Сера. Соединения и свойства серы

 

Российский  Университет Дружбы Народов 

Институт  Иностранных Языков 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа по химии 
 

Тема: Сера. Соединения и свойства серы. 
 
 
 
 

Выполнил студент  группы ОС-46 
 

Гашененков Максим Николаевич 
 
 

Приняла: Шебалдина Лидия Сергеевна 
 
 
 
 
 
 
 

Москва, 2007 год

 

СОДЕРЖАНИЕ:

1.    Общие сведения. Сера  -  элемент жизни.

2.    Строение, свойства  и применение серы.

3.    Соединения серы, примеры решения  задач.

3.1 Сероводород

3.2 Сернистый газ (оксид серы (IV))   и сернистая кислота

3.3 Серный ангидрид

3.4  Серная кислота

4.     Это интересно  знать.

4.1   Круговорот серы

4.2   Как обнаружить  главные ионы?

4.3   Почему сульфаты  слабительное?

4.4   Каким образом  сера принимает  участие в загрязнении  окружающей среды?

5.     Минералы, в состав  которых входит сера.

5.1    Сульфиды

5.2    Сульфаты

5.3    Примечания и пояснения  к п.5 (Минералы…)

6.     Список литературы. 
 
 
 
 
 
 

Общие сведения 

1. СЕРА  - элемент жизни.

Sulfur - сера

   Самородный  элемент. Ромбическая  сингония.

   Формула: S

    Формы кристаллизации: бипирамиды или гранулированные агрегаты. При температурах выше 119 ⁰С принимает моноклинную форму.

   Цвет: желтый, бурый.

   Твердость по шкале Мооса: 2.

   Излом: раковистый.

   Блеск: от жирного до жирно-алмазного.

   Происхождение: характерный минерал для месторождений эвапоритов.

   Месторождение: Крупные месторождения находятся   в Луизиане и Техасе, на вершинах соляных куполов. Благодаря своей чистоте, сера легко добывается путем плавления и выкачивания на поверхность. В России месторождения серы известны на Урале, в Среднем Поволжье и других регионах. Кроме того, залежи серы обнаружены в пустынях Средней Азии (Узбекистан, Туркменистан). Сера используется как сырье для химической промышленности, для борьбы с вредителями в сельском хозяйстве, в медицине и прочее. 

            Земная кора состоит из пород, в состав которых входят различные минералы. В основе большинства из них  -  несколько химических элементов, но есть и немало и мономерных минералов, среди которых -  медь, золото, серебро, сера. Сера встречается в природе как в свободном состоянии (самородная сера), так и в различных соединениях. В России залежи самородной серы находятся по берегам Волги. Из соединений серы в природе распространены сульфаты, главным образом, кальция (Ca)  и магния (Mg). Соединения серы содержатся в организмах животных и растений. Очень распространены соединения серы с различными металлами. Многие из них являются ценными рудами (свинцовый блеск PbS , цинковая обманка ZnS , медный блеск Cu₂S) и служат источником получения цветных металлов.

     Общее содержание серы в земной коре составляет приблизительно 0,1 %.

          Сера относится к элементам главной подгруппы VI-ой группы периодической системы  (O, S, Se, Te, Po). Плотность серы 2,07 г/см³.

          Сера принадлежит к числу веществ, известных человечеству испокон веков. Еще древние греки и римляне нашли ей разнообразное применение. Куски самородной серы использовались для совершения  обряда изгнания злых духов. Так, по легенде, Одиссей, возвратившись в родной дом после долгих странствий, первым делом велел окурить его серой. Много упоминаний об этом веществе встречается в Библии.

   В средние века сера занимала важное место в арсенале алхимиков, Как  они считали, все металлы состоят  из ртути и серы: чем меньше серы, тем благороднее металл. Практический интерес к этому веществу в Европе возрос в 13-14 вв., после появления пороха и огнестрельного оружия. Главным поставщиком серы была Италия.

           Сера образует несколько аллотропных модификаций. Устойчивая при комнатной температуре ромбическая сера   представляет собой желтый порошок, нерастворимый в воде. При кристаллизации из хлороформа  СНСl₃ или сероуглерода СS₂ она выделяется в виде прозрачных кристаллов октаэдрической формы. Ромбическая сера состоит из циклических молекул S₈, имеющих форму короны. Интересны изменения, которые претерпевает сера, если медленно нагревать ее до кипения. При 112,8 ⁰С она плавится, превращаясь в желтую легкоподвижную жидкость. При дальнейшем нагревании расплав загустевает, приобретая красно-бурый цвет, и при температуре около 250 ⁰С становится настолько вязкой, что не выливается из опрокинутого сосуда, так как в ней образуются длинные полимерные цепочки. Выше 300 ⁰С жидкая сера становится подвижной, но цвет ее остается таким же темным.  А если нагреть серу до 444,6 ⁰С, она закипает, образуя оранжево-желтые пары. Эти изменения имеют такие объяснения. При температурах, превышающих 150-160 ⁰С, кольцевые молекулы серы S_8. Начинают разрываться. Образующиеся цепочки атомов соединяются друг с другом  -  получаются длинные цепи, вследствие чего вязкость расплава сильно увеличивается. Дальнейшее нагревание приводит к разрыву цепей, и вязкость серы вновь снижается.

          В парах серы с увеличением температуры число атомов в молекуле постепенно уменьшается: S₈ → S₆ → S₄ → S₂ → S. При 800-1000 ⁰С пары серы состоят главным образом из молекул S₂, при 1700 ⁰С -  из атомов.

          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 плавления = 119 ⁰С). Подобно ромбической сере, эта модификация состоит из молекул при комнатной температуре пластическая и моноклинная сера неустойчивы и самопроизвольно превращаются в порошок ромбической серы.

          При нагревании сера реагирует со многими металлами (железом, алюминием, ртутью) и неметаллами (кислородом, галогенами, водородом). «Природа серы огненная, горючая… Сера нацело сгорает, улетучиваясь в дым»,  -  записано в одном алхимическом трактате. Действительно, при горении серы на воздухе или в кислороде образуется оксид серы (IV), или сернистый газ SO₂, который является важнейшим соединением серы, и, содержащий примесь (около 3% по объему) высшего оксида серы, или сернистого ангидрида, SO₃.  
 

   2. СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ

   

   Строение  внешнего  энергетического уровня атома серы 3s²3p⁴, т.е. аналогично кислороду. Во внешней электронной оболочке атомы рассматриваемых элементов содержат 6 электронов  - 2 на s-орбитали и 4 на p-орбитали. Однако  на третьем энергетическом уровне имеется 3d-подуровень, который у серы вакантен. За счет возможности при возбуждении распаривания электронов на этот подуровень у серы имеется больше валентных возможностей. В соединениях с более электроотрицательными элементами сера проявляется положительные степени окисления (+1, +2, +4, +6). В соединениях с менее электроотрицательными элементами сера имеет отрицательные степени окисления (-2, -1). Бинарные соединения серы (-2) называют сульфидами ( например: сульфид фосфора P₄S₁₀; сульфид кремния SiS₂; сульфиды металлов). 

     У СЕРЫ число неспаренных электронов в атоме может быть увеличено путем перевода s- и р-электронов на d-подуровень внешней электронной оболочки.

   Самородная сера содержит посторонние вещества, для отделения которых пользуются способностью серы легко плавиться. Однако сера, полученная выплавкой из руды (комовая сера) содержит еще много примесей. Дальнейшую ее очистку производят перегонкой в рафинированных печах, где сера нагревается до кипения. Пары серы поступают в выложенную кирпичом камеру. Вначале, пока камера холодная, сера прямо переходит в твердое состояние и осаждается на стенках в виде светло-желтого порошка (серный цвет). Когда камера нагреется выше 120 ⁰С, пары конденсируются в жидкость, которую выпускают из камеры в формы, где она и застывает в виде палочек. Полученная таким образом сера называется черенковой.

         Важным источником получения  серы служит железный колчедан FeS₂, называемый также пиритом, и полиметаллические руды, содержащие сернистые соединения меди, цинка и других цветных металлов. Некоторое количество серы (газовая сера) получают из газов, образующихся при коксовании и газификации угля.

        Сера – типичный неметалл. Со многими металлами, например с медью, железом, цинком, сера соединяется непосредственно с выделением большого количества теплоты. Она соединяется почти со всеми неметаллами, но далеко не так легко и энергично, как с металлами.

        Сера широко используется в народном хозяйстве:

1. как сырье для производства серной кислоты;
2. в органическом синтезе;
3. в резиновой промышленности  для превращения каучука в резину (свои ценные свойства каучук приобретает только после смешивания с серой и нагревания до определенной температуры – процесс вулканизации каучука). Каучук с очень большим содержанием серы называют эбонитом – это хороший электрический изолятор;
4. в медицине в качестве наружного дезинфицирующего  средства;
5. для изготовления спичек, ультрамарина (синяя краска), сероуглерода и ряда других веществ;
6. в сельском хозяйстве для уничтожения некоторых вредителей растений.

 

   3.  СОЕДИНЕНИЯ  СЕРЫ

   В соединениях сера проявляет степени  окисления от -2 до +6. Рассмотрим важнейшие соединения серы.   

   3.1 СЕРОВОДОРОД

   Сероводород  H2S - одно из важнейших соединений серы, при высокой температуре сера взаимодействует с водородом, образуя этот газ. Это бесцветный газ, немного тяжелее воздуха (р = 1,54 г/л при н.у.) с характерным резким запахом тухлых  яиц ( по правде говоря не сероводород пахнет тухлыми яйцами, а наоборот – тухлые яйца пахнут сероводородом, который выделяется при разложении серосодержащих белков), малорастворимый в воде. Температура плавления -85,6⁰С;   температура кипения -  60,3⁰С.  В 100 г воды при нормальных условиях растворяется 467 мл сероводорода, при 20⁰С в 100 мл воды растворяется 2,6 мл. На воздухе сероводород горит голубоватым пламенем,  образуя диоксид серы и воду:

   2H₂S + 3O₂ = 2H₂O + 2SO₂

   Водный  раствор сероводорода   -   сероводородная вода или сероводородная кислота (при 20^ОС один объем воды растворяет 2,5 объема H₂S). При стоянии на воздухе, особенно на свету, сероводородная вода скоро становится мутной от выделяющейся серы. Это происходит в результате окисления сероводорода кислородом воздуха.  Эта двухосновная кислота очень слабая, концентрация ионов водорода в растворе очень низкая и поэтому в водных растворах окислительными свойствами практически не обладает.  Она диссоциирует в растворе ступенчато и в основном по первой ступени: