Сера имеет три аллотропные модификации называемые. Урок: "Сера

Положение кислорода и серы в периодической системе химических элементов, строение их атомов. Озон – аллотропная модификация кислорода

ПОДГРУППА КИСЛОРОДА (ХАЛЬКОГЕНЫ) В подгруппу кислорода входят элементы: кислород, сера, селен, теллур, полоний. ХАЛЬКОГЕНЫ В ПРИРОДЕ Положение в таблице Свойства элементов VI-A подгруппы. Кислород и сера имеют одинаковое строение внешнего энергетического уровня –ns 2 np 4 , где n – номер периода. Кислород O 2 (К.В. Шееле 1772 г., Дж. Пристли 1774 г.) Самый распространенный элемент на Земле в воздухе - 21% по объему; в земной коре - 49% по массе; в гидросфере - 89% по массе; в составе живых организмов-- до 65% по массе.

АЛЛОТРОПИЯ КИСЛОРОДА

Строение атома

Химические свойства

Взаимодействие веществ с кислородом называется окислением .

С кислородом реагируют все элементы, кроме Au, Pt, He, Ne и Ar, во всех реакциях (кроме взаимодействия со фтором) кислород - окислитель.

С неметаллами

S + O 2 → SO 2

2H 2 + O 2 → 2H 2 O

С металлами

2Mg + O 2 → 2MgO

2Cu + O 2 →2CuO (при нагревании)

Со сложными веществами

4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2H 2 S + 3O 2 → 2SO 2 + 2H 2 O

CH 4 + 2O 2 →CO 2 + 2H 2 O

Горение в кислороде

2. Действием серной кислоты на пероксид бария

3BaO 2 + 3H 2 SO 4 → 3BaSO 4 + 3H 2 O + O 3 ­

Получение и обнаружение озона

Химические свойства

Озон химически активнее кислорода. Активность озона объясняется тем, что при его разложении образуется молекула кислорода и атомарный кислород, который активно реагирует с другими веществами.

O 3 → O 2 + O (озон неустойчив)

Например, озон легко реагирует с серебром, тогда как кислород не соединяется с ним даже при нагревании:

6Ag + O 3 → 3Ag 2 O

Т. е. озон - сильный окислитель:

2KI + O 3 + H 2 O → 2KOH + I 2 + O 2

Озон в природе

Обесцвечивает красящие вещества, отражает УФ - лучи, уничтожает микроорганизмы. Озон является постоянным компонентом атмосферы Земли и играет важную роль для поддержания на ней жизни. В приземных слоях земной атмосферы концентрация озона чрезвычайно мала и составляет величину порядка 10-7 - 10-6%. Однако с увеличением высоты концентрация озона резко возрастает, проходя через максимум на высоте 20-30 км. Общее содержание озона в атмосфере может быть охарактеризовано слоем озона, приведённого к нормальным условиям (0°С, 1 атм ), и составляет толщину около 0,4-0,6 см. Общее содержание озона в атмосфере переменное, и колеблется в зависимости от времени года и географической широты. Как правило, концентрация озона больше в высоких широтах и максимальна весной, а минимальна осенью. Известно, что атмосферный озон играет ключевую роль для поддержания жизни на земле, выступая в качестве защитной составляющей для живых организмов от жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца. С другой стороны, озон является весьма эффективным парниковым газом, и, поглощая инфракрасное излучение поверхности Земли, препятствует её охлаждению. Установлено, что нахождение и перемещение масс озона в атмосфере Земли существенно влияет на метеорологическую обстановку на планете.

Применение озона обусловлено его свойствами

1. сильного окисляющего агента:

· для стерилизации изделий медицинского назначения

· при получении многих веществ в лабораторной и промышленной практике

· для отбеливания бумаги

· для очистки масел

2. сильного дезинфицирующего средства:

· для очистки воды и воздуха от микроорганизмов (озонирование)

· для дезинфекции помещений и одежды

Одним из существенных достоинств озонирования, по сравнению с хлорированием, является отсутствие токсинов после обработки. Тогда как при хлорировании возможно образование существенного количества токсинов и ядов, например, диоксина.

Сера. Аллотропия серы. Физические и химические свойства серы. Применение

СЕРА S Cера в природе Самородная сера Украина, Поволжье, Центральная Азия и др Сульфиды PbS - свинцовый блеск Cu 2 S – медный блеск ZnS – цинковая обманка FeS 2 – пирит, серный колчедан, кошачье золото H 2 S – сероводород (в минеральных источниках и природном газе) Белки Волосы, кожные покровы, ногти… Сульфаты CaSO 4 x 2H 2 O - гипс MgSO 4 x 7H 2 O – горькая соль (английская) Na 2 SO 4 x 10H 2 O – глауберова соль (мирабилит) Физические свойства Твердое кристаллическое вещество желтого цвета, нерастворима в воде, водой не смачивается (плавает на поверхности), t° кип = 445°С Аллотропия Для серы характерны несколько аллотропных модификаций: Взаимопревращение аллотропных модификаций серы

Строение атома серы

Размещение электронов по уровням и подуровням

Получение серы

1. Промышленный метод - выплавление из руды с помощью водяного пара.

2. Неполное окисление сероводорода (при недостатке кислорода).

2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O

3. Реакция Вакенродера

2H 2 S + SO 2 = 3S + 2H 2 O

Химические свойства серы

Аллотропия (от др.-греч. αλλος «другой», τροπος «поворот, свойство») существование одного и того же химического элемента в виде двух и более простых веществ, различных по строению и свойствам: так называемых аллотропических модификаций или аллотропических форм.

Сера имеет три аллотропных модификации Ромбическа я Ромбическа я Пластическая Моноклинная При комнатной температуре устойчива ромбическая сера. При нагревании она плавится, превращаясь в желтую легкоподвижную жидкость, при дальнейшем нагревании жидкость загустевает, так как в ней образуются длинные полимерные цепочки. При медленном охлаждении расплава образуются темно- желтые игольчатые кристаллы моноклинной серы, а если вылить расплавленную серу в холодную воду, получится пластическая сера – резиноподобная структура, состоящая из полимерных цепочек. Пластическая и моноклинная сера неустойчивы и самопроизвольно превращаются в ромбическую.

Ромбическая модификация серы Молекула S 8 имеет форму короны, длины всех связей – S – S – равны 0,206 нм и углы близки к тетраэдрическим 108°. В ромбической сере наименьший элементарный объем имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Ромбическая сера - жёлтого цвета. Кристалл ромбической серы

Моноклинная модификация серы Моноклинная сера плавится при 119, 3 С. Расплавленная сера состоит главным образом из циклических молекул S8 и представляет собой подвижную желтую жидкость. При нагревании расплава до температур выше 160 С циклы S8 размыкаются, образуя длинные многоатомные цепи, расплав постепенно теряет текучесть и меняет цвет: из желтого становится темно-коричневым. При температурах выше 187 С цепи разрываются и укорачиваются, вязкость расплавленной серы уменьшается. Моноклиническая сера- бледно-жёлтого цвета.

Пластическая модификация серы Если расплавленную серу вылить в холодную воду, образуется похожая на резину коричневая масса. Это третья аллотропная модификация серы - пластическая сера. Она состоит из нерегулярно расположенных зигзагообразных цепочек S n, где n достигает нескольких тысяч. Она неустойчива и через некоторое время станет хрупкой, приобретёт жёлтый цвет, т.е. постепенно будет превращаться в ромбическую.

Сера - довольно распространенный в природе химический элемент (шестнадцатый по содержанию в земной коре и шестой - в природных водах). Встречаются как самородная сера (свободное состояние элемента) так и ее соединения.

Сера в природе

В числе важнейших природных можно назвать железный колчедан, сфалерит, галенит, киноварь, антимонит. В Мировом океане содержится в основном в виде магния и натрия, обуславливающих жесткость природных вод.

Как получают серу?

Добыча серных руд производится разными методами. Основным способом получения серы является ее выплавка непосредственно в местах залегания.

Открытый способ добычи предусматривает использование экскаваторов, снимающих породные пласты, которые покрывают серную руду. После дробления пластов руды взрывами их направляют на сероплавильный завод.

В промышленности серу получают как побочный продукт процессов в печах для плавки, при нефтепереработке. В больших количествах она присутствует в природном газе (в виде сернистого ангидрида или сероводорода), при добыче которого откладывается на стенках применяемого оборудования. Уловленную из газа мелкодисперсную серу используют в химической промышленности в качестве сырья для производства различной продукции.

Данное вещество можно получать и из природного сернистого газа. Для этого используется метод Клауса. Он заключается в применении «серных ям», в которых происходит дегазация серы. Результатом является модифицированная сера, широко использующаяся в производстве асфальта.

Основные аллотропические модификации серы

Сере присуща аллотропия. Известно большое количество аллотропических модификаций. Наиболее известными являются ромбическая (кристаллическая), моноклинная (игольчатая) и пластическая сера. Первые две модификации являются устойчивыми, третья при затвердевании превращается в ромбическую.

Физические свойства, характеризующие серу

Молекулы ромбической (α-S) и моноклинной (β-S) модификаций содержат по 8 атомов серы, которые соединены в замкнутый цикл одинарными ковалентными связями.

В обычных условиях сера имеет ромбическую модификацию. Представляет собой желтое твердое кристаллическое вещество с плотностью 2,07 г/см 3 . Плавится при 113 °C. Плотность моноклинной серы составляет 1,96 г/см 3 , температура ее плавления равна 119,3 °C.

При плавлении сера увеличивается в объеме и становится желтой жидкостью, которая буреет при температуре 160 °C и превращается в вязкую темно-коричневую массу при достижении около 190 °C. При температурах, превышающих это значение, вязкость серы уменьшается. При около 300 °C она снова переходит в жидкое текучее состояние. Это объясняется тем, что в процессе нагревания сера полимеризуется, с повышением температуры увеличивая длину цепочки. А при достижении температурного значения свыше 190 °C наблюдается разрушение полимерных звеньев.

При охлаждении расплава серы естественным путем в цилиндрических тиглях образуется так называемая комовая сера - ромбические кристаллы крупных размеров, имеющие искаженную форму в виде октаэдров с частично «срезанными» гранями или углами.

Если расплавленное вещество подвергнуть резкому охлаждению (к примеру, при помощи холодной воды), то можно получить пластическую серу, представляющую собой упругую каучукоподобную массу коричневатого или темно-красного цвета с плотностью 2,046 г/см 3 . Данная модификация, в отличие от ромбической и моноклинной, является неустойчивой. Постепенно (в течение нескольких часов) она меняет окраску на желтую, становится хрупкой и превращается в ромбическую.

При замораживании паров серы (сильно нагретых) жидким азотом образуется ее пурпурная модификация, которая является устойчивой при температурах ниже минус 80 °C.

В водной среде сера практически не растворяется. Однако характеризуется хорошей растворимостью в органических растворителях. Плохо проводит электричество и тепло.

Температура кипения серы равна 444,6 °C. Процесс кипения сопровождается выделением оранжево-желтых паров, состоящих преимущественно из молекул S 8 , которые при последующем нагревании диссоциируют, в результате чего образуются равновесные формы S 6 , S 4 и S 2 . Далее при нагревании происходит распад крупных молекул, и при температуре выше 900 градусов пары состоят практически только из молекул S 2, диссоциирующих на атомы при 1500 °С.

Какими химическими свойствами обладает сера?

Сера является типичным неметаллом. Химически активна. Окислительно- восстановительные свойства серы проявляются по отношению к множеству элементов. При нагревании легко соединяется практически со всеми элементами, что объясняет ее обязательное присутствие в металлических рудах. Исключение составляют Pt, Au, I 2 , N 2 и инертные газы. Степени окисления, которые проявляет сера в соединениях, -2, +4, +6.

Свойства серы и кислорода обуславливают горение ее на воздухе. Результатом такого взаимодействия является образование сернистого (SO 2) и серного (SO 3) ангидридов, использующихся для получения сернистой и серной кислот.

При комнатной температуре восстановительные свойства серы проявляются только в отношении фтора, в реакции с которым образуется :

• S + 3F 2 = SF 6 .

При нагревании (в виде расплава) взаимодействует с хлором, фосфором, кремнием, углеродом. В результате реакций с водородом кроме сернистого водорода образует сульфаны, объединенные общей формулой H 2 S Х.

Окислительные свойства серы наблюдаются при взаимодействии с металлами. В некоторых случаях можно наблюдать довольно бурные реакции. В результате взаимодействия с металлами образуются соединения) и полисульфиды (многосернистые металлы).

При длительном нагревании вступает в реакции с концентрированными кислотами-окислителями, окисляясь при этом.

Диоксид серы

Оксид серы (IV), называемый также диоксидом серы и ангидридом сернистым, представляет собой газ (бесцветный) с резким удушающим запахом. Имеет свойство сжижаться под давлением при комнатной температуре. SO 2 является кислотным оксидом. Характеризуется хорошей растворимостью в воде. При этом образуется слабая, неустойчивая сернистая кислота, существующая только в водном растворе. В результате взаимодействия сернистого ангидрида со щелочами образуются сульфиты.

Отличается довольно высокой химической активностью. Наиболее ярко выраженными являются восстановительные химические свойства оксида серы (IV). Такие реакции сопровождаются повышением степени окисления серы.

Окислительные химические свойства оксида серы проявляются в присутствии сильных восстановителей (например, оксида углерода).

Триоксид серы

Триоксид серы (ангидрид серный) - серы (VI). В обычных условиях представляет собой бесцветную легколетучую жидкость, характеризующуюся удушающим запахом. Имеет свойство застывать при температурных значениях ниже 16,9 градуса. При этом образуется смесь разных кристаллических модификаций твердого триоксида серы. Высокие гигроскопические свойства оксида серы обуславливают его "дымление" в условиях влажного воздуха. В результате образуются капельки серной кислоты.

Сероводород

Сероводород является бинарным химическим соединением водорода и серы. H 2 S - это ядовитый бесцветный газ, характерными особенностями которого являются сладковатый вкус и запах протухших яиц. Плавится при температуре минус 86 °С, кипит при минус 60 °С. Неустойчив термически. При температурных значениях выше 400 °С происходит разложение сернистого водорода на S и H 2 . Характеризуется хорошей растворимостью в этаноле. В воде растворяется плохо. В результате растворения в воде образуется слабая сероводородная кислота. Сероводород является сильным восстановителем.

Огнеопасен. При его горении в воздухе можно наблюдать синее пламя. В больших концентрациях способен вступать в реакции со многими металлами.

Серная кислота

Серная кислота (H 2 SO 4) может быть разной концентрации и чистоты. В безводном состоянии является бесцветной маслянистой жидкостью, не имеющей запаха.

Значение температуры, при котором вещество плавится, составляет 10 °С. Температура кипения равна 296 °С. В воде растворяется хорошо. При растворении серной кислоты образуются гидраты, при этом выделяется большое количество теплоты. Температура кипения всех водных растворов при давлении 760 мм рт. ст. превышает 100 °С. Повышение точки кипения происходит с увеличением концентрации кислоты.

Кислотные свойства вещества проявляются при взаимодействии с и основаниями. H 2 SO 4 является двухосновной кислотой, за счет чего может образовывать как сульфаты (средние соли), так и гидросульфаты (кислые соли), большинство из которых растворимы в воде.

Наиболее ярко свойства серной кислоты проявляются в окислительно-восстановительных реакциях. Это объясняется тем, что в составе H 2 SO 4 у серы высшая степень окисления (+6). В качестве примера проявления окислительных свойств серной кислоты можно привести реакцию с медью:

• Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + 2H 2 O + SO 2 .

Сера: полезные свойства

Сера является микроэлементом, необходимым для живых организмов. Является составной частью аминокислот (метионина и цистеина), ферментов и витаминов. Данный элемент принимает участие в образовании третичной структуры белка. Количество химически связанной серы, содержащейся в белках, составляет по массе от 0,8 до 2,4%. Содержание элемента в организме человека составляет около 2 граммов на 1 кг веса (то есть примерно 0,2% составляет сера).

Полезные свойства микроэлемента трудно переоценить. Защищая протоплазму крови, сера является активным помощником организма в борьбе с вредными бактериями. От ее количества зависит свертываемость крови, то есть элемент помогает поддерживать ее достаточный уровень. Также сера играет не последнюю роль в поддержании нормальных значений концентрации желчи, вырабатываемой организмом.

Часто ее называют «минералом красоты», поскольку она просто необходима для сохранения здоровья кожи, ногтей и волос. Сере присуща способность предохранять организм от различных видов негативного воздействия окружающей среды. Это способствует замедлению процессов старения. Сера очищает организм от токсинов и защищает от радиации, что особенно актуально в настоящее время, учитывая современную экологическую обстановку.

Недостаточное количество микроэлемента в организме может привести к плохому выведению шлаков, снижению иммунитета и жизненного тонуса.

Сера - участница бактериального фотосинтеза. Она является составляющей бактериохлорофилла, а сернистый водород - источником водорода.

Сера: свойства и применение в промышленности

Наиболее широко сера используется для Также свойства данного вещества позволяют применять его для вулканизации каучука, в качестве фунгицида в сельском хозяйстве и даже лекарственного препарата (коллоидная сера). Кроме того, серу используют для производства спичек и она входит в состав серобитумных композиций для изготовления сероасфальта.

Распространенность в природе

Место серы в Периодической системе химических элементов Менделœеева

Историческая справка

Сера

Тема. Сера, азот, фосфор, углерод, кремний, их соединœения, применение

Лекция 4

Сера – одно из немногих веществ, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ было известно с древнейших времен, её использовали первые химики. Одна из причин известности серы – распространенность самородной серы в странах древнейших цивилизаций. Её разрабатывали греки и римляне, производство серы значительно увеличилось после изобретения пороха.

Сера расположена в 16 группе Периодической системы химических элементов Менделœеева.

На внешнем энергетическом уровне атома серы содержится 6 электронов, которые имеют электронную конфигурацию 3s 2 3p 4 . В соединœениях с металлами сера проявляет отрицательную степень окисления элементов -2, в соединœениях с кислородом и другими активными неметаллами – положительные +2, +4, +6. Сера – типичный неметалл, исходя из типа превращения должна быть окислителœем и восстановителœем.

Сера довольно широко распространена в природе. Её содержание в земной коре составляет 0,0048 %.Значительная часть серы встречается в самородном состоянии.

Также сера встречается в форме сульфидов: пирит, халькопирит и сульфатов: гипс, целœестин и барит.

Много соединœений серы содержится в нефти (тиофен C 4 H 4 S, органические сульфиды) и нефтяных газах (сероводород).

Существование аллотропных модификаций серы связано с её способностью образовывать устойчивые гомоцепи – S – S –. Устойчивость цепей объясняется тем, что связи – S – S – оказываются прочнее, чем связь в молекуле S 2 . Гомоцепи серы имеют зигзагообразную форму, поскольку в их образовании принимают участие электроны взаимно перпендикулярных р-орбиталей.

Существует три аллотропные модификации серы: ромбическая, моноклинная и пластическая. Ромбическая и моноклинная модификации построены из циклических молекул S 8 , размещенных по узлам ромбической и моноклинной решеток.

Молекула S 8 имеет форму короны, длины всœех связей – S – S – равны 0,206 нм и углы близки к тетраэдрическим 108°.

В ромбической сере наименьший элементарный объём имеет форму прямоугольного параллелœепипеда, а в случае моноклинной серы элементарный объём выделяется в виде скошенного параллелœепипеда.

Кристалл ромбической серы Кристалл моноклинной серы

Пластическая модификация серы образована спиральными цепями из атомов серы с левой и правой осями вращения. Эти цепочки скручены и вытянуты в одном направлении.

При комнатной температуре устойчива ромбическая сера. При нагревании она плавится, превращаясь в желтую легкоподвижную жидкость, при дальнейшем нагревании жидкость загустевает, так как в ней образуются длинные полимерные цепочки. При медленном охлаждении расплава образуются темно-желтые игольчатые кристаллы моноклинной серы, а если вылить расплавленную серу в холодную воду, получится пластическая сера – резиноподобная структура, состоящая из полимерных цепочек. Пластическая и моноклинная сера неустойчивы и самопроизвольно превращаются в ромбическую.

Аллотропные модификации серы - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Аллотропные модификации серы" 2017, 2018.

Способность химического элемента существовать в виде двух или нескольких простых веществ, отличающихся лишь числом атомов в молекуле, либо строением. Углерод

Признаки	Алмаз (С)	Графит (С)
Состав молекулы	атомы углерода	атомы углерода
	Прозрачный	Серо-чёрное вещество, с металлическим блеском, жирное на ощупь
Агрегатное состояние	Очень твёрдый
Теплопроводность и электропроводность	Не проводит тепло и электричество	Проводит тепло и электричество
Тип кристаллической решётки

Аллотропия углерода обусловлена различным расположением атомов в кристаллической решётке

Алмаз и графит-атомная кристаллическая решётка, Фулерен-молекулярная (С 60)

Кислород существует в виде двух аллотропных модификаций –O 2 и О 3

Вещество, формула которого O2, встречается в атмосфере, гидросфере, земной коре и живых организмах. Около 20% атмосферы образовано двухатомными молекулами кислорода. В стратосфере на высоте примерно 12–50 км от земной поверхности находится слой, получивший название «озоновый экран». Его состав отражает формула O3. Озон защищает нашу планету, интенсивно поглощая опасные лучи красного и ультрафиолетового спектра Солнца.

Сравнение кислорода и озона

Признаки	Кислород	Озон
Состав молекулы	2 атома кислорода	3 атома кислорода
Строение
Агрегатное состояние и цвет	Бесцветный прозрачный газ либо бледно-голубая жидкость	Голубой газ, жидкость синего цвета, темно-фиолетовое твердое вещество
	Отсутствует	Острый, напоминающий о грозе, свежескошенном сене
Температура плавления (°С)
Точка кипения (°С)
Плотность (г/л)
Растворимость в воде	Мало растворяется	Лучше, чем у кислорода
Химическая активность	При обычных условиях стабилен	Легко разлагается с образованием кислорода
Тип кристаллической решётки	Молекулярная	Молекулярная

Аллотропия кислорода и озона обусловлена различным числом кислорода в молекулах веществ.

Аллотропия кислорода

Кислород О 2	Озон О 3
Физические свойства
Кислород - один из самых часто встречающихся элементов в природе, в атмосфере на его долю приходится 21%. Он поддерживает жизнь на планете и делает возможным горение. Самый распространенный элемент на Земле, является компонентом большинства горных пород и минералов. Более 60% массы человеческого тела приходится на кислород. Бесцветный, не обладающий запахом газ - кислород, плохо растворим в воде и немного тяжелее воздуха. При охлаждении до -183С кислород становится прозрачной голубоватой жидкостью с плотностью, превышающей плотность воды.	Озон О 3 находится в стратосфере на высоте 25-50 километров, образуя озоновый слой. Озон образуется при разложении кислорода под воздействием ультрафиолетовых солнечных лучей, а также при атмосферных разрядах. Свое название он получил благодаря сильному запаху (от греческого слова ozon– душистый). Это бледно-голубой нестабильный газ. Легко растворяется в воде, обладает бактерицидными свойствами и используется для дезинфекции воды и воздуха. В больших количествах озон опасен. Благодаря своей способности поглощать ультрафиолетовые лучи, озон защищает живые организмы – людей, животных и растения – от опасного УФ-излучения Солнца.

Аллатропия фосфора

Признаки	Красный фосфор(Р)	Белый фосфор(Р 4)
Состав вещества	атомы фосфора	Молекулы фосфора
	Кирпично-красный	Желтовато-воскообразное вещество
	Без запаха	Запах чеснока
Растворимость	Растворяется в воде и сероуглероде	Не растворяется в воде, хорошо растворяется в сероуглероде
Влияние на организм	Не ядовит	Ядовитое вещество
Свечение в темноте	Не светится	Светится
Химическая активность	Менее химически активен, горит при поджигании	Более химически активен, самовоспламеняется на воздухе
Тип кристаллической решётки		Молекулярная

Аллотропия фосфора обусловлена различной кристаллической решёткой

Аллатропия серы

Признаки	Сера ромбическая(S8)	Сера пластическая (S)
Состав вещества	Молекулы Серы	Атомы серы
		Тёмно-коричневый
	Без запаха	Без запаха
Агрегатное состояние		Тянется как резина
Температура плавления	Легкоплавкая, +112,8 0 С.	Плавится хуже, +444,6 0 С
Тип кристаллической решётки	Молекулярная

Аллотропия серы обусловлена различной кристаллической решёткой

ромбическая , моноклинная и пластическая .