Фізичні і хімічні властивості сірки

Сірка - досить поширений в природі хімічний елемент (шістнадцятий за вмістом у земній корі і шостий - у природних водах). Зустрічаються як самородна сірка (вільний стан елемента) так і її сполуки.

Сірка в природі

У числі найважливіших природних мінералів сірки можна назвати залізний колчедан, сфалерит, галеніт, кіновар, антимоніт. У Світовому океані міститься в основному у вигляді сульфатів кальцію, магнію і натрію, що обумовлюють жорсткість природних вод.

Як отримують сірку?

Видобуток сірчаних руд проводиться різними методами. Основним способом отримання сірки є її виплавка безпосередньо в місцях залягання.

Відкритий спосіб видобутку передбачає використання екскаваторів, що знімають породні пласти, які покривають сірчану руду. Після дроблення пластів руди вибухами їх направляють на сіркоплавильний завод.

У промисловості сірку отримують як побічний продукт процесів в печах для плавки, при нафтопереробці. У великих кількостях вона присутня в природному газі (у вигляді сірчистого ангідриду чи сірководню), при видобутку якого відкладається на стінках застосовуваного устаткування. Уловлену з газу мелкодисперсную сірку використовують у хімічній промисловості в якості сировини для виробництва різної продукції.

Дана речовина можна отримувати і з природного сірчистого газу. Для цього використовується метод Клауса. Він полягає в застосуванні «сірчаних ям», в яких відбувається дегазація сірки. Результатом є модифікована сірка, широко використовується у виробництві асфальту.

Основні аллотропические модифікації сірки

Сере притаманна аллотропия. Відомо велика кількість алотропічних модифікацій. Найбільш відомими є ромбічна (кристалічна), моноклинная (голчаста) і пластична сірка. Перші дві модифікації є стійкими, третя при затвердінні перетворюється на ромбічну.

Фізичні властивості, що характеризують сірку

Молекули ромбічної (alpha - S) і моноклінної (beta - S) модифікацій містять по 8 атомів сірки, які з`єднані в замкнутий цикл одинарними ковалентними зв`язками.

У звичайних умовах сірка має ромбічну модифікацію. Являє собою жовте тверда кристалічна речовина з густиною 2,07 г / см³. Плавиться при 113 ° C. Щільність моноклінної сірки становить 1,96 г / см³, температура її плавлення дорівнює 119,3 ° C.

При плавленні сірка збільшується в об`ємі і стає жовтою рідиною, яка буріє при температурі 160 ° C і перетворюється на в`язку темно-коричневу масу при досягненні близько 190 ° C. При температурах, що перевищують це значення, в`язкість сірки зменшується. При близько 300 ° C вона знову переходить в рідкий текучий стан. Це пояснюється тим, що в процесі нагрівання сірка полімеризується, з підвищенням температури збільшуючи довжину ланцюжка. А при досягненні температурного значення понад 190 ° C спостерігається руйнування полімерних ланок.

При охолодженні розплаву сірки природним шляхом в циліндричних тиглях утворюється так звана комовая сірка - ромбічні кристали великих розмірів, мають спотворену форму у вигляді октаедрів з частково «зрізаними» гранями або кутами.

Якщо розплавлена речовина піддати різкому охолодженню (наприклад, за допомогою холодної води), то можна отримати пластичну сірку, що представляє собою пружну каучукоподобную масу коричневого або темно-червоного кольору з щільністю 2,046 г / см³. Дана модифікація, на відміну від ромбічної і моноклінної, є нестійкою. Поступово (протягом декількох годин) вона змінює забарвлення на жовту, стає крихкою і перетворюється на ромбічну.

При заморожуванні парів сірки (сильно нагрітих) рідким азотом утворюється її пурпурна модифікація, яка є стійкою при температурах нижче мінус 80 ° C.

У водному середовищі сірка практично не розчиняється. Однак характеризується хорошою розчинність в органічних розчинниках. Погано проводить електрику і тепло.

Температура кипіння сірки дорівнює 444,6 ° C. Процес кипіння супроводжується виділенням оранжево-жовтих парів, що складаються переважно з молекул S₈, які при подальшому нагріванні диссоциируют, в результаті чого утворюються рівноважні форми S₆, S₄ і S₂. Далі при нагріванні відбувається розпад великих молекул, і при температурі вище 900 градусів пари складаються практично тільки з молекул S_2, диссоциирующих на атоми при 1500 ° С.

Якими хімічними властивостями володіє сірка?

Сірка є типовим неметалом. Хімічно активна. Окислювально-відновні властивості сірки проявляються по відношенню до безлічі елементів. При нагріванні легко з`єднується практично з усіма елементами, що пояснює її обов`язкова присутність у металевих рудах. Виняток становлять Pt, Au, I₂, N₂ і інертні гази. Ступені окислення, які проявляє сірка у з`єднаннях, -2, +4, +6.

Властивості сірки і кисню обумовлюють горіння її на повітрі. Результатом такої взаємодії є утворення сірчистого (SO₂) І сірчаного (SO₃) Ангідридів, що використовуються для отримання сірчистої та сірчаної кислот.

При кімнатній температурі відновні властивості сірки виявляються тільки відносно фтору, в реакції з яким утворюється гексафторид сірки:

• S + 3F₂ = SF₆.

При нагріванні (у вигляді розплаву) взаємодіє з хлором, фосфором, кремнієм, вуглецем. У результаті реакцій з воднем крім сірчистого водню утворює сульфани, об`єднані загальною формулою H₂S_Х.

Окисні властивості сірки спостерігаються при взаємодії з металами. У деяких випадках можна спостерігати досить бурхливі реакції. У результаті взаємодії з металами утворюються сульфіди (сірчисті з`єднання) і полісульфіди (багатосірнисті метали).

При тривалому нагріванні вступає в реакції з концентрованими кислотами-окислювачами, окислюючись при цьому.

Далі розглянемо основні властивості сполук сірки.

Діоксид сірки

Оксид сірки (IV), званий також діоксидом сірки і ангідридом сірчистим, являє собою газ (безбарвний) з різким задушливим запахом. Має властивість скраплюватися під тиском при кімнатній температурі. SO₂ є кислотним оксидом. Характеризується хорошою розчинність у воді. При цьому утворюється слабка, нестійка сірчиста кислота, існуюча тільки у водному розчині. У результаті взаємодії сірчистого ангідриду з лугами утворюються сульфіти.

Відрізняється досить високою хімічною активністю. Найбільш яскраво вираженими є відновлювальні хімічні властивості оксиду сірки (IV). Такі реакції супроводжуються підвищенням ступеня окислення сірки.

Окислювальні хімічні властивості оксиду сірки проявляються в присутності сильних відновників (наприклад, оксиду вуглецю).

Триоксид сірки

Триоксид сірки (ангідрид сірчаний) - вищий оксид сірки (VI). У звичайних умовах являє собою безбарвну легколетучую рідина, що характеризується задушливим запахом. Має властивість застигати при температурних значеннях нижче 16,9 градуса. При цьому утворюється суміш різних кристалічних модифікацій твердого триоксиду сірки. Високі гігроскопічні властивості оксиду сірки обумовлюють його "димлення" в умовах вологого повітря. В результаті утворюються крапельки сірчаної кислоти.

Сірководень

Сірководень є бінарним хімічною сполукою водню і сірки. H₂S - це отруйний безбарвний газ, характерними особливостями якого є солодкуватий смак і запах протухлих яєць. Плавиться при температурі мінус 86 ° С, кипить при мінус 60 ° С. Нестійкий термічно. При температурних значеннях вище 400 ° С відбувається розкладання сірчистого водню на S і H_2. Характеризується хорошою розчинність в етанолі. У воді розчиняється погано. У результаті розчинення у воді утворюється слабка сірководнева кислота. Сірководень є сильним відновником.

Горюча. При його горінні в повітрі можна спостерігати синє полум`я. У великих концентраціях здатний вступати в реакції з багатьма металами.

Сірчана кислота

Сірчана кислота (H₂SO₄) Може бути різної концентрації і чистоти. У безводному стані є безбарвною маслянистою рідиною, що не має запаху.

Значення температури, при якому речовина плавиться, становить 10 ° С. Температура кипіння дорівнює 296 ° С. У воді розчиняється добре. При розчиненні сірчаної кислоти утворюються гідрати, при цьому виділяється велика кількість теплоти. Температура кипіння всіх водних розчинів при тиску 760 мм рт. ст. перевищує 100 ° С. Підвищення точки кипіння відбувається зі збільшенням концентрації кислоти.

Кислотні властивості речовини проявляються при взаємодії з основними оксидами і підставами. H₂SO₄ є двухосновной кислотою, за рахунок чого може утворювати як сульфати (середні солі), так і гидросульфати (кислі солі), більшість з яких розчинні у воді.

Найбільш яскраво властивості сірчаної кислоти проявляються в окисно-відновних реакціях. Це пояснюється тим, що у складі H₂SO₄ у сірки найвищий рівень окислення (+6). Як приклад прояви окисних властивостей сірчаної кислоти можна навести реакцію з міддю:

• Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + 2H₂O + SO₂.

Сірка: корисні властивості

Сірка є мікроелементом, необхідним для живих організмів. Є складовою частиною амінокислот (метіоніну і цистеїну), ферментів і вітамінів. Даний елемент бере участь в утворенні третинної структури білка. Кількість хімічно зв`язаної сірки, що міститься в білках, становить за масою від 0,8 до 2,4%. Зміст елемента в організмі людини становить близько 2 грамів на 1 кг ваги (тобто приблизно 0,2% становить сірка).

Корисні властивості мікроелемента важко переоцінити. Захищаючи протоплазму крові, сірка є активним помічником організму в боротьбі з шкідливими бактеріями. Від її кількості залежить згортання крові, тобто елемент допомагає підтримувати її достатній рівень. Також сірка грає не останню роль у підтримці нормальних значень концентрації жовчі, що виробляється організмом.

Часто її називають «мінералом краси», оскільки вона просто необхідна для збереження здоров`я шкіри, нігтів і волосся. Сере притаманна здатність охороняти організм від різних видів негативного впливу навколишнього середовища. Це сприяє уповільненню процесів старіння. Сірка очищає організм від токсинів і захищає від радіації, що особливо актуально в даний час, враховуючи сучасну екологічну обстановку.

Недостатня кількість мікроелемента в організмі може призвести до поганого виведенню шлаків, зниження імунітету і життєвого тонусу.

Сірка - учасниця бактеріального фотосинтезу. Вона є складовою бактериохлорофилла, а сірчистий водень - джерелом водню.

Сірка: властивості та застосування в промисловості

Найбільш широко сірка використовується для виробництва сірчаної кислоти. Також властивості даної речовини дозволяють застосовувати його для вулканізації каучуку, в якості фунгіциду в сільському господарстві і навіть лікарського препарату (колоїдна сірка). Крім того, сірку використовують для виробництва сірників і піротехнічних складів, вона входить до складу серобітумних композицій для виготовлення сероасфальта.