Место серы в таблице Менделеева и ее роль в природе

Сера – один самых распространенных элементов земной коры (16-й по частоте встречаемости). Используется во многих сферах, начиная от промышленности и заканчивая медициной. Элемент активно взаимодействует с большинством известных металлов, взрывоопасна, плавится при температуре 119 градусов. Работать с серой нужно осторожно, чтобы не получить различные повреждения при нарушении техники безопасности.

Оглавление

История открытия
Сера в таблице Менделеева
Строение атома серы
Физические свойства
Химические свойства
Сера в природе
Применение

История открытия

Сера имеет вид порошка из кристаллов желтого цвета. Оттенок их варьируется от светлого до темно-коричневого. В древности соединения серы использовались при проведении ритуальных обрядов. В Древней Греции добавляли элемент в горючие смеси, используемые в военных целях, в Древнем Китае – применяли для создания фейерверков, позже в Европе – для изготовления пороха. Среди алхимиков сера считалась «отцом всех металлов». Это связано с тем, что она активно вступает в связь с большинством металлов, поэтому поверхность их почти всегда покрыта сульфидным слоем.

Научный подход в исследовании серы применил Лавуазье. В результате многочисленных опытов с горением порошка он установил его химические свойства.

Сера в таблице Менделеева

Элемент обозначается «S». Находится в 3 периоде таблицы Менделеева, 16-й порядковый номер. Относится к неметаллам. Имеет:

атомную массу 32,065;
заряд ядра +16.

Строение атома серы

Около ядра вращаются электроны на 3 уровнях: первый и второй полностью заполнены, на третьем 6 электронов, то есть не хватает до устойчивого состояния. Электроны могут занимать разные позиции, переходить на d-подуровень 3 уровня. В зависимости от этого сера принимает валентность -2, +2, +4, +6. Радиус атома – 127 пм.

Физические свойства

Основные свойства серы известны давно, еще до существования научных объяснений этим явлениям:

сера взрывоопасна, горит, при этом образуются токсические летучие серные соединения (сероводород, сернистый газ, серный ангидрид). Есть сложности с улавливанием продуктов горения элемента. Для этого необходимо специальное оборудование;
для плавления достаточно температуры 119°C;
вещество не растворяется в воде. Можно использовать в качестве растворителей для серы бензол и сероуглерод;
плохо проводит тепло и электрический ток;
плотность серы составляет 2,07 г/см³.

Сера входит в состав многих соединений. Все они отличаются физическими свойствами и агрегатным состоянием.

Свободная сера может иметь вид цепочек из нескольких атомов. Соединены они между собой ковалентной неполярной связью. Состав химического элемента сера – S4, S6, S8, Sn. Цепочки элемента бывают открытыми и замкнутыми. Из-за этого есть несколько аллотропных модификаций серы:

ромбическая и моноклинная (циклическая формула S8) – желтая кристаллическая, хрупкая;
пластическая – коричневая тянущаяся масса. Получить можно, если расплавленное вещество вылить в холодную воду.

Сера входит в состав:

сероводорода (H₂S);
оксида серы (SO₂, SO₃);
сульфидов (с металлами – FeS₂, ZnS, PbS);
сульфатов (CaSO₂);
сульфитов (Na2SO₃);
серной (H₂SO₄) и сернистой кислоты (H₂SO₃).

Химические свойства

Получают серу:

из сульфидов металлов при их термическом разложении;
из диоксида серы при добавлении углерода;
при окислении сероводорода кислородом или диоксидом серы (SO₂), при нагревании и в присутствии катализатора;
выделяют из нефтепродуктов и природного газа при их очистке;
серные бактерии окисляют сероводород и накапливают серу.

Добыча вещества связана с опасностью, так как залежи серы склонны к самовозгоранию и выделению токсичных газов.

Главные химические свойства элемента:

вступает в реакцию с металлами с образованием тепловой энергии;
образует сульфаты;
с кислородом получается диоксид серы;
образует дисульфид углерода (CS₂) при нагревании ртути до 800-900 °C, в реакцию вступают пары серы;
при соединении с ртутью выпадает осадок – реакция демеркуризации.

Сера проявляет себя как восстановитель, то есть отдает электроны в реакциях:

с кислородом при нагревании;
с галогенами – активнее всего реагирует с фтором. Для соединения с бромом, хлором необходимо нагревание. С йодом не взаимодействует;
с некоторыми кислотами – серной, азотной.

Сера принимает электроны, то есть ведет себя как окислитель, в реакциях:

с металлами (при обычной температуре или при нагревании);
с водородом при нагревании до 150-200 °C образуется сероводород;
с некоторыми неметаллами (с меньшим значением электроотрицательности – с углеродом, фосфором при отсутствии доступа воздуха);

Ни при каких условиях сера не реагирует с золотом, платиной, иридием, инертными газами.

Что касается соединений серы:

сероводород (S 2-) – сильный восстановитель в химических реакциях;
серная кислота и оксид серы SO₃ (S 6+) – сильные окислители;
оксид серы SO₂, сернистая кислота (S 4+) проявляют себя двояко в зависимости от свойств другого реагента.

Сера в природе

Элемент находится в природе в свободном виде или в виде сложных соединений:

сера самородная в свободном состоянии встречается на территории США, Италии, Средней Азии. Она находится в виде небольших вкраплений в других породах. Одна из теорий – вещество образуется из гипса, ангидрита (CaSO₄). Самое большое месторождение – остров Итуруп – порядка 4 227 тысяч тонн;
сероводород содержится в минеральных водах многих источников, в смеси вулканических газов;
в воде – от количества сульфат-ионов зависит ее жесткость;
элемент входит в состав аминокислот, поэтому при гниении белка образуется сероводород;
у человека и животных сера сконцентрирована в основном в волосах, шерсти;
в составе сульфидов – железный колчедан (FeS₂), киноварь (HgS), медный блеск (Cu₂S), цинковая обманка (ZnS);
кристаллогидрат сульфата кальция (CaSO₄*H₂O) – гипс;
элемент присутствует в нефти, природном газе (сероводород, сернистый ангидрид), угле, сланцах.

Применение

Сера используется во многих отраслях:

в агропромышленности гранулированная сера используется в качестве удобрения. Она стимулирует реакции фотосинтеза, губительно действует на вредителей, грибы;
в косметологии, медицине, фармацевтике – мази с антипаразитарным, противомикробным, противогрибковым действием;
в травматологии, хирургии – гипс для фиксации конечностей при переломах;
в животноводстве, пчеловодстве порошок используют для борьбы с болезнями;
в нефтегазовой отрасли для очистки от примесей серы. Если она оседает на стенках трубопровода, оборудование быстро выходит из строя;
легкая промышленность – изготовление тканей, целлюлозы;
химическая отрасль – делают резину;
используют при изготовлении оптики, люминофоров;
входит в состав моющих средств, дорожного покрытия – сероасфальт, серобетон;
производство спичек, бенгальских огней, пиротехнических смесей, черного пороха;
в виде серной кислоты – очищает топливо от масляных примесей;
серная кислота хорошо вбирает водяные пары, поэтому играет роль осушителя – используют для предотвращения образования инея на окнах при минусовой температуре;
из серного ангидрида получают серную кислоту;
сульфиды используют для получения металлов.

Этим перечнем не исчерпывается область применение серы.

Сера – одно из самых распространенных веществ на Земле. Элемент очень важен как для промышленности, так и для самого человека. Его добывают практически на всех континентах. Широко используют в медицине, агропромышленности, нефтегазовой отрасли и прочих.

Какие интересные факты о сере вы еще знаете? Оставьте комментарий, в какой отрасли вы сталкивались с этим элементом. Поделитесь с друзьями статьей, сохраните ее в закладках, чтобы при необходимости можно было к ней вернуться.

Сера: химические свойства, аллотропия и её соединения. Об этом в видео ниже.