Как найти серу в природе

Сера в природе (кратко) находиться в основном в виде соединений с другими веществами: например нефть, уголь, живые организмы, пирит, арсенопирит и т.д. , а также в виде самородной серы которая образует красивые пушистые игольчатые налеты.

Сера один из элементов которая находиться природных водах в виде сульфат-иона. Входит в состав практически всех живых организмов, находясь при этом во многих белках.

Что такое сера в природе получение серы

Сера встречается в природе как в свободном состоянии, в виде так называемой «самородной» серы, так и в различных соединениях.

В бывшем Советском Союзе месторождения самородной серы находятся в Туркмении в пустыне Кара-Кум. Залежи серы имеются также в Узбекской ССР, по берегам Волги и в некоторых других местах. За рубежом нашей страны наиболее крупные месторождения серы находятся в США, Италии и Японии.

Очень распространены соединения серы с различными металлами. Многие из них являются ценными рудами и служат для добывания цветных металлов (например: свинцовый блеск PbS, цинковая обманка ZnS, медный блеск Cu₂S и др.).

Большое распространение имеют также некоторые соли серной кислоты. Так, кальциевая соль CaSO₄ встречается в природе в виде минералов гипса и ангидрита, образующих местами целые горы.

Магниевая соль MgSO₄ содержится в морской воде и вместе с MgCl₂ придает ей характерный горьковатый вкус. Наконец, сера входит в состав веществ, находящихся в растениях и животных.

Сера играет одну из важнейших ролей в организме человека, поскольку является незаменимым звеном в строении клеток, хрящевой, костной и нервной ткани, тканей органов, а также в росте ногтей, кожи и волос человека.

Сера составляет 0.25 процентов от общей массы человеческого тела.

Круговорот серы в природе

Круговорот серы в природе очень тесно связан с живыми существами, живой природой. Основная часть самородной серы выбрасывается вулканами в атмосферу, которая частично или со временем полностью вступает в реакцию с другими химическими веществами.

Соединения серы в природе в виде минералов железа, свинца, цинка, мышьяка частично окисляется многочисленными микроорганизмами до сульфатной серы, которая накапливается в почве, водоемах.

Эти сульфаты частично поглощаются растениями и восстанавливают их до сульфидов, далее они включаться в состав аминокислот, а также входят в состав эфирных масел и т.д.

В организмах сера входит в состав аминокислот и белков. Процессы разрушения остатков организмов в почвах и в иле морей сопровождаются очень сложными превращениями серы.

Разрушение этих белков при участи микроорганизмов приводит к частичному образованию сероводорода, сероводород окисляется до элементарной серы или до сульфидов.

В этой процессе участвуют множество микроорганизмов, которые в свою очередь создают многочисленные соединения серы.

Схема круговорота серы в природе

Схематически можно представить в виде такой схемы:

Химические заводы → осадки в виде кислот → соли, минералы → микроорганизмы → мертвые микроорганизмы → гетеротрофные микроорганизмы → сероводород → осадки в виде кислот → и т.д.

Если в лаборатории разлили ртуть (возникла опасность отравления ртутными парами!), её первым делом собирают, а те места, из которых серебристые капли не извлекаются, засыпают порошкообразной серой.

Ртуть и сера вступают в реакцию даже в твёрдом состоянии — при простом соприкосновении.

Что такое сера

Природная сера состоит из стабильных изотопов 32S (95,02%), 33S (0,75%), 34S (4,21%) и 36S (0,02%), химически очень активное вещество.

Известны искусственные радиоактивные изотопы 29S, 30S, 31S, 36S, 37S и 38S. Серу с давних времен применяли как краску, отбеливания тканей, для дезинфекции, для получения греческого огня (дымный порох) и т.д.

Ромбическая сера имеет желтый цвет, практически нерастворима в воде, но растворяется в органических соединения, толуол, четыреххлористый углерод и т.д.

Выплавка серы

Общее содержание серы в земной коре составляет около выделяющегося при горении самой серы или какого-либо топлива. Этот способ был распространен в странах, обладающих большими запасами серных руд, например в Италии, но в настоящее время утратил свое значение.

Другой способ выплавки серы, получивший развитие главным образом в СНГ, заключается в нагревании предварительно обогащенной руды в автоклавах перегретым водяным паром.

Служащие для этой цели автоклавы (рис. 2) представляют собой железные цилиндры, рассчитанные на давление до 6 ат. Через верхний люк 1 в автоклав загружают 3—4 т измельченной руды, смешанной с небольшим количеством воды, после чего в автоклав пропускают перегретый водяной пар, нагревающий всю массу руды до 140—150°.

Процесс плавления длится около 3 час. Выплавленная жидкая сера выпускается под давлением через нижний патрубок 2 и по желобам разливается в ящики-вагонетки, откуда поступает в формы: пар выпускается через верхний патрубок, а через нижний люк 3 выгружается отработанная порода.

Большой интерес представляет способ подземной выплавки серы (способ Фраша), широко распространенный в США.

Серная кислота может выделяться и при сильных извержениях вулкана. Такие явления достаточно опасны для людей и окружающей среды. Одними из последствий попадания H₂SО₄ в атмосферу могут стать климатические изменения.

Серная кислота считается главной причиной, по которой выпадают кислотные дожди, а выделяется она из-за попадания в воздух диоксида серы.

Плавление серы способом Фраша

Этот способ заключается в том, что серу расплавляют под землей, непосредственно в месте ее залегания, с помощью перегретой воды, подаваемой под давлением 10—18 ат через систему из трех труб, вложенных одна в другую.

В промежуток между наружной и средней трубами нагнетают воду, имеющую температуру около 170°, а по внутренней трубе подают под давлением горячий воздух, который вытесняет расплавленную серу на поверхность земли.

Избыточная вода удаляется через специальные скважины, расположенные на некотором расстоянии от серных.

Полученная выплавкой из руды сера обычно содержит много примесей. Называется она комовой серой. Дальнейшая ее очистка производится путем перегонки.

Для перегонки серы используют так называемые рафинировочные печи. В этих печах сера нагревается до кипения.

Образующиеся при кипении пары поступают в огромную выложенную кирпичом камеру. Вначале, пока камера холодная, пары серы прямо переходят в твердое состояние и осаждаются на 0,10%.

Самородная сера обычно содержит большее или меньшее количество посторонних веществ. Для отделения серы от примесей: пользуются ее способностью легко плавиться.

Выплавка серы производится различными способами. Выбор того или иного из них определяется в основном содержанием серы в руде, а также составом и свойствами пустой породы.

Наиболее старый из способов выплавки серы заключается в ее нагревании до температуры плавления за счет тепла, стенках камеры в виде светло-желтого порошка, известного под названием серного цвета.

Когда камера нагреется выше 120°, сера начинает сгущаться в жидкость, которую выпускают-из камеры в деревянные формы, где она и застывает в виде палочек. Полученная таким путем сера называется черенковой.

Весьма важным источником получения серы являются железный колчедан, или пирит FeS₂, и полиметаллические сернистые руды, содержащие сернистые соединения меди, цинка и других цветных металлов наряду с железным колчеданом и пустой породой.

Получение серы из пирита

Из пирита серу получают, нагревая руду в шахтной печи при температуре выше 600°. Процесс выражается уравнением:

FeS₂ = FeS + S

Из полиметаллических руд серу получают одновременно с металлом при восстановительной плавке руды.

Некоторое количество серы (газовая сера) получают из газов, образующихся при коксовании и газификации угля.

Мировая (без СНГ) добыча серы составляет в настоящее-время около 4 млн. т .

118 119 120

Статья на тему Сера в природе

У этого термина существуют и другие значения, см. Сера (значения).

Сера
← Фосфор | Хлор →
16 O ↑ S ↓ Se 16S
Внешний вид простого вещества
Образец серы
Свойства атома
Название, символ, номер	Сера / Sulfur (S), 16
Группа, период, блок	16 (устар. 6), 3, p-элемент
Атомная масса (молярная масса)	[32,059; 32,076][комм. 1][1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ne] 3s23p4 1s22s22p63s23p4
Радиус атома	127 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	102 пм
Радиус иона	30 (+6e) 184 (−2e) пм
Электроотрицательность	2,58 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	0
Степени окисления	-2, -1, 0, +1, +2, +4, +6
Энергия ионизации (первый электрон)	999,0 (10,35) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	2,070 г/см³
Температура плавления	386 К (112,85 °С)
Температура кипения	717,824 К (444,67 °С)
Уд. теплота плавления	1,23 кДж/моль
Уд. теплота испарения	10,5 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	22,61[2] Дж/(K·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
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 0,27 Вт/(м·К)
Номер CAS	7704-34-9
Эмиссионный спектр

Се́ра (химический символ — S, от лат. sulpur, sulphur, sulfur^[3]) — химический элемент 16-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы шестой группы, VIA), третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 16.

Простое вещество сера — это светло-жёлтый порошкообразный неметалл. В водородных и кислородных соединениях находится в составе различных ионов, образуя многие кислоты и соли. Практически нерастворима в воде. Многие серосодержащие соли малорастворимы в воде.

Изотопы[править | править код]

Природная сера состоит из четырёх стабильных изотопов:

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

Получены также искусственные радиоактивные изотопы

³¹S (T_½ = 2,4 с), ³⁵S (T_½ = 87,1 сут), ³⁷S (Т_½= 5,04 мин) и другие.

История и этимология[править | править код]

Происхождение названия[править | править код]

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 времён, поскольку первоначальное общеславянское название вещества утрачено и слово дошло до современного русского языка в искажённом виде^[4].

По предположению Фасмера^[5], «сера» восходит к лат. сera — «воск» или лат. serum — «сыворотка».

Латинское sulpureus, sulphurous впервые использовал древнеримский поэт Квинт Энний^[6]. Возможно происходит из эллинизированного написания этимологического sulpur (Серу греки называли «Theion»), предположительно, восходит к индоевропейскому корню *swelp — «гореть»^[7].

История открытия[править | править код]

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[править | править код]

Большие скопления самородной серы (с содержанием > 25 %) редки, они встречаются в местах вулканической активности, им сопутствуют сернистые фумаролы и сернистые воды^[8].

Серная руда разрабатывается в месторождениях самородной серы, добывается из сульфидных руд и промышленных газов^[9].

Серные бактерии могут окислять сероводород от гниющих органических остатков до серы и накапливать её^[10].

Природные минералы серы[править | править код]

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.

Свойства[править | править код]

Физические свойства[править | править код]

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^[11].

Фазовая диаграмма серы[править | править код]

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)^[12].

На фазовой диаграмме серы^[12]:

• DA — линия возгонки ромбической серы S_p, описывающая зависимость давления насыщенного пара серы S_п от температуры над твёрдой ромбической серой;
• AС — линия возгонки моноклинной серы S_м, описывающая зависимость давления насыщенного пара серы от температуры над твёрдой моноклинной серой;
• СF — линия испарения жидкой серы S_ж, описывающая зависимость давления насыщенного пара серы от температуры над расплавом серы;
• AB — линия полиморфного превращения сера ромбическая <—> сера моноклинная, описывающая зависимость температуры фазового перехода между ромбической и моноклинной серой от давления;
• ВЕ — линия плавления ромбической серы, описывающая зависимость температуры плавления ромбической серы от давления;
• CВ — линия плавления моноклинной серы, описывающая зависимость температуры плавления моноклинной серы от давления.

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

• AО — линия сублимации перегретой ромбической серы;
• ВО — линия плавления перегретой ромбической серы;
• СО — линия испарения переохлаждённой жидкой серы;

На фазовой диаграмме серы имеются три стабильные тройные точки и одна метастабильная, каждая из которых отвечает условиям термодинамического равновесия трёх фаз^[12]:

• точка А (дополнительная): равновесие твёрдой ромбической, твёрдой моноклинной и газообразной серы;
• точка В (дополнительная): равновесие твёрдой ромбической, твёрдой моноклинной и жидкой серы;
• точка С (основная): равновесие твёрдой моноклинной, расплавленной и газообразной серы;
• точка О (метастабильная): метастабильное равновесие между перегретой твёрдой ромбической, переохлаждённой жидкой и газообразной серой.

Как показывает фазовая диаграмма, ромбическая сера не может одновременно находиться в равновесии с расплавом и парами серы^[13], 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^[14].

Химические свойства[править | править код]

Сера — хороший окислитель, как и O₂, Но более сильные окислители, такие как кислород и галогены, окисляют её.

Реакции с неметаллами

Реагент	Уравнение	Описание
O2		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[15]. Окисляется оксид серы (IV) кислородом воздуха при температуре 400—500 °C, в присутствии катализатора (V2O5, Pt, NaVO3, Fe2O3). Реакция экзотермична (ΔrHo = −198 кДж/моль)
Hal2		Восстановительные свойства серы проявляются в реакциях серы и с другими неметаллами, однако при комнатной температуре сера реагирует только со фтором. Гексафторид серы представляет собой плотный газ, используемый в качестве изоляционного газа в высоковольтных трансформаторах; это также нереактивный и нетоксичный пропеллент для контейнеров под давлением.
	Расплав серы реагирует с хлором, при этом возможно образование двух низших хлоридов (дихлорид серы и дитиодихлорид)[16], являющиеся важными промышленными химическими веществами. При избытке серы также образуются разнообразные дихлориды полисеры типа SnCl2[17].
P		При нагревании сера также реагирует с фосфором, образуя смесь сульфидов фосфора[18], среди которых — высший сульфид P2S5
H2 С Si		Кроме того, при нагревании сера реагирует с водородом, углеродом, кремнием, образуя сероводород, сероуглерод, сульфид кремния

Реакции с металлами

Реагент	Уравнение	Описание
M		При нагревании сера взаимодействует со многими металлами, часто — весьма бурно. Иногда смесь металла с серой загорается при поджигании. При этом взаимодействии образуются сульфиды
M2S		Растворы сульфидов щелочных металлов реагируют с серой с образованием полисульфидов

Со сложными веществами

Реагент	Уравнение	Описание
KOH		Из сложных веществ следует отметить прежде всего реакцию серы с расплавленной щёлочью, в которой сера диспропорционирует аналогично хлору. Полученный сплав называется серной печенью.
HNO3 H2SO4		С концентрированными кислотами-окислителями (HNO3, H2SO4) сера реагирует только при длительном нагревании

Реагент	Уравнение	Описание
to		При увеличении температуры в парах серы происходят изменения в количественном молекулярном составе[19]. Число атомов в молекуле уменьшается
	При 800—1400 °C пары состоят в основном из двухатомной серы
	А при 1700 °C сера становится атомарной

Получение[править | править код]

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[править | править код]

Ввиду высокой потребности Красной Армии в боеприпасах постановлением Президиума ВСНХ от 19 декабря 1930 года решено «включить строительство серных предприятий в число ударных первоочередных строек». В 1930—1931 годах были разведаны и запущены в производство два месторождения в Средней Азии — Каракумский завод самородной серы (3 тысячи тонн в год) и серный рудник Шорсу. Богатый (25 % каменной серы в руде) рудник Шорсу начал разрабатываться шахтным способом, а затем открытым. После ввода в строй этих рудников, в 1932 году был построен Калатинский завод газовой серы (4 тысячи тонн в год), а также несколько заводов в РСФСР. Основанный в 1939 году в Оренбургской области Медногорский медно-серный комбинат (ММСК)^[21] до 1986 года был крупнейшим производителем серы в СССР: 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.

— А. Софронов. В Оренбургских степях (журнал «Огонёк», 1956)^[22]

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^[23].

Товарные формы[править | править код]

В промышленности реализовано получение серы в различных товарных формах^{[24][с. 193—196]}. 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 подаётся 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.

• Водная грануляция (пеллетирование) разработана в 1964 году английской фирмой «Эллиот». Процесс основан на быстром охлаждении капель серы, падающих в воду. Первое внедрение технологии — процесс «Салпел» в 1965 году. Крупнейший завод позже был построен в Саудовской Аравии в 1986 году. На нём каждая из трёх установок может производить до 3500 т гранулированной серы в сутки. Недостаток технологии — ограниченное качество гранул серы, обладающих неправильной формой и повышенной хрупкостью.
• Грануляция в кипящем слое разработана французской компанией «Перломатик». Капли жидкой серы подаются вверх. Они охлаждаются водой и воздухом и смачиваются жидкой серой, которая застывает на образующихся гранулах тонким слоем. Конечный размер гранул 4—7 мм. Более прогрессивным является процесс «Прокор», который широко внедрён в Канаде. В нём применяются барабанные грануляторы. Однако этот процесс очень сложен в управлении.
• Воздушно-башенная грануляция разработана и внедрена в Финляндии в 1962 году. Расплав серы диспергируется с помощью сжатого воздуха в верхней части грануляционной башни. Капли падают и затвердевают, попадая на транспортную ленту.

Молотая сера является продуктом размола комовой или гранулированной 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^[11].

Крупнейшими производителями молотой серы в России являются предприятия ООО «Каспийгаз» и АО «Сера».

Коллоидная сера — 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.

• Способ получения путём размола широко распространён, поскольку не предъявляет высоких требований к сырью. Одним из лидеров по этой технологии является фирма «Bayer».
• Способ получения из расплавленной серы или её паров был внедрён в США в 1925 году. Технология подразумевает смешение с бентонитом, полученная смесь образует устойчивые суспензии с водой. Однако содержание серы в растворе невелико (не более 25 %).
• Экстракционные способы получения основаны на растворении серы в органических растворителях и дальнейшем испарении последних. Однако они не получили широкого распространения.

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

Применение[править | править код]

Примерно половина производимой серы используется в производстве серной кислоты.

Серу применяют для вулканизации каучука, как фунгицид в сельском хозяйстве и серу коллоидную как 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. Серная лампа — источник белого света, очень близкого к солнечному, с высоким КПД.

Биологическая роль[править | править код]

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^[25].

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

Биологическое действие[править | править код]

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

Пожароопасные свойства серы[править | править код]

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^[26].

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^[27].

Пары образуют с воздухом взрывчатую смесь^[28].

Горение серы

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^[29]. Температура пламени при горении серы составляет 1820 °C^[30].

Так как воздух по объёму состоит приблизительно из 22 % кислорода и 78 % 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 %^[15].

Обнаружение горения

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 используется ультрафиолетовые извещатели с детекторами на основе молибдена. Они имеют спектральный диапазон чувствительности 1850…2650 ангстрем, который подходит для обнаружения горения серы^[31].

Пожары на складах серы[править | править код]

Этот раздел имеет чрезмерный объём или содержит маловажные подробности неэнциклопедичного характера. Если вы не согласны с этим, пожалуйста, покажите в тексте существенность излагаемого материала. В противном случае раздел может быть удалён. Подробности могут быть на странице обсуждения.

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^[32][33].

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^[34].

15 марта 2007 года рано утром на ООО «Балаковский завод волоконных материалов» произошёл пожар на закрытом складе серы. Площадь пожара составила 20 м². На пожаре работало 4 пожарных расчёта с личным составом в 13 человек. Примерно через полчаса пожар был ликвидирован. Никто не пострадал^[35].

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. Масса горевших отходов нефтепереработки, к каковым по казахстанским законам отнесена сера, составила более 9 тонн^[36].

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^[37].

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^[38].

В конце июля 2012 года под Уфой в посёлке 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^[39].

Юникод[править | править код]

В Юникоде есть алхимический символ серы.

Кодировка по Unicode и HTML

Графема	Unicode	HTML
Код	Название	Шестнадцатеричное	Десятичное	Мнемоника
🜍	U+1F70D	ALCHEMICAL SYMBOL FOR SULFUR	🜍	🜍	—

См. также[править | править код]

• Соединения серы
• Жупел
• Акарициды
• Ушная сера
• Desulfobulbus propionicus — бактерия, осуществляющая диспропорционирование серы

Примечания[править | править код]

Комментарии

Источники

Литература[править | править код]

• Сера, химический элемент // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Ансельм А. И. Основы статистической физики и термодинамики. — М.: Наука, 1973. — 424 с.
• Булидорова Г. В., Галяметдинов Ю. Г., Ярошевская Х. М., Барабанов В.П. Физическая химия. — Казань: Изд-во Казан. нац. исслед. технол. ун-та, 2012. — 396 с. — ISBN 978-5-7882-1367-5.
• Мейер К. Физико-химическая кристаллография. — Пер. с нем. О. П. Никитиной. — Под ред. Е. Д. Щукина и Б. Д. Сумма. — М.: Металлургия, 1972. — 480 с.

Ссылки[править | править код]

• Sulfur (англ.). WebElements. Дата обращения: 5 августа 2013.
• Сера. Популярная библиотека химических элементов (18 марта 2002). Дата обращения: 5 августа 2013.
• Самородная сера. Каталог минералов. Дата обращения: 5 августа 2013.
• Сера – роль в организме человека. Дата обращения: 5 августа 2013. Архивировано 13 августа 2013 года.
• Малышев А. И. Сера в магматическом рудообразовании. — ИГГ УрО РАН, 2004. — 189 с.
• Сера. Справочник химика.

Сера (Sulfur) является элементом периодической системы химических элементов и относится к группе халькогенов. Данный элемент является активным участником образования многих кислот и солей. Водородные и кислотные соединения содержат серу, как правило, в составе различных ионов. Большое количество солей, в состав которых входит сера, практически не растворяются в воде.

Сера в природе является достаточно распространенным элементом. По своему химическому содержанию в земной коре ей присвоен шестнадцатый номер, по нахождению в водоемах – шестой. Она может встречаться как в свободном, так и в связанном состоянии.

К наиболее важным природным минералам элемента относятся: железный колчедан (пирит) – FeS₂, цинковая обманка (сфалерит) – ZnS, галенит – PbS, киноварь – HgS, антимонит – Sb₂S₃. Также шестнадцатый элемент периодической системы встречается в составе нефти, природного угля, природных газов, а также сланцев. Нахождение серы в водной среде представляется сульфат-ионами. Именно ее наличие в пресной воде является причиной постоянной жесткости. Также она является одним из важнейших элементов жизнедеятельности высших организмов, является частью структуры многих белков, а также концентрируется в волосах.

Таблица 1. Свойства серы

Характеристика	Значение
Свойства атома
Название, символ, номер	Сера / Sulfur (S), 16
Атомная масса ( молярная масса)	[32,059; 32,076][комм. 1][1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ne] 3s2 3p4
Радиус атома	127 пм
Химические свойства
Валентный радиус	102 пм
Радиус иона	30 (+6e) 184 (-2e) пм
Электроотрицательность	2,58 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	0
Степень окисления	+6, +4, +2, +1, 0, -1, −2
Энергия ионизации (первый электрон)	999,0 (10,35) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	2,070 г/см³
Температура плавления	386 К (112,85 °С)
Температура кипения	717,824 К (444,67 °С)
Уд. теплота плавления	1,23 кДж/моль
Уд. теплота испарения	10,5 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	22,61[2] Дж/(K·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
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 0,27 Вт/(м·К)
Номер CAS	7704-34-9

Серная руда

Нельзя сказать о том, что свободное состояние серы в природе является частым явлением. Самородная сера встречается довольно редко. Зачастую она является одной из составляющих некоторых руд. Серной рудой называется порода, в состав которой входит самородная сера. Серные вкрапления в породах могут образовываться вместе с сопутствующими породами или позже них. Время их образования влияет на направление поисковых и разведочных работ. Специалисты выделяют несколько теорий образования серы в рудах.

1. Теория сингенеза. Согласно данной теории сера и вмещающие породы были образованы одновременно. Местом их формирования были мелководные бассейны. Сульфаты, содержащиеся в воде, с помощью особых бактерий были восстановлены до сероводорода. Далее происходило его поднятие вверх до окислительной зоны, в которой сероводород окислялся до элементарной серы. Она опускалась на дно, оседая в иле, который через время превращался в руду.
2. Теория эпигенеза, которая утверждает, что образование вкраплений серы происходило позже основных пород. В соответствии с данной теорией считается, что происходило проникновение подземных вод в толщи пород, в результате чего воды обогащалась сульфатами. Далее данные воды соприкасались с месторождениями нефти или газа, что приводило к восстановлению ионов сульфатов с помощью углеводородов до сероводорода, который, поднимаясь к поверхности и окисляясь, выделял самородную серу в пустотах и трещинах пород.
3. Теория метасоматоза. Данная теория является одной из подвидов теории эпигенеза. В настоящее время она все чаще находит подтверждения. Ее суть заключается в превращении гипса (CaSO₄-H₂O) и ангидрита (CaSO₄) в серу и кальцит (СаСО_3­). Теорию предложили два ученых Миропольский и Кротов еще в первой половине двадцатого века. Спустя несколько лет было найдено месторождение Мишрак, которое подтверждало образование серы именно таким путем. Однако, до настоящего времени остается неясным сам процесс превращения гипса в серу и кальцит. В связи с этим, теория метасоматоза не является единственно правильной. Кроме этого, сегодня на планете есть озера, имеющие сингенетические отложения серы, однако, в иле не обнаружены гипс или ангидрит. К таким озерам относится Серное озеро, расположенное вблизи Серноводска.

Таким образом, однозначной теории происхождения серных вкраплений в рудах не существует. Образование вещества во многом зависит от условий и явлений, протекающих в земных недрах.

Месторождения серы

Сера добывается в местах локализации серной руды – месторождениях. По некоторым данным, мировые запасы серы составляют порядка 1,4 миллиардов тонн. На сегодняшний день месторождения серы найдены во многих уголках Земли – в Туркмении, в США, Поволжье, вблизи левых берегов Волги, которые пролегают от Самары и т.д. Иногда полоса породы может распространяться на несколько километров.

Большими серными запасами славятся Техас и Луизиана. Отличающиеся своей красотой серные кристаллы также располагаются в Романье и Сицилии (Италия). Родиной моноклинной серы считается остров Вулькано. Также залежами шестнадцатого элемента периодической системы Менделеева славится Россия, в частности Урал.

Серные руды классифицируются в соответствии с количеством содержащейся в них серы. Так, среди них различают богатые руды (от 25% серы) и бедные (около 12% вещества). Серные месторождения, в свою очередь, распределяются по следующим типам:

1. Стратиформные месторождения (60%). Данный тип месторождений связан с сульфатно-карбонатными толщами. Рудные тела располагаются непосредственно в сульфатных породах. Они могут достигать в размере сотен метров и иметь мощность в несколько десятков метров;
2. Солянокупольные месторождения (35%). Для данного типа характерны серные залежи серого цвета;
3. Вулканогенные (5%). К этому типу относятся месторождения, образованные вулканами молодой и современной структуры. Форма рудного элемента, залегающего в них, пластообразная или линзовидная. Такие месторождения могут содержать порядка 40% серы. Они характерны для Тихоокеанского вулканического пояса.

Добыча серы

Сера добывается одним из нескольких возможных способов, выбор которого зависит от условий залегания вещества. Основными являются всего два – открытый и подземный.

Открытый способ добычи серы является наиболее популярным. Весь процессы добычи вещества данным способом начинается со снятия значительного количества породы экскаваторами, после чего происходит дробление самой руды. Полученные рудные глыбы транспортируются на фабрику для дальнейшего обогащения, после чего отравляются на предприятие, где происходит плавка серы и получения вещества из концентратов.

Кроме этого, также иногда применяется метод Фраша, который заключается в выплавке серы еще под землей. Данный способ целесообразно использоваться в местах глубокого залегания вещества. После расплавки под землей, происходит выкачивание вещества наружу. Для этого формируются скважины, являющиеся основным инструментом для выкачки расплавленного вещества. Метод основан на легкости плавления элемента и небольшой его плотности.

Существует также метод разделения на центрифугах. Однако, он отличается своим одним большим недостатком, основанным на том, что сера, полученная с помощью такого метода, имеет много примесей и требует дополнительной очистки. В результате, метод считается достаточно затратным.

Кроме указанных методов добыча серы в отдельных случаях может также производиться:

• скважинным методом;
• пароводяным методом;
• фильтрационным методом;
• термическим методом;
• экстракционным методом.

Стоит отметить, что вне зависимости от метода, используемого во время извлечения вещества из земных недр, необходимо особое внимание уделять технике безопасности. Это связано с присутствием вместе с залежами серы сероводорода, который является ядовитым для человека и способен воспламеняться.

Нахождение серы в природе

Сера широко распространена в природе.
Она составляет 0,05% массы земной коры. В
свободном состоянии (самородная сера)
в больших количествах встречается в
Италии (остров Сицилия) и США. Месторождения
самородной серы имеются в Куйбышевской
области (Поволжье), в государствах
Средней Азии, в Крыму и других районах.

Сера часто встречается в виде соединений
с другими элементами. Важнейшими ее
природными соединениями являются
сульфиды металлов: FeS₂
– железный колчедан, или пирит; HgS
– киноварь и др., а также соли серной
кислоты (кристаллогидраты): CaSO₄ּ2H₂O
– гипс, Na₂SO₄ּ10H₂O
– глауберова соль, MgSO₄ּ7H₂O
– горькая соль и др.

Физические свойства серы

Природная сера состоит из смеси четырех
устойчивых изотопов:
,
,
,
.

Сера образует несколько аллотропных
модификаций. Устойчивая при комнатной
температуре ромбическая сера
представляет собой желтый порошок,
плохо растворимый в воде, но хорошо
растворимый в сероуглероде, анилине и
некоторых других растворителях. Плохо
проводит теплоту и электричество. При
кристаллизации из хлороформа CHCl₃
или из сероуглерода CS₂
она выделяется в виде прозрачных
кристаллов октаэдрической формы.
Ромбическая сера состоит из циклических
молекул S₈,
имеющих форму короны. При 113 ⁰C
она плавится, превращаясь в желтую
легкоподвижную жидкость. При дальнейшем
нагревании расплав загустевает, так
как в нем образуются длинные полимерные
цепочки. А если нагреть серу до 444,6 ⁰С,
она закипает. Выливая кипящую серу
тонкой струйкой в холодную воду, можно
получить пластическую серу –
резиноподобную модификацию, состоящую
из полимерных цепочек. При медленном
охлаждении расплава образуются
темно-желтые игольчатые кристаллы
моноклинной серы. (t_пл=119
⁰C). Подобно ромбической
сере, эта модификация состоит из молекул
S₈. При
комнатной температуре пластическая и
моноклинная сера неустойчивы и
самопроизвольно превращаются в порошок
ромбической серы.

Химические свойства
серы и ее соединений

Свойства простого вещества.

Атом серы, имея незавершенный внешний
энергетический уровень, может присоединять
два электрона и проявлять степень
окисления –2. Такую степень окисления
сера проявляет в соединениях с металлами
и водородом (например, Na₂S
и H₂S).
При отдаче или оттягивании электронов
к атому более электроотрицательного
элемента степень окисления серы может
быть +2, +4 и +6.

Сера легко образует соединения со
многими элементами. При сгорании ее на
воздухе или в кислороде образуется
оксид серы (IV) SO₂
и частично оксид серы (VI)
SO₃:

S + O₂
= SO₃

2S + 3O₂
= 2SO₃

Это наиболее важные оксиды серы.

При нагревании сера непосредственно
соединяется с водородом, галогенами
(кроме йода), фосфором, углем, а также со
всеми металлами, кроме золота, платины
и иридия. Например:

S + H₂
= H₂S

3S + 2P = P₂S₃

S + Cl₂
= SCl₂

2S + C = CS₂

S + Fe
= FeS

Как следует из примеров, в реакциях с
металлами и некоторыми неметаллами
сера является окислителем, в реакциях
же с более активными неметаллами, как
например, с кислородом, хлором, –
восстановителем.

Свойства оксидов

Оксид серы (IV)

Сернистый газ SO₂
– бесцветный газ с удушливым резким
запахом. При растворении его в воде (при
0 ⁰С 1 объем воды растворяет более
70 объемов SO₂)
образуется сернистая кислота H₂SO₃,
которая известна только в растворах.

В лабораторных условиях для получения
SO₂ действуют
на твердый сульфит натрия концентрированной
серной кислотой:

Na₂SO₃
+ 2H₂SO₄
= 2NaHSO₄
+ SO₂
+ H₂O

В промышленности SO₂
получают при обжиге сульфидных руд,
например пирита:

4FeS₂
+ 11O₂
= 2Fe₂O₃
+ 8SO₂,

или при сжигании серы. Сернистый газ
является полупродуктом в производстве
серной кислоты. Его используют также
(вместе с гидросульфитами натрия NaHSO₃
и кальция Ca(HSO₃)₂)
для выделения целлюлозы из древесины.
Этим газом окуривают деревья и кустарники,
чтобы уничтожать вредителей сельского
хозяйства.

Химические реакции, характерные для
SO₂, можно
разделить на 3 группы:

1. Реакции, протекающие без изменения
   степени окисления, например:

SO₂
+ Ca(OH)₂
= CaSO₃
+ H₂O

1. Реакции, сопровождающиеся повышением
   степени окисления серы от 4+ до 6+,
   например:

2SO₂
+ O₂
= 2SO₃

1. Реакции, протекающие с понижением
   степени окисления серы, например:

SO₂ +
2H₂S
= 3S + 2H₂O

Таким образом, SO₂
может проявлять как окислительные, так
и восстановительные свойства.

Оксид серы (VI)

Серный ангидрид SO₃
при комнатной температуре представляет
собой бесцветную легко летучую жидкость
(t_кип=44,8 ⁰С,
t_пл=16,8 ⁰С),
которая со временем переходит в
асбестовидную модификацию, состоящую
из блестящих шелковистых кристаллов.
Волокна серного ангидрида устойчивы
лишь в запаянном сосуде. Поглощая влагу
воздуха, они превращаются в густую
бесцветную жидкость – олеум (от лат.
oleum – «масло»). Хотя
формально олеум можно рассматривать
как раствор SO₃
в H₂SO₄,
на самом деле он представляет собой
смесь различных пиросерных кислот:
H₂S₂O₇,
H₂S₃O₁₀
и т.д. С водой SO₃
взаимодействует очень энергично: при
этом выделяется так много теплоты, что
образующиеся мельчайшие капельки серной
кислоты создают туман. Работать с этим
веществом нужно крайне осторожно.

Оксид серы (VI) получают
окислением SO₂
кислородом только в присутствии
катализатора:

2SO₂
+ O₂

2SO₃
+ Q.

Необходимость использования катализатора
в этой обратимой реакции обусловлена
тем, что хороший выход SO₃
(т.е. смещение равновесия вправо) можно
получить только при понижении температуры,
однако при низких температурах очень
сильно падает скорость протекания
реакции.

Оксид серы (VI) энергично
соединяется с водой, образуя серную
кислоту:

SO₃ + H₂O
= H₂SO₄

Свойства кислот и их солей

Сернистая кислота и ее соли

Оксид серы (IV) хорошо растворим в воде
(в 1 объеме воды при 20 ⁰С
растворяется 40 объемов SО₂). При
этом образуется существующая только в
водном растворе сернистая кислота:

SO₂ + Н₂О
= Н₂SO₃

Реакция соединения SO₂
с водой обратимая. В водном растворе
оксид серы (IV) и сернистая кислота
находятся в химическом равновесии,
которое можно смещать. При связывании
Н₂SO₃
щелочью (нейтрализация кислоты) реакция
протекает в сторону образования сернистой
кислоты; при удалении SO₂
(продувание через раствор азота или
нагревание) реакция протекает в сторону
исходных веществ. В растворе сернистой
кислоты всегда имеется оксид серы (IV),
который придает ему резкий запах.

Сернистая кислота обладает всеми
свойствами кислот. В растворе Н₂SO₃
диссоциирует ступенчато:

Н₂SО₃
 H⁺
+ HSO₄
^–

HSO₃ ^–

H⁺
+ SO₃ ^2-

Как двухосновная кислота она образует
два ряда солей – сульфиты и гидросульфиты.
Сульфиты образуются при полной
нейтрализации кислоты щелочью:

Н₂SO₃
+ 2NаОН =
NаHSО₄
+ 2Н₂О

Гидросульфиты получаются при недостатке
щелочи (по сравнению с количеством,
необходимым для полной нейтрализации
кислоты):

Н₂SO₃
+ NаОН = NаНSO₃
+ Н₂О

Как и оксид серы (IV), сернистая кислота
и ее соли являются сильны­ми
восстановителями. При этом степень
окисления серы возрастает. Так, Н₂SО₃
легко окисляется в серную кислоту даже
кислородом воздуха:

2Н₂SO₃
+ O₂ =
2Н₂SO₄

Поэтому долго хранившиеся растворы
сернистой кислоты всегда со­держат
серную кислоту.

Еще легче протекает окисление сернистой
кислоты бромом и перманганатом калия:

Н₂SО₃
+ Вr₂ +
Н₂О = Н₂SO₄
+ 2НВr

5Н₂S0₃
+ 2КмnО₄
= 2Н₂SO₄
+ 2МnSO₄
+ К₂SО₄
+ 2Н₂О

Оксид серы (IV) и сернистая кислота
обесцвечивают многие краси­тели,
образуя с ними бесцветные соединения.
Последние могут снова разлагаться при
нагревании или на свету, в результате
чего окраска восстанавливается.
Следовательно, белящее действие SO₂
и Н₂SO₄
отличается от белящего действия хлора.
Обычно оксидом серы (IV) белят шерсть,
шелк и солому (хлорной водой эти материалы
разруша­ются).

Важное применение находит раствор
гидросульфита кальция Ca(HSO₃)₂
(сульфитный щелок), которым обрабатывают
волокна древесины и бумажную массу.

Сероводород
и сульфиды

Сероводород
Н₂S

– бесцветный газ с запахом тухлых яиц.
Он хоро­шо растворим в воде (при 20 °C
в 1 объеме воды растворяется 2,5 объема
сероводорода).
Раствор
сероводорода в воде называется
сероводородной водой или сероводородной
кислотой (она обнаруживает свойства
слабой кислоты).

Сероводород – очень ядовитый газ,
поражаю­щий нервную систему. Поэтому
работать с ним надо в вытяжных шка­фах
или с герметически закрывающимися
приборами. Допустимое содержание Н₂S
в производственных помещениях составляет
0,01 мг в 1 л воздуха.

Сероводород встречается в природе в
вул­канических газах и в водах некоторых
минеральных источников, на­пример
Пятигорска; Мацесты. Он образуется при
гниении серосодержащих органических
веществ различных растительных и
животных остатков. Этим объясняется
характерный неприятный запах сточных
вод, выгребных ям и свалок мусора.

Сероводород может быть получен
непосредственным соединением серы с
водородом при нагревании:

S + Н₂
= H₂S

Но обычно его получают действием
разбавленной соляной или серной кислоты
на сульфид железа (II):

2НСl + FеS = FеСl₂
+ Н₂S

Эту реакцию часто проводят в аппарате
Киппа.

Н₂S – менее прочное
соединение, чем вода. Это обусловлено
большим размером атома серы по сравнению
с атомом кислорода. Поэтому связь Н—0
короче и прочнее связи Н—S.
При сильном нагревании сероводород
почти полностью разлагается на серу и
водород:

Н₂S =
S + Н₂

Газообразный Н₂S
горит на воздухе голубым пламенем с
образованием оксида серы (IV) и воды:

2Н₂S +
3O₂ = 2SO₂
+ 2Н₂О

При недостатке кислорода образуются
сера и вода:

2Н₂S +
O₂ = 2S
+ 2Н₂О

Этой реакцией пользуются для получения
серы из сероводорода в промышленном
масштабе.

Сероводород – довольно сильный
восстановитель. Это его важное химическое
свойство можно объяснить так. В растворе
Н₂S
сравнитель­но легко отдает электроны
молекулам кислорода воздуха:

Н₂S
– 2е– = S + 2H
⁺ 2

O₂
+ 4е– = 2O ^2-
1

В этом случае Н₂S
окисляется кислородом воздуха до серы,
которая делает сероводородную воду
мутной. Суммарное уравнение реакции:

2Н₂S
+ O₂
= 2S + 2Н₂O

Этим объясняется и тот факт, что
сероводород не накапливается в очень
больших количествах в природе при
гниении органических веществ – кислород
воздуха окисляет его в свободную серу.

Энергично реагирует сероводород с
растворами галогенов. Напри­мер:

Н₂S
+ I₂
= 2HI + S

Происходит выделение серы и обесцвечивание
раствора йода.

Сероводородная кислота как двухосновная
образует два ряда солей – средние
(сульфиды) и кислые (гидросульфиды).
Например, Nа₂S
– сульфид натрия, NаНS
– гидросульфид натрия. Гидросульфиды
почти все хорошо растворимы в воде.
Сульфиды щелочных и щелочно-земельных
металлов также растворимы в воде, а
остальных металлов практически
нерастворимы или мало растворимы;
некоторые из них не растворяются и в
разбавленных кислотах. Поэтому такие
сульфиды можно легко получить, пропуская
сероводород через соли соответствующего
металла, например:

СuSO₄
+ Н₂S
= CuS + H₂SO₄

Некоторые сульфиды имеют характерную
окраску: CuS и РbS
— черную, СdS —
желтую, ZnS — белую,
MnS — розовую, SnS
— коричне­вую, Sb₂S₃
— оранжевую и т. д. На различной
растворимости сульфи­дов и различной
окраске многих из них основан качественный
анализ катионов.

Серная кислота и ее соли

Серная кислота — тяжелая бесцветная
масля­нистая жидкость. Крайне
гигроскопична. Поглощает влагу с
выделе­нием большого количества
теплоты, поэтому нельзя воду приливать
к концентрированной кислоте — произойдет
разбрызгивание кислоты. Для разбавления
надо серную кислоту приливать небольшими
количествами к воде.

Безводная серная кислота растворяет
до 70% оксида серы (VI). При обычной
температуре она не летуча и не имеет
запаха. При нагре­вании отщепляет SO₃
до тех пор, пока не образуется раствор,
содержа­щий 98,3% Н₂SO₄.
Безводная H₂SO₄
почти не проводит электрический ток.

Концентрированная серная кислота
обугливает органические вещества —
сахар, бумагу, дерево, волокна и т. д.
отнимая от них элементы воды. При этом
образуются гидраты серной кислоты.
Обугливание сахара можно выразить
уравнением

С₁₂Н₂₂О₁₁
+ nН₂SO₄
= 12С + Н₂SO₄
ּ
nН₂О

Образовавшийся уголь частично вступает
во взаимодействие с кисло­той:

С + 2Н₂SO₄
= СО₂ + 2SO₂
+ 2Н₂О

Поэтому кислота, которая идет в продажу,
имеет бурый цвет от слу­чайно попавших
и обуглившихся в ней пыли и органических
веществ.

На поглощении (отнятии) воды серной
кислотой основана осушка газов.

Как сильная нелетучая кислота Н₂SO₄
вытесняет другие кислоты из сухих солей.
Например:

NаNОз + Н₂SO₄
= NаНSO₄
+ НNO₃

Однако если Н₂SО₄
добавляется к растворам солей, то
вытеснения кислот не происходит.

Очень важное химическое свойство серной
кислоты – отношение ее к металлам.
Разбавленная и концентрированная серная
кислота реаги­рует с ними различно.
Разбавленная серная кислота окисляет
только металлы, стоящие в ряду напряжений
левее водорода, за счет ионов H⁺,
например:

Zn + H₂SO_4
(разб)
= ZnSO₄
+ H₂

Концентрированная серная кислота
при обычной температуре со многими
металлами не реагирует. Поэтому безводную
серную кислоту можно хранить в железной
таре и перевозить в сталь­ных цистернах.
Однако при нагревании концентрированная
Н₂SO₄
взаимодействует почти со всеми
металлами (кроме Рt,
Аu и некоторых
других), а так же с неметаллами. При этом
она выступает как окислитель, сама
восстанавлива­ется обычно до SO₂.
Водород в этом случае не выделяется, а
образует­ся вода. Например:

Сu + 2Н₂SO₄
= СuSO₄
+ SO₂
+ 2Н₂O

2Ag + 2H₂SO₄
= Ag₂SO₄
+ SO₂
+ 2H₂O

C + 2H₂SO₄
+ = CO₂
+ 2SO₂
+ 2H₂O

2P + 5H₂SO₄
= 2H₃PO₄
+ 5SO₂

Серная кислота обладает всеми свойствами
кислот.

Серная кислота,
будучи двухосновной, образует два ряда
солей: средние, называемые сульфатами,
и кислые, называемые гид­росульфатами.
Сульфаты образуются при полной
нейтрализа­ции кислоты щелочью (на 1
моль кислоты приходится 2 моля щелочи),
а гидросульфаты — при недостатке щелочи
(на 1 моль кислоты — 1 моль щелочи):

Н₂SO₄
+ 2NаOH
= Nа₂SO₄
+ 2Н₂О

Н₂SO₄
+ NaOH = NаHSO₄
+ Н₂О

Многие соли серной кислоты имеют большое
практическое значе­ние.

Большинство солей серной кислоты
растворимо в воде. Соли СаSO₄
и РbSO₄
мало растворимы в воде, а ВаSO₄
практически нерастворима как в воде,
так и в кислотах. Это свойство позволяет
использовать любую растворимую соль
бария, например ВаСl₂,
как реагент на серную кислоту и ее соли
(точнее, на ион SO₄
^2-):

H₂SO₄
+ BaCl₂
= BaSO₄+
2HCl

NaSO₄
+ BaCl₂
= BaSO₄+
2NaCl

При этом выпадает белый нерастворимый
в воде и кислотах осадок сульфата бария.

Серная кислота является важнейшим
продуктом основной химической
промышленности, занимающейся производством
неорганических кислот, щелочей, солей,
минеральных удобрений и хлора.

По разнообразию применения серная
кислота занимает первое место среди
кислот. Наибольшее количество ее
расходуется для полу­чения фосфорных
и азотных удобрений. Будучи нелетучей
кислотой, серная кислота используется
для получения других кислот – соляной,
плавиковой, фосфорной, уксусной и т. д.
Много ее идет для очистки нефтепродуктов
– бензина, керосина и смазочных масел –
от вредных примесей. В машиностроении
серной кислотой очищают поверхность
металла от оксидов перед покрытием
(никелированием, хромированием и др.).
Серная кислота применяется в производстве
взрывчатых ве­ществ, искусственного
волокна, красителей, пластмасс и многих
дру­гих. Ее употребляют для заливки
аккумуляторов. В сельском хозяйст­ве
она используется для борьбы с сорняками
(гербицид).

Этим определяется значение серной
кислоты в нашем народном хозяйстве.

Использование
серы в медицине

Элементарная сера обладает выраженными
антисептическими свойствами. Сера
осажденная (Sulfur praecipitatum)
представляет собой мельчайший аморфный
порошок бледно-желтого цвета без запаха.
При взаимодейстии серы с органическими
веществами образуются сульфиды и
пентатионовая кислота, оказывающие
противомикробное и противопаразитное
действие. Серу применяют наружно в виде
мазей (с концентрациями 5-, 10- или 20%) и
присыпок при лечении кожных заболеваний:
себореи, сикоза, псориаза и др. Применение
серной мази является относительно
простым и эффективным методом лечения
чесотки.

Сера очищенная (Sulfur
depuratum) – мелкий порошок
лимонно-желтого цвета – используется
при энтеробиозе в качестве противоглистного
средства. Она является также легким
слабительным средством, входит в состав
сложного порошка солодкового корня.
Стерильный 1-2% раствор серы очищенной
в персиковом масле (сульфозин) иногда
применяют для пирогенной терапии при
сифилисе.

Кроме того, соединения серы, как
органические, так и неорганические,
находят широкое применение в медицине.
Атомы серы входят в состав множества
препаратов самого различного действия.
Поскольку охватить вниманием их все не
представляется возможным, ограничимся
несколькими примерами.

Дисульфид селена SeS₂
содержит около 55% селена и 45% серы. Его
применяют при лечении себореи волосистой
части головы.

Сера входит в состав некоторых антидотов.
Сульфат магния применяется против
параквота, диквота, препаратов с медленным
высвобождением действующего начала.
Это осмотическое слабое средство,
ускоряющее выведение медленно
высвобождающих препаратов через
желудочно-кишечный тракт. Тиосульфат
натрия действует против цианидов и их
производных, например, акрилонитрила.
Он восполняет депо тиосульфата в
организме, необходимого для превращения
цианат-ионов в тиоцианат. Сульфодиметизин
– противоядие от токсинов Бледной
поганки (Amanita falloides).
Это средство вытесняет грибные токсины
из связи с альбуминами человека и
увеличивает экскрецию с мочой. Аминокислота
метионин (содержит SH-группу)
восполняет депо глутамата, предупреждая
развитие почечной и печеночной
недостаточности.

Производные тиомочевины (тиоамиды)
уменьшают образования тиреоидного
гормона путем ингибирования включения
йода в органическое соединение
иодотирозин. Возможно, тиоамиды уменьшают
образование иммуноглобулинов.

Сера выходит в состав некоторых препаратов
снотворного и наркотического действия.
Тиопентанал-натрий применяют для
внутривенного наркоза, главным образом
при непродолжительных хирургических
операциях. Атомы серы содержатся в
молекулах таких нейролептиков, как,
например, аминазин и его производные.
Аминазин обладает относительно сильным
седативным (успокаивающим) эффектом.
При его употреблении уменьшается
спонтанная двигательная активность,
реактивность к внешним и внутренним
стимулам, сознание, однако, сохраняется.
Препарат оказывает сильное противорвотное
действие и успокаивает икоту, уменьшает
проницаемость сосудов, практически
полностью устраняет повышение
артериального давления и другие эффекты,
вызываемые адреналином. Сходный по
строению фторацирин (тоже содержит серу
как гетероатом в бензольном кольце)
оказывает антидепрессивное действие,
сочетающееся с седативным эффектом.

Сульфат магния (кристаллогидрат)
оказывает успокаивающее действие на
нервную систему. В зависимости от дозы
может наблюдаться седативный, снотворный
или наркотический эффект. Особенностью
сульфата магния является, кроме
желчегонного и послабляющего действия,
его угнетающее действие на нервно-мышечную
передачу. В больших дозах он может
оказать курареподобное действие, вызвать
паралич дыхания. Применяется при лечении
гипертонической болезни, при обезболивании
родов и в некоторых других случаях.

Димексид – препарат диметилсульфоксида
– наружное средство для местного
применения при воспалительных процессах
и заболеваниях опорно-двигательной
системы. Это вещество проникает через
мембраны, в том числе через кожные
барьеры. Также он усиливает проникновение
через кожу ряда лекарственных препаратов.

Бетидоин содержит два атома серы в
составе гетероциклических пятичленных
колец. Он оказывает противокашлевое
действие. Эффект связан главным образом
с влиянием на рецепторы слизистой
оболочки дыхательных путей, частично
– с влиянием на центры продолговатого
мозга.

Кроме того, сера входит в состав ряда
антибиотиков, лекарств, употребляемых
при лечении бронхиальной астмы (например,
сульфата орципреналина), противогистаминных
препаратов и некоторых других.

Список используемой
литературы

1. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В, Попов В.А.
   Химия для школьников и поступающих в
   вузы. М.: Дрофа, 1999.

1. Хомченко Г.П. Химия для поступающих в
   вузы. М.: Высшая школа, 1994.

1. Володин В.А. Энциклопедия для детей.
   Том 17 Химия. М.: Аванта+, 2000.

1. Лоуренс Д.Р., Бенитт П.Н. Клиническая
   фармакология. М.: Медицина, 1991.

1. Машковский М.Д. Лекарственные средства.
   Ташкент: Медицина, 1987.

16

Откуда берётся сера? Казалось бы, странный вопрос. Всем давно известно: либо из спичечных головок, либо – из ушей. Впрочем, сера в своём природном виде настолько редко востребована у рядового потребителя, что мало кто задумывается вообще: “А откуда”?

Добрый день, читатели и подписчики канала #мир самоцветов . Признаться, долгое время я думал, что серу, как и алюминий, просто выкапывают из-под земли. Это потом уже, в четвёртом классе общеобразовательной школы нам показывали и глинозём, и рассказывали о полезных рудах. Но про серу всё равно не рассказывали. О ней мы знали лишь, что она находится на берегах вулканических кратеров. А больше знать и не за чем. Это ж не серебро, не бриллианты, не гранаты – в уши не вставишь, серным перстнем щеголять тоже не будешь.

Каково же было моё удивление, когда я впервые увидел огромные штабели этого минерала в местах, которые были весьма и весьма удалены от каких-либо вулканов.

Зато рядом был нефтеперерабатывающий завод.

Это потом уже я узнал, что сера является побочным продуктом переработки нефти. Нефть, как оказалось, весьма сложная субстанция, о происхождении которой до сих пор не утихают научные споры. Но вот в том, что нефть содержит некоторое количество серы, а также растворённый сероводород – это факт.

Сера в топливе – есть очень вредная присадка. Поэтому от неё, серы, стараются избавиться. Для этого человечество придумало множество способов, объяснять которые – отвалится язык, а потом и голова – настолько они нудные в описании. Расскажу лишь об одном из них – гидроочистке, при которой и получается кристаллическая сера.

К слову, ни о какой воде здесь речи не идёт. В этой реакции используется водород (на латыни – гидрогениум), а технология очистки с помощью водорода – гидрогенизация.

Если оставить учёную заумь, то процесс выглядит так: через сырую нефть продувают водород при высоком давлении и не менее высокой температуре. При этом происходит множество реакций, одна из которых – образование сероводорода. Тот самый “тухлый газ”.

Затем сероводород подаётся в специальные печи – “Печи Клауса” – где вполне себе успешно сжигается. Только вместо золы образуется жидкая сера. Температура застывания серы – 120 градусов Цельсия, поэтому её транспортируют по трубам в специальные “серные ямы” – герметичные хранилища, где она хранится некоторое время для дегазации. Из расплавленной серы выделяются остатки сероводорода, улавливаются и направляются в печи Клауса на дожиганиие.

Всё это время сера подогревается с помощью перегретого водяного пара, имеющего температуру около 150 градусов. Затем серные насосы перекачивают жидкую серу по трубам на открытый склад хранения. А чтобы сера в трубах не застыла, трубы имеют специальный кожух, в котором циркулирует всё тот же перегретый пар.

На открытом складе открывают задвижку, и сера разливается в бетонный приямок, где и застывает. А уже потом её раскалывают, ломают и с помощью строительных погрузчиков грузят в транспорт и отправляют потребителям.

Вот так и получается, что вредные отходы производства могут стать полезными элементами и приносить дополнительную прибыль.

Ну, а на этом – всё! Пишите комментарии о прочитанном и не забываем подписываться на канал. Чем активнее и больше комментариев, тем больше читателей смогут увидеть эту статью. Тем мир, значит, станет чуточку ярче.

Всегда ваш, Мир Самоцветов.

Если вас заинтересовала тема происхождения минералов, то специально для вас есть подборка рассказов на канале:

Словом, в мире самоцветов скучать не приходится! 🙂

Поддержать автора:

#промышленность #интересные факты #простыми словами #полезные ископаемые #переработка нефти #что делают из нефти