочные). Экзогенные месторождения преобладают; они связаны с гипсо-ангидритами, которые под воздействием выделений углеводородов и сероводорода восстанавливаются и замещаются серно-кальцитовыми рудами. Такой инфильтрационно-метасоматический генезис имеют все крупнейшие месторождения. Самородная сера часто образуется (кроме крупных cкоплений) в результате окисления H₂S. Геохимические процессы её образования существенно активизируются микроорганизмами (сульфатредуцирующими и тионовыми бактериями). Сопутствующие минералы — кальцит, арагонит, гипс, ангидрит, целестин, иногда битумы. Среди вулканогенных месторождений самородной серы главное значение имеют гидротермально-метасоматические (например, в Японии), образованные сероносными кварцитами и опалитами, и вулканогенно-осадочные сероносные илы кратерных озёр. Образуется также при фумарольной деятельности. Образуясь в условиях земной поверхности, самородная сера является всё же не очень устойчивой и, постепенно окисляясь, даёт начало сульфатам, гл. образом гипсу.
Используется в производстве серной кислоты (около 50% добываемого количества). В 1890 г. Герман Фраш предложил плавить серу под землёй и извлекать на поверхность через скважины, и в настоящее время месторождения серы разрабатывают главным образом путём выплавки самородной серы из пластов под землёй непосредственно в местах её залегания. Сера также в больших количествах содержится в природном газе (в виде сероводорода и сернистого ангидрида), при добыче газа она откладывается на стенках труб, выводя их из строя, поэтому её улавливают из газа как можно быстрее после добычи.

ПРИМЕНЕНИЕ

Сера входит в состав спичечной головки

Примерно половина производимой серы используется в производстве серной кислоты. Серу применяют для 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. Сера находит применение для производства пиротехнических составов, ранее использовалась в производстве пороха, применяется для производства спичек.

Источник

Сера. Общая характеристика, получение, химические свойства

Сера (S), Sulfur

При нормальных условиях атомы серы образуют циклические восьмиатомные молекулы с химической формулой S8.

Физические свойства серы

Сера образует более 30 твердых аллотропов, больше, чем любой другой элемент.

Сера содержит 23 известных изотопа, четыре из которых являются стабильными:

Природные минералы серы:

— колчеданы (FeS₂ – железный колчедан (пирит), FeCuS₂ – медный колчедан (халькопирит))

— сульфиды (ZnS – цинковая обманка, PbS – свинцовый блеск, CuS – медный блеск (халькозин)).

Сера является десятым наиболее распространенным элементом по массе во Вселенной и пятым наиболее распространенным на Земле.

Хотя иногда серу можно найти в чистом природном виде, на Земле она обычно встречается в виде сульфидных и сульфатных минералов.

Сера в изобилии в естественной форме была известна в древние времена, и ее упоминали в древней Индии, древней Греции, Китае и Египте. В Библии сера упоминается как «горящий камень».

Сегодня почти вся элементарная сера производится как побочный продукт удаления серосодержащих загрязнений из природного газа и нефти.

Элементная сера используется в спичках, инсектицидах и фунгицидах.

Какой у серы запах?

Многие соединения серы имеют душистый аромат, а запах органических газов, специфический неприятный запах у скунса, грейпфрута и чеснока происходят из-за сероорганических соединений.

Сера в Космосе

32S создается внутри массивных звезд на глубине, где температура превышает 2,5 × 109 К, в результате слияния одного ядра кремния с одним ядром гелия.

Отличительные цвета вулканической спутника Юпитера Ио приписываются различным формам расплавленной, твердой и газообразной серы.

Сера на Земле

Элементарная сера может быть найдена около горячих источников и вулканических областей во многих частях мира, особенно вдоль Тихоокеанского Огненного Кольца; такие вулканические отложения в настоящее время добываются в Индонезии, Чили и Японии.

Самородная сера синтезируется анаэробными бактериями, действующими на сульфатные минералы, такие как гипс в соляных куполах.

Сера и Геология

Самородная сера может быть получена только в результате геологических процессов.

Обычные природные соединения серы включают

Сера и ее соединения

Некоторые из основных классов серосодержащих органических соединений включают следующие:

Сероорганические соединения ответственны за некоторые неприятные запахи разлагающегося органического вещества.

Не все органические соединения серы неприятно пахнут при всех концентрациях:

Серная горчица (иприт), сильнодействующий реагент, использовалась в Первой мировой войне в качестве средства для выведения из строя.

Сера и Римская мифология

В наиболее распространенном типе промышленного «отверждения» и упрочнения натурального каучука элементарная сера нагревается с каучуком до такой степени, что химические реакции образуют дисульфидные мостики между изопреновыми звеньями полимера.

Из-за высокой температуры и серы процесс был назван вулканизацией в честь римского бога кузницы Вулкана.

Сера и древние времена

Будучи в изобилии доступным в естественном виде, сера была известна в древние времена и упоминается в Торе (Бытие).

Согласно папирусу Эберса, серная мазь использовалась в древнем Египте для лечения зернистых век.

Он упоминает ее использование для фумигации, медицины и отбеливания ткани.

К 3-му веку китайцы обнаружили, что сера может быть извлечена из пирита.

Военный трактат династии Сун в 1044 году нашей эры описывает различные формулы для китайского черного порошка, который представляет собой смесь нитрата калия (KNO3), древесный уголь и серу. Этот состав до сих пор остается компонентом черного пороха.

В 1777 году Антуан Лавуазье помог убедить научное сообщество, что сера является элементом, а не соединением.

Сера вступает в реакцию непосредственно с метаном с образованием дисульфида углерода, который используется для производства целлофана и вискозы.

Сера и Растения

Сера все чаще используется в качестве компонента удобрений.

Со временем почвенные бактерии могут превращать его в растворимые производные, которые затем могут использоваться растениями.

Это важное питательное вещество для роста растений, формирования корневых клубеньков бобовых, а также иммунитета и защитных систем.

Поскольку атмосферные поступления серы продолжают уменьшаться, дефицит ввода / вывода серы, вероятно, увеличится, если не использовать серные удобрения.

Важно! Газообразный сероводород и гидросульфидный анион чрезвычайно токсичны для млекопитающих из-за их ингибирования кислородоносности гемоглобина и некоторых цитохромов способом, аналогичным цианиду и азиду.

Сера и Лекарства

Сероорганические соединения используются в фармацевтике, красителях и агрохимикатах.

Большинство β-лактамных антибиотиков, включая пенициллины, цефалоспорины и монолактамы, содержат серу.

Сульфат магния, известный как соль Эпсома в гидратированной кристаллической форме, может использоваться в качестве слабительного средства, добавки для ванн, эксфолианта, добавки магния для растений или (в обезвоженном виде) в качестве осушителя.

Сера и Пестициды

Элементарная сера является одним из старейших фунгицидов и пестицидов.

Она обладает хорошей эффективностью против широкого спектра мучнистой росы, а также от черных пятен.

Сера и Вино

Небольшие количества добавляемого газообразного диоксида серы (или эквивалентное добавление метабисульфита калия) к ферментированному вину с образованием следов серной кислоты (образующейся при взаимодействии SO2 с водой) и ее сульфитных солей в смеси, называют «самым мощным инструментом в виноделии».

Без этой стадии консервирования обычно требуется непременное охлаждение продукта перед употреблением.

Сера и Кожа

Сера (в частности, октасерная кислота, S8) используется в фармацевтических препаратах для кожи для лечения прыщей и других состояний.

Общие побочные эффекты включают раздражение кожи в месте нанесения, в виде сухости, жжения, зуда и шелушения.

Это седьмой или восьмой самый распространенный элемент в организме человека по массе, примерно равный по содержанию калию и немного превышающий натрий и хлор.

Человеческое тело весом 70 кг (150 фунтов) содержит около 140 г серы.

Сера и Белки

У растений и животных аминокислоты цистеин и метионин содержат большую часть серы, и этот элемент присутствует во всех полипептидах, белках и ферментах, которые содержат эти аминокислоты.

Дисульфидные связи (связи S-S) между остатками цистеина в пептидных цепях очень важны для сборки и структуры белка.

Например, высокая прочность перьев и волос частично обусловлена высоким содержанием связей S-S с цистеином и серой.

Высокое содержание дисульфидных связей в волосах и перьях способствует их неперевариваемости и характерному неприятному запаху при сгорании.

Во внутриклеточной химии сера действует как носитель восстановления водорода и его электронов для клеточного восстановления окисления.

Тиоредоксины, класс малых белков, необходимых для всей известной жизни, используют соседние пары восстановленных цистеинов для работы в качестве общих белков-восстановителей с аналогичным эффектом.

У бактерий важные ферменты нитрогеназы содержат кластер Fe-Mo-S и являются катализатором, который выполняет важную функцию азотфиксации, превращая атмосферный азот в аммиак, который может использоваться микроорганизмами и растениями для производства белков, ДНК, РНК, алкалоидов. и других органических соединений азота, необходимых для жизни.

Сера и Биогеохимия

Цикл серы был первым из обнаруженных биогеохимических циклов.

Виноградский назвал эту форму метаболизма неорганическим окислением (окисление неорганических соединений).

Примитивные бактерии, которые живут вокруг глубоководных вулканических жерл, окисляют сероводород в этом пути с кислородом;
Гигантский трубчатый червь является примером большого организма, который использует сероводород (через бактерии) в качестве пищи для окисления.

Кто дышит серой?

Так называемые сульфатредуцирующие бактерии, например, «дышат сульфатом» вместо кислорода.

Сульфатредуцирующие бактерии используют серу в качестве акцептора электронов и восстанавливают различные окисленные соединения серы обратно в сульфид, часто в сероводород.

Сероводород, производимый этими бактериями, ответственен за некоторые запахи кишечных газов (газы) и продукты разложения.

Сера поглощается корнями растений из почвы в виде сульфата и транспортируется в виде фосфатного эфира.

SO₄ 2- → SO₃ 2- → H₂S → цистеин → метионин

Сера в Химии

Сера горит синим пламенем с образованием диоксида серы, который имеет удушающий и раздражающий запах.

Сера реагирует почти со всеми другими элементами, за исключением благородных газов.

Растворимые сульфатные соли плохо абсорбируются и оказывают слабительное действие.

Когда сера горит в воздухе, она производит диоксид серы (SO2)

В воде этот газ производит серную кислоту и сульфиты; сульфиты являются антиоксидантами, которые подавляют рост аэробных бактерий и полезную пищевую добавку в небольших количествах.

Триоксид серы (получаемый в результате катализа из диоксида серы) и серная кислота одинаково сильно кислотны и вызывают коррозию в присутствии воды.

Серная кислота является сильным дегидратирующим агентом, который может удалять имеющиеся молекулы воды и компоненты воды из сахара и органических тканей.

После этой познавательной информации необходимо изучить химические свойства серы, а также ее получение, поэтому я составила таблицу для использования в подготовке к ОГЭ и ЕГЭ по химии.

Таблица: химические свойства серы

1) Получение

Из водных растворов:

2) В промышленности

4) H₂S (газ) → S↓ + H₂ (t > 400 C);

5) SO₂ +C → CO₂ + S↓ (t).

2) SO₂ + C → CO₂ + S↓ (t).

1) CaSO₄ + 4C → 4CO↑ + CaS (t);

2) Химические свойства

Окислительные и
восстановительные свойства

1) С металлами:

3S + 2Al → Al₂S₃ (t);

S + 2Na → Na₂S (расплав);

S + Me → MeS + Q (Me = металлы, кроме Au, Pt, Ir).

2) С неметаллами:

S (тв.) + H₂ → H₂S (150 – 350 C);

2S + C → CS₂ (800-900 C);

3S + 2P → P₂S₃ (расплав);

5S + 2P → P₂S₅ (без доступа воздуха).

3) С щелочами:

3S + 6NaOH → 2NaS + Na₂SO₃ + 3H₂O;

3S + 3Ca(OH)₂ → 2CaS + CaSO₄ + 3H₂O (кипячение);

2S + 4NaOH + 3O₂ → 2Na₂SO₄ + 2H₂O (расплав, t).

4) С кислотами:

S + 2HI → H₂S + I_2.

5) C солями:

3S + 2KClO₃ → 3SO₂↑ + 2KCl (t);

S + 2KMnO₄ → K₂SO₄ + 2MnO₂ (в слабощелочной среде);

Источник

В каком виде сера встречается в природе

Сера — элемент 16-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы VI группы), третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 16. Проявляет неметаллические свойства. Обозначается символом S (лат. sulfur ). В водородных и кислородных соединениях находится в составе различных ионов, образует многие кислоты и соли. Многие серосодержащие соли малорастворимы в воде.

Название, символ, номерСера / Sulfur (S), 16Атомная масса
(молярная масса)[32,059; 32,076]а. е. м. (г/моль)Электронная конфигурация[Ne] 3s 2 3p 4Радиус атома127 пмКовалентный радиус102 пмРадиус иона30 (+6e) 184 (−2e) пмЭлектроотрицательность2,58 (шкала Полинга)Электродный потенциал0Степени окисления+6, +4, +2, +1, 0, −1, −2Энергия ионизации
(первый электрон)999,0 (10,35) кДж/моль (эВ)Плотность (при н. у.)2,070 г/см³Температура плавления386 К (112,85 °С)Температура кипения717,824 К (444,67 °С)Уд. теплота плавления1,23 кДж/мольУд. теплота испарения10,5 кДж/мольМолярная теплоёмкость22,61 Дж/(K·моль)Молярный объём15,5 см³/мольСтруктура решёткиорторомбическаяПараметры решёткиa = 10,437, b = 12,845, c = 24,369 ÅТеплопроводность(300 K) 0,27 Вт/(м·К)Номер CAS7704-34-9ГОСТГОСТ 127.1-93 ГОСТ 127.4-93 ГОСТ 127.5-93 ГОСТ Р 56249-2014

Содержание

Изотопы

Природная Сера состоит из четырёх стабильных изотопов:

32 S (95,02 %), 33 S (0,75 %), 34 S (4,21 %), 36 S (0,02 %).

Получены также искусственные радиоактивные изотопы

История и происхождение названия

Происхождение названия

Слово «сера», известное в древнерусском языке с XV века, заимствовано из старославянского «сѣра» — «сера, смола», вообще «горючее вещество, жир». Этимология слова не выяснена до настоящих времен, поскольку первоначальное общеславянское название вещества утрачено и слово дошло до современного русского языка в искажённом виде.

По предположению Фасмера, «сера» восходит к лат. сera — «воск» или лат. serum — «сыворотка».

Латинское sulfur (происходящее из эллинизированного написания этимологического sulpur ), предположительно, восходит к индоевропейскому корню *swelp — «гореть».

История открытия

Точное время открытия серы не установлено, но этот элемент использовался до нашей эры.

Сера использовалась жрецами в составе священных курений при религиозных обрядах. Она 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 века китайцы стали использовать её 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 её считали «принципом горючести» и обязательной составной частью металлических руд.

Пресвитер Теофил (XII век) описывает способ окислительного обжига сульфидной медной руды, известный, вероятно, ещё 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 трёх 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 её из пиритов; последний был распространён в древней Руси. Впервые в литературе он описан у Агриколы.

Сера в природе

Большие скопления самородной серы (с содержанием > 25 %) редки, они встречаются в местах вулканической активности, им сопутствуют сернистые фумаролы и сернистые воды.

Серная руда разрабатывается в месторождениях самородной серы, добывается из сульфидных руд и промышленных газов.

Серные бактерии могут окислять сероводород от гниющих органических остатков до серы и накапливать её.

Природные минералы серы

Сера является шестнадцатым по химической распространённости элементом в земной коре. Встречается в свободном (самородном) состоянии и в связанном виде.

Важнейшие природные минералы серы: FeS₂ — железный колчедан, или пирит, ZnS — цинковая обманка, или сфалерит (вюрцит), PbS — свинцовый блеск, или галенит, HgS — киноварь, Sb₂S₃ — антимонит, Cu₂S — халькозин, CuS — ковеллин, CuFeS₂ — халькопирит. 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 обусловливает «постоянную» жёсткость пресной воды. Жизненно важный элемент для высших организмов, составная часть многих белков, концентрируется в волосах.

Получение

В древности и в средние века серу добывали, вкапывая в землю большой глиняный горшок, на который ставили другой, с отверстием в дне. Последний заполняли породой, содержащей серу, и затем нагревали. Сера плавилась и стекала в нижний горшок.

В настоящее время серу получают главным образом путём выплавки самородной серы непосредственно в местах её залегания под землёй. 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 её самовозгорания.

При добыче руды открытым способом экскаваторами 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 землёй и через скважины, подобные нефтяным, выкачивать её 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.

Серу из природного сернистого газа получают методом Клауса. Для этого используются так называемые серные ямы, где происходит дегазация серы, на выходе получают модифицированную серу — продукт, широко использующийся в производстве асфальта. Технологические установки для получения серы обычно включают в себя ямы недегазированной серы, ямы дегазации, ямы хранения дегазированной серы, а также налив жидкой серы и склад комовой серы. Стены ямы обычно делают из кирпича, дно заливают бетоном, а сверху закрывают яму алюминиевой крышей. Так как сера — это весьма агрессивная среда, ямы периодически приходится полностью реконструировать.

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

С 1939 по 1986 год крупнейшим производителем серы в СССР был Медногорский медно-серный комбинат (ММСК): в середине 1950-х годов он выпускал до 250—280 тысяч тонн в год, что составляло 80 % серы, производившейся в стране.

…Утром мы были на медносерном заводе. Около 80 процентов серы, выпускаемой в нашей стране, добывается на этом предприятии.

— До пятидесятого года стране приходилось импортировать много серы из-за границы. Теперь нужда в импорте серы отпала, — говорил директор завода Александр Адольфович Бурба. — Но завод продолжает расширяться. Начали строить цех производства серной кислоты.

С высокой эстакады застывшим потоком повис ярко-жёлтый массив серы. То, что мы видим в небольших количествах в стеклянных баночках в лабораториях, здесь, на заводском дворе, лежало огромными глыбами».

В начале XXI века основными производителями серы в России являются предприятия ОАО Газпром: ООО Газпром добыча Астрахань и ООО Газпром добыча Оренбург, получающие её как побочный продукт при очистке газа.

Товарные формы

В промышленности реализовано получение серы в различных товарных формах. Выбор той или иной формы определяется требованиями заказчика.

Комовая сера до начала 1970-х годов была основным видом серы, выпускаемым промышленностью СССР. Её получение технологически просто и осуществляется подачей жидкой серы по обогреваемому трубопроводу на склад, где производится заливка серных блоков. Застывшие блоки высотой 1—3 метра разрушают на более мелкие куски и транспортируют заказчику. Метод, однако, имеет недостатки: невысокое качество серы, потери на пыль и крошку при рыхлении и погрузке, сложность автоматизации.

Жидкую серу хранят в обогреваемых резервуарах и транспортируют в цистернах. Транспорт жидкой серы более выгоден, чем её плавление на месте. Достоинства получения жидкой серы — отсутствие потерь и высокая чистота. Недостатки — опасность возгорания, траты на обогрев цистерн.

Формованная сера бывает чешуйчатая и пластинчатая. Чешуйчатую серу начали производить на НПЗ в 1950-х годах. Для получения используют вращающийся барабан, внутри он охлаждается водой, а снаружи кристаллизуется сера в виде чешуек толщиной 0,5—0,7 мм. В начале 1980-х годов вместо чешуйчатой стали выпускать пластинчатую серу. На движущуюся ленту подается расплав серы, который охлаждается по мере движения ленты. На выходе образуется застывший лист серы, который ломают с образованием пластинок. Сегодня эта технология считается устаревшей, хотя около 40 % канадской серы экспортируется именно в таком виде ввиду больших капиталовложений в установки для её получения.

Гранулированную серу получают различными методами.

Молотая сера является продуктом размола комовой серы. Степень измельчения может быть различной. Его проводят сначала в дробилке, потом в мельнице. Таким способом возможно получение очень высокодисперсной серы с размером частиц менее 2 мкм. Грануляцию порошковой серы проводят в прессах. Необходимо использование связующих добавок, в качестве которых используют битумы, стеариновую кислоту, жирные кислоты в виде водной эмульсии с триэтаноламином и другие.

Коллоидная сера — это разновидность молотой серы с размером частиц менее 20 мкм. Её применяют в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и в медицине как противовоспалительные и дезинфицирующие средства. Коллоидную серу получают различными способами.

Высокочистую серу получают используя химические, дистилляционные и кристаллизационные методы. Её применяют в электронной технике, при изготовлении оптических приборов, люминофоров, в производстве фармацевтических и косметических препаратов — лосьонов, мазей, средств против кожных болезней.

Применение

Примерно половина производимой серы используется в производстве серной кислоты.

Серу применяют для 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. Сера находит применение для производства пиротехнических составов, ранее использовалась в производстве пороха, применяется для производства спичек.

Свойства

Физические свойства

Сера существенно отличается от кислорода способностью образовывать устойчивые цепочки и циклы из атомов. Наиболее стабильны циклические молекулы S₈, имеющие форму короны, образующие ромбическую и моноклинную серу. Это кристаллическая сера — хрупкое вещество жёлтого цвета. Кроме того, возможны молекулы с замкнутыми (S₄, S₆) цепями и открытыми цепями. Такой состав имеет пластическая сера, вещество коричневого цвета, которая получается при резком охлаждении расплава серы (пластическая сера уже через несколько часов становится хрупкой, приобретает жёлтый цвет и постепенно превращается в ромбическую). Формулу 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, но хорошо растворяется в органических растворителях, например, в сероуглероде, скипидаре.

Плавление серы сопровождается заметным увеличением объёма (примерно 15 %). Расплавленная сера представляет собой жёлтую легкоподвижную жидкость, которая выше 160 °C превращается в очень вязкую тёмно-коричневую массу. Наибольшую вязкость расплав серы приобретает при температуре 190 °C; дальнейшее повышение температуры сопровождается уменьшением вязкости и выше 300 °C расплавленная сера снова становится подвижной. Это связано с тем, что при нагревании серы она постепенно полимеризуется, увеличивая длину цепочки с повышением температуры. При нагревании серы свыше 190 °C полимерные звенья начинают рушиться.

Сера может служить простейшим примером электрета. При трении сера приобретает сильный отрицательный заряд.

Фазовая диаграмма серы

Элементарная кристаллическая сера может существовать в виде двух аллотропных модификаций (энантиотропия серы) — ромбической и моноклинной, — то есть сера диморфна, поэтому для элементарной серы возможно существование четырёх фаз: твёрдой ромбической, твёрдой моноклинной, жидкой и газообразной, а на фазовой диаграмме серы (см. рисунок; для давления использован логарифмический масштаб) имеются два поля твёрдых фаз: область ромбической серы и область существования моноклинной серы (треугольник АВС).

На фазовой диаграмме серы:

Пунктирные линии отражают возможность существования метастабильных фаз, которые наблюдаются при резком изменении температуры:

На фазовой диаграмме серы имеются три стабильные тройные точки и одна метастабильная, каждая из которых отвечает условиям термодинамического равновесия трёх фаз:

Как показывает фазовая диаграмма, ромбическая сера не может одновременно находиться в равновесии с расплавом и парами серы, поэтому в основной тройной точке (когда равновесные фазы находятся в разных агрегатных состояниях) твёрдая фаза представлена моноклинной серой. Метастабильная тройная точка появляется вследствие низкой скорости превращения одной кристаллической модификации серы в другую.

Химические свойства

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

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.

Восстановительные свойства серы проявляются в реакциях серы и с другими неметаллами, однако при комнатной температуре сера реагирует только со фтором:

Расплав серы реагирует с хлором, при этом возможно образование двух низших хлоридов (дихлорид серы и дитиодихлорид):

При избытке серы также образуются разнообразные дихлориды полисеры типа S_nCl₂.

При нагревании сера также реагирует с фосфором, образуя смесь сульфидов фосфора, среди которых — высший сульфид P₂S₅:

Кроме того, при нагревании сера реагирует с водородом, углеродом, кремнием:

S + H₂ → H₂S (сероводород) C + 2S → CS₂ (сероуглерод) Si + 2S → SiS₂ (сульфид кремния)

При нагревании сера взаимодействует со многими металлами, часто — весьма бурно. Иногда смесь металла с серой загорается при поджигании. При этом взаимодействии образуются сульфиды:

2Na + S → Na₂S Ca + S → CaS 2Al + 3S → Al₂S₃ Fe + S → FeS

Растворы сульфидов щелочных металлов реагируют с серой с образованием полисульфидов:

Из сложных веществ следует отметить прежде всего реакцию серы с расплавленной щёлочью, в которой сера диспропорционирует аналогично хлору:

Полученный сплав называется серной печенью.

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

При увеличении температуры в парах серы происходят изменения в количественном молекулярном составе. Число атомов в молекуле уменьшается:

При 800—1400 °C пары состоят в основном из двухатомной серы:

А при 1700 °C сера становится атомарной:

Биологическая роль

Сера — один из биогенных элементов. Сера входит в состав некоторых аминокислот (цистеин, метионин), витаминов (биотин, тиамин), ферментов. Сера участвует в образовании третичной структуры белка (формирование дисульфидных мостиков). Также сера участвует в бактериальном фотосинтезе (сера входит в состав бактериохлорофилла, а сероводород является источником водорода). Окислительно-восстановительные реакции серы — источник энергии в хемосинтезе.

В человеке содержится примерно 2 г серы на 1 кг массы тела.

Биологической действие

Чистая сера не ядовита, все же летучие серосодержащие соединения ядовиты (сернистый газ, серный ангидрид, сероводород и др.).

Пожароопасные свойства серы

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

Средства тушения: распылённая вода, воздушно-механическая пена.

По данным В. Маршалла пыль серы относится к разряду взрывоопасных, но для взрыва необходима достаточно высокая концентрация пыли — порядка 20 г/м³ (20 000 мг/м³), такая концентрация во много раз превышает предельно допустимую концентрацию для человека в воздухе рабочей зоны — 6 мг/м³.

Пары образуют с воздухом взрывчатую смесь.

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

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

Обнаружение горения серы пожарной автоматикой является трудной проблемой. Пламя сложно обнаружить человеческим глазом или видеокамерой, спектр голубого пламени лежит в основном в ультрафиолетовом диапазоне. Тепловыделение при пожаре приводит к температуре ниже, чем при пожарах других распространённых пожароопасных веществ. 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 распространёнными 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.

Для выполнения требований пожарной безопасности на складах серы необходимо:

Пожары на складах серы

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

16 января 2006 года около 17 часов на череповецком предприятии «Аммофос» загорелся склад с серой. Общая площадь пожара — около 250 квадратных метров. Полностью ликвидировать его удалось лишь в начале второго ночи. Жертв и пострадавших нет.

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 посёлка Кряж Самарской области загорелся склад, на котором хранилось 70 тонн серы. Пожару была присвоена вторая категория сложности. К месту происшествия выехали 11 пожарных расчётов и спасатели. В тот момент, когда пожарные оказались около склада, горела ещё не вся сера, а только её 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 землёй и залиты водой.

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

В конце июля 2012 года под Уфой в поселке Тимашево загорелся склад с серой площадью 3200 квадратных метров. На место выехало 13 единиц техники, в тушении пожара задействован 31 пожарный. Произошло загрязнение атмосферного воздуха продуктами горения. Погибших и пострадавших нет.

Источник