История открытия серы и ее важная роль в природе, физические и химические свойства

Сера часто встречается в природе. Это неметалл. Она способна формировать полимерные цепочки связей, которые преобразуются в водородные, кислородные соединения. Присутствует в составе ионов, а они формируют соли, кислоты.

Соли, содержащие серу, малорастворимы в воде. Самородный элемент имеет малую распространенность. В основном его находят в местах вулканической активности.

История открытия

Этимология термина “сера” не выявлена до сегодняшнего момента из-за потери общеславянского названия. В современный русский язык слово дошло лишь в искаженном виде. В древнерусском оно использовалось с 15 в. и имело обозначение «смола» или «горючее вещество».

Есть и другое предположение, что слово произошло от латинского и означает «воск». Другой перевод определяет его как «сыворотка».

Людьми сера применялась еще до нашей эры, но точная дата ее открытия не определена. При дальнейшем использовании учеными были выделены свойства испарений серы, которые способны оказывать смертельное воздействие на живые организмы. Это побудило использовать ее в военных целях.

Китайцы, изучив горючесть элемента и легкость его соединения с металлами, начали его использование в пиротехнических целях. Формирование сульфидов обусловлено реакцией с металлами. Это указывает на его обязательное присутствие в рудах.

Позже исследователь Лавуазье проводил испытания по сжиганию элемента, в ходе которых была установлена его элементарная природа.

Сера в таблице Менделеева

В основе таблицы – атомный вес элементов. Сера занимает в ней 16 место, имея атомную массу равную 32,066. В ядре атома содержится 16 нейтронов и 16 протонов. Обозначается элемент латинской буквой S (Sulfur).

Радиус атома равен 127 пм. Он располагается в 3 периоде, 4 группе главной подгруппы. Является высоко электроотрицательным неметаллическим элементом. Имеет валентность 2,4 или 5, что характеризует способность атома создавать химические связи.

Строение атома

Сера в природе имеет 4 изотопа. Опытным путем получено 20 радиоактивных изотопов.

Состав химического элемента сера сложен, т. к. это элемент р-семейства. В атом входит положительно заряженное ядро. Оно состоит из 16 протонов и 16 электронов. Вокруг атома движутся по 3 оболочкам 16 электронов. 6 из них расположены на наружном энерго пространстве. Они считаются валентными.

Степень окисления – 2, определяет наличие двух неспаренных электронов. Атом способен проявлять +4 и +6 степени с помощью перехода в возбужденное состояние из-за наличия вакантных d-орбиталей.

В реакциях с галогенами проявляется четвертая степень окисления. Она наблюдается и при реагировании с кислородом. Шестая степень идет с наиболее электроотрицательными элементами.

Физические свойства

Циклические молекулы по форме напоминают корону. Они наиболее стабильны. Ромбическая или кристаллическая модификация представлена кристаллами. Это достаточно хрупкое вещество, имеющее желтый цвет – самая устойчивая разновидность.

Пластическая сера – масса темно-коричневого цвета. Ее образование происходит при резком охлаждении расплава. Неустойчива, при затвердевании трансформируется в кристаллическую разновидность, соответственно, приобретая ее свойства.

Растворяется в растворителях органического происхождения. К ним относятся:

сероуглерод;
скипидар.

Сера плохо проводит электрический ток и тепло.

При плавлении она увеличивается в объеме. Расплавленная имеет вид желтой легкоподвижной жидкости. При температуре 160 градусов трансформируется в пластическую модификацию вязкой консистенции. Нагрев вещества до 190 градусов приводит к увеличению вязкости.

Спад вязкости наблюдается при нагреве от 190 до 300 градусов. При температуре более 300 градусов переходит в жидкое состояние.

Химические свойства

Вещество может являться окислителем или восстановителем. Реагирует с металлами и неметаллами.

Особенности реакций:

При взаимодействии с кислородом элемент самовозгорается, образуя смесь оксидов. Он не имеет цвета, но при этом имеет резкий запах. Реакция с галогенами образует галогениды.
Комнатная температура позволяет веществу вступать в реакцию с фтором и ртутью. При взаимодействии со сложными компонентами элемент демонстрирует как восстановительные, так и окислительные свойства. Оксид получается в процессе горения.
Повышение температуры позволяет сере вступить во взаимодействие с фосфором, проявляя при этом окислительные свойства. В результате формируется смесь сульфидов фосфора.
Нагрев элемента способствует его взаимодействию с водородом и углеродом. В результате реакции получается сероводород. При взаимодействии с кремнием есть возможность получить сульфид кремния.
Нагрев способствует взаимодействию с металлами – образуются сульфиды.
Полисульфиды формируются при взаимодействии серы с щелочными металлами даже без ее нагрева.

При вступлении в реакцию со щелочью, сера, подобно хлору, диспропорционирует – образуется сплав. Он называется серная печень.

Сера в природе

Добыча ведется в местах локализации самородной серы, но они встречаются редко. Также выделяют вещество из некоторых руд, промышленных газов.

Сульфиды:

пирит;
халькопирит;
антимонит;
ковеллит;
галенит;
халькозин;
сфалерит;
киноварь.

Сульфаты:

гипс;
горькая соль;
глауберова соль.

Современные технологии добычи серы достаточно опасны из-за возможности ее самовозгорания Основными способами являются открытый и закрытый. Выбор определенного зависит от вида залегания вещества.

Открытый способ добычи – самый популярный. Экскаватором снимается значительное количество породы. Рудный пласт подлежит дроблению. Полученные куски отправляются на фабрику, на которой из концентрата получают серу.

Герман Фраш в 1890 г. предложил метод добычи, который заключается в выплавке серы еще под землей. Потом происходит выкачивание вещества наружу. Его идея подтверждалась легкостью плавления элемента, целесообразностью использования при глубоком залегании. Сразу же начались испытания, которые увенчались успехом.

Используются и другие способы добычи. К ним относятся:

скважинный;
термический;
экстракционный;
пароводяной;
центрифугальный;
фильтрационный.

Эти методы достаточно затратные, поэтому используются только в отдельных случаях. Серу можно встретить в природном газе. Причем она здесь содержится в больших количествах, но в газообразном виде.

Метод Клауса позволил проводить ее выделение из газообразного состояния. При добыче природного газа сера оседает на стенках трубопровода и оборудования. Это приводит их в негодность. Потому во время таких работ химическое вещество быстро улавливают. Это дает возможность получить чистую мелкодисперсную форму неметалла.

Применение

Один из важнейших продуктов химической промышленности – серная кислота. На ее производство идет около 50% всей добытой массы.

Сера в чистом виде используется:

В резиновой промышленности – для превращения каучука в резину. Этот процесс называют вулканизация.
В сельском хозяйстве – для удобрения растений, что повышает урожайность. Для борьбы с вредителями хлопчатника и винограда.
В лекарственных целях – при лечении заболеваний. При выведении паразитов, заболеваниях кожи, ревматизма, подагры. Используют как слабительное и отхаркивающее средство.
В лакокрасочной промышленности – для изготовления красителей.
При производстве бумаги.
При хранении фруктов и овощей серой окуривают зернохранилища и плодово-овощехранилища.

Серная кислота применяется:

для очищения нефтепродуктов от сернистых соединений;
для производства свинцовых аккумуляторов, в качестве электролита.

Оксид серы применяется:

для получения олеума, серной кислоты и тиосульфатов;
при консервировании фруктов и ягод – для обеззараживания тары;
для производства пиротехнических изделий и взрывчатых веществ, в том числе спичечных головок.

Сера входит в состав живых организмов. Ее активно применяют во многих сферах жизни человека. Элемент и его свойства химики продолжают до сих пор изучать. Ведется не только поиск новых особенностей, но и способов применения.

А что интересного вы знаете о сере? Напишите в комментариях. Сохраняйте статью в закладки и делитесь ей в социальных сетях.

Рекомендуем посмотреть видео о сере — ее химические свойства, аллотропия и соединения, ЕГЭ по химии.

Источники:

https://sites.google.com/site/abrosimovachemy/materialy-v-pomos-ucenikam/distancionnoe-obucenie/9-klass/sera
https://ido.tsu.ru/schools/chem/data/res/neorg/uchpos/text/g3_5_4.html
https://www.yaklass.ru/p/himija/89-klass/khimiia-nemetallov-157456/sera-i-ee-soedineniia-161314/re-a1f2cdc2-2459-4002-9341-11ca09872e70
https://ru.wikipedia.org/wiki/Сера