Характеристика аллотропных модификаций серы. Аллотропные модификации серы. Как получают серу
Сера расположена в VIа группе Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
На внешнем энергетическом уровне серы содержится 6 электронов, которые имеют 3s 2 3p 4 . В соединениях с металлами и водородом сера проявляет отрицательную степень окисления элементов -2, в соединениях с кислородом и другими активными неметаллами – положительные +2, +4, +6. Сера – типичный неметалл, в зависимости от типа превращения может быть окислителем и восстановителем.
Нахождение серы в природе
Сера встречается в свободном (самородном) состоянии и связанном виде.
Важнейшие природные соединения серы:
FeS 2 - железный колчедан или пирит,
ZnS - цинковая обманка или сфалерит (вюрцит),
PbS - свинцовый блеск или галенит,
HgS - киноварь,
Sb 2 S 3 - антимонит.
Кроме того, сера присутствует в нефти, природном угле, природных газах, в природных водах (в виде сульфат-иона и обуславливает «постоянную» жёсткость пресной воды). Жизненно важный элемент для высших организмов, составная часть многих белков, концентрируется в волосах.
Аллотропные модификации серы
Аллотропия
— это способность одного и того же элемента существовать в разных молекулярных формах (молекулы содержат разное количество атомов одного и того же элемента, например, О 2 и О 3 , S 2 и S 8 , Р 2 и Р 4 и т.д).
Сера отличается способностью образовывать устойчивые цепочки и циклы из атомов. Наиболее стабильны S 8 , образующие ромбическую и моноклинную серу. Это кристаллическая сера - хрупкое вещество жёлтого цвета.
Открытые цепи 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).
1) ромбическая — S 8
t°пл. = 113°C; r = 2,07 г/см 3
Наиболее устойчивая модификация.
2) моноклинная — темно-желтые иглы
t°пл. = 119°C; r = 1,96 г/см 3
Устойчивая при температуре более 96°С; при обычных условиях превращается в ромбическую.
3) пластическая — коричневая резиноподобная (аморфная) масса
Неустойчива, при затвердевании превращается в ромбическую
Получение серы
- Промышленный метод — выплавление из руды с помощью водяного пара.
- Неполное окисление сероводорода (при недостатке кислорода):
2H 2 S + O 2 → 2S + 2H 2 O
- Реакция Вакенродера:
2H 2 S + SO 2 → 3S + 2H 2 O
Химические свойства серы
Окислительные свойства серы
(S
0
+ 2ē
→ S
-2
)
1) Сера реагирует со щелочными без нагревания:
S + O 2 – t° → S +4 O 2
2S + 3O 2 – t °; pt → 2S +6 O 3
4) (кроме йода):
S + Cl 2 → S +2 Cl 2
S + 3F 2 → SF 6
Со сложными веществами:
5) c кислотами — окислителями:
S + 2H 2 SO 4 (конц) → 3S +4 O 2 + 2H 2 O
S + 6HNO 3 (конц) → H 2 S +6 O 4 + 6NO 2 + 2H 2 O
Реакции диспропорционирования:
6) 3S 0 + 6KOH → K 2 S +4 O 3 + 2K 2 S -2 + 3H 2 O
7) сера растворяется в концентрированном растворе сульфита натрия:
S 0 + Na 2 S +4 O 3 → Na 2 S 2 O 3 тиосульфат натрия
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 .
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 2 H 2 O - гипс
MgSO 4 x 7 H 2 O – горькая соль (английская)
Na 2 SO 4 x 10 H 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:
|
Ромбическая (a - сера) - S 8 t ° пл. = 113° C ; ρ = 2,07 г/см 3 . Наиболее устойчивая модификация. |
Моноклинная (b - сера) - S 8 темно-желтые иглы, t ° пл. = 119° C ; ρ = 1,96 г/см3. Устойчивая при температуре более96°С; при обычных условиях превращается в ромбическую. |
Пластическая S n коричневая резиноподобная (аморфная) масса.Неустойчива, при затвердевании превращается в ромбическую. |
|
|
|
|
c остальными металлами (кроме Au , Pt ) - при повышенной t ° : 2Al + 3S – t ° -> Al 2 S 3 Zn + S – t
°->
ZnS ОПЫТ Cu + S – t
°->
CuS ОПЫТ 2) С некоторыми неметаллами сера образует бинарные соединения: H 2 + S -> H 2 S 2P + 3S -> P 2 S 3 C + 2S -> CS 2 |
1) c кислородом: S + O 2 – t ° -> S +4 O 2 2S + 3O 2 – t ° ; pt -> 2S +6 O 3 2) c галогенами (кроме йода): S + Cl 2 -> S +2 Cl 2 3) c кислотами - окислителями: S + 2H 2 SO 4 (конц) -> 3S +4 O 2 + 2H 2 O S + 6HNO 3 (конц) -> H 2 S +6 O 4 + 6NO 2 + 2H 2 O Применение Вулканизация каучука, получение эбонита, производство спичек, пороха, в борьбе с вредителями сельского хозяйства, для медицинских целей (серные мази для лечения кожных заболеваний), для получения серной кислоты и т.д. Применение серы и её соединений ЗАДАНИЯ №1. Закончите уравнения реакций:S + O 2 S + Na S + H 2 Расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель, восстановитель. №2. Осуществите превращения по схеме: №3. Закончите уравнения реакций, укажите, какие свойства проявляет сера (окислителя или восстановителя):
Al + S =(при нагревании) S + H 2 = (150-200) S + O 2 = (при нагревании) S + F 2 = (при обычных условиях) S + H 2 SO 4 (к) = S + KOH = S + HNO 3 =Это интересно... Содержание серы в организме человека массой 70 кг - 140 г. В сутки человеку необходимо 1 г серы. Серой богаты горох, фасоль, овсяные хлопья, пшеница, мясо, рыба, плоды и сок манго. Сера входит в состав гормонов, витаминов, белков, она есть в хрящевой ткани, в волосах, ногтях. При недостатке серы в организме наблюдается хрупкость ногтей и костей, выпадение волос. Следите за своим здоровьем! Знаете ли вы... ·Соединения серы могут служить лекарственными препаратами ·Сера – основа мази для лечения грибковых заболеваний кожи, для борьбы с чесоткой. Тиосульфат натрия Na 2 S 2 O 3 используется для борьбы с нею ·Многие соли серной кислоты содержат кристаллизационную воду: ZnSO 4 ×7H 2 O и CuSO 4 ×5H 2 O. Их применяют как антисептические средства для опрыскивания растений и протравливания зерна в борьбе с вредителями сельского хозяйства ·Железный купорос FeSO 4 ×7H 2 O используют при анемии ·BaSO 4 применяют при рентгенографическом исследовании желудка и кишечника ·Алюмокалиевые квасцы KAI(SO 4) 2 ×12H 2 O - кровоостанавливающее средство при порезах ·Минерал Na 2 SO 4 ×10H 2 O носит название «глауберова соль» в честь открывшего его в VIII веке немецкого химика Глаубера И.Р. Глаубер во время своего путешествия внезапно заболел. Он ничего не мог есть, желудок отказывался принимать пищу. Один из местных жителей направил его к источнику. Как только он выпил горькую соленую воду, сразу стал есть. Глаубер исследовал эту воду, из нее выкристаллизовалась соль Na 2 SO 4 ×10H 2 O. Сейчас ее применяют как слабительное в медицине, при окраске хлопчато- бумажных тканей. Соль также находит применение в производстве стекла ·Тысячелистник обладает повышенной способностью извлекать из почвы серу и стимулировать поглощение этого элемента с соседними растениями ·Чеснок выделяет вещество – альбуцид, едкое соединение серы. Это вещество предотвращает раковые заболевания, замедляет старение, предупреждает сердечные заболевания. |
Сера - одно из немногих веществ, которое 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 Менделеева .
На внешнем энергетическом уровне атома серы содержится 6 электронов, которые имеют электронную конфигурацию 3s 2 3p 4 . В соединениях с металлами сера проявляет отрицательную степень окисления элементов -2, в соединениях с кислородом и другими активными неметаллами - положительные +2, +4, +6. Сера - типичный неметалл, в зависимости от типа превращения может быть окислителем и восстановителем.
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, целестин и барит.
Много соединений 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 всех связей - S - S - равны 0,206 нм и углы близки к тетраэдрическим 108°.
В ромбической сере наименьший элементарный объем имеет форму прямоугольного параллелепипеда, а в случае моноклинной серы элементарный объем выделяется в виде скошенного параллелепипеда.
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.
Аллотропией называют способность атомов одного элемента формировать разные типы простых веществ. Так образуются соединения, отличные друг от друга.
Аллотропные модификации являются стабильными. В условиях постоянного давления при определенной температуре эти вещества могут переходить одни в другие.
Аллотропные модификации могут образовываться из молекул, имеющих разное количество атомов. Например, элемент Кислород образует озон (О3) и собственно вещество кислород (О2).
Аллотропные модификации могут быть имеющими разное К таким соединениям можно отнести, например, алмаз и графит. Указанные вещества - аллотропные модификации углерода. Этот химический элемент может образовывать пять гексагональный и кубический алмаз, графит, карбин (в двух формах).
Гексагональный алмаз обнаружен в метеоритах и получен в лабораторных условиях при продолжительном нагревании под воздействием очень высокого давления.
Алмаз, как известно, является самым твердым из всех веществ, существующих в природе. Применяется он при бурении горных пород и резке стекла. Алмаз представляет собой бесцветное прозрачное которое обладает высокой светопреломляемостью. Кристаллы алмазов имеют кубическую гранецентрированную решетку. Половина атомов кристалла располагается в центрах граней и вершинах одного куба, а остальная половина атомов - в центрах граней и вершинах другого куба, который смещен относительно первого по направлению пространственной диагонали. Атомы формируют тетраэдрическую трехмерную сетку, в которой они имеют
Из всех простых веществ только в алмазе присутствует максимальное количество атомов, которые располагаются очень плотно. Поэтому соединение является очень прочным и твердым. Прочные связи в углеродных тетраэдрах обеспечивают высокую химическую стойкость. На алмаз может воздействовать только фтор или кислород при температуре восемьсот градусов.
Без доступа воздуха при сильном нагреве алмаз превращается в графит. Это вещество представлено кристаллами темно-серого имеет слабый металлический блеск. На ощупь вещество маслянистое. Графит устойчив к нагреванию, обладает сравнительно высокой тепло- и электропроводностью. Вещество применяют при изготовлении карандашей.
Карбин получают синтетическим путем. Это твердое вещество черного цвета со стеклянным блеском. Без доступа воздуха при нагревании карбин превращается в графит.
Существует еще одна форма углерода - аморфный неупорядоченную структуру получают при нагревании углеродосодержащих соединений. Большие залежи угля обнаруживаются в природных условиях. При этом вещество имеет несколько сортов. Уголь может быть представлен в виде сажи, костяного угля или кокса.
Как уже было указано, аллотропные модификации одного элемента характеризуются разной межатомной структурой. Кроме того, они наделены различными химическими и физическими свойствами.
Сера является еще одним элементом, способным к аллотропии. Это вещество применяется человеком с давних времен. Существуют разные аллотропные модификации серы. Наиболее популярной является ромбическая. Она представлена твердым веществом желтого цвета. Ромбическая сера не смачивается водой (плавает на поверхности). Это свойство применяется при добыче вещества. Ромбическая сера растворима в органических растворителях. Вещество обладает плохой электро- и теплопроводностью.
Кроме этого, существует пластическая и моноклинная сера. Первая представляет собой коричневую аморфную (похожую на резину) массу. Она образуется, если в холодную воду вылить расплавленную серу. Моноклинная представлена в виде темно-желтых игл. Под влиянием комнатной (или приближенной к ней) температуре обе эти модификации переходят в ромбическую серу.