при какой температуре горит сера
Сера (S)
Сера представляет собой химический элемент в группе кислорода. Горит в воздухе синим пламенем и выделяет едкий запах. Сера является важнейшим элементом для всех живых существ, она находится в аминокислотах и ферментах, играет важную роль в анаэробном производстве энергии.
Наиболее термодинамически стабильной модификацией серы при комнатной температуре является ромбическая кристаллизация α-серы (ромбическая сера), без запаха и вкуса, обладает типичным серно-желтым цветом.
Физико-химические свойства
Сера — мягкий, хрупкий минерал, не растворяется в воде и неокисляющих кислотах. Природные кристаллы серы чувствительны к свету и теплу, их необходимо хранить в темном, прохладном и сухом месте. При нормальных условиях сера является твердым веществом без запаха. Существует несколько неметаллических модификаций серы.
Кристаллы серы показывают типичные формы ромбической системы, такие как пинакоиды, призмы или дипирамиды. Прозрачные, неповрежденные, хорошо сформированные кристаллы в форме бочек или толстых брусков очень популярны среди коллекционеров.
Ромбическая сера также называется α-серой. При нагревании от 95,2 C она превращается в желтый жидкий расплав, и получается λ-сера. Если смесь продолжать нагревать от 159 С она постепенно становится вязкой, образуя при 200 С μ-серу. Свыше 250 C вязкость уменьшается, температура кипения составляет 444 C. Если расплавленная сера затвердевает на поверхности в больших тиглях, образуются длинные моноклинные кристаллические иглы. Эта модификация называется моноклинной серой или β-серой. Когда она остывает до температуры ниже 115,2 C, то медленно превращается обратно в ромбическую серу. Если наливать жидкий расплав в стакан с холодной водой, образуются эластичные нити или желто-коричневая вязкая масса, которая называется пластичной серой, которая затем постепенно превращается обратно в ромбическую серу.
Сера очень реактивна и образует химические соединения со многими элементами. Исключение составляют золото, платина, иридий, азот, теллур, йод и благородные газы. На воздухе сера горит голубоватым пламенем с образованием токсичного и едко пахнущего газа диоксида серы (SO2). Когда диоксид серы растворяется в воде, образуется раствор диоксида серы и, в небольших количествах, серная кислота.
Сера подвергается воздействию окисляющих кислот, таких как концентрированная азотная кислота. Другими важными соединениями серы являются серная кислота и ее соли, сульфаты.
Сера становится жидкой при 113 С (ромбическая) или при 119 С (моноклинная). Сначала жидкость становится желтой, а при дальнейшем нагревании темно-коричневой. Если сера нагревается до температуры выше 400 C, вязкий расплав снова становится жидким. Жидкая сера кипит при 445 С. Сублимированная сера получается путем охлаждения паров серы (светло-желтый порошок). Однако, если расплав быстро охлаждается (закалка), образуется пластичная сера.
Нахождение в природе
Сера встречается в земной коре с долей 0,048% (15-й элемент по частоте распространения). Огромные месторождения расположены в Сицилии, Польше, Ираке, Иране, Луизиане, Техасе и Мексике. Распространена сера в сульфидных минералах, таких как пирит (FeS2), халькопирит (CuFeS2), галенит (PbS) и сфалерит (ZnS). Большинство металлов (особенно тяжелых металлов) встречаются в природе в виде плохо растворимых сульфидов.
Важным источником серы являются ископаемые виды топлива, такие как нефть, природный газ и уголь. В частности, природный газ содержит относительно большое количество сероводорода (H2S).
Важными минералами, содержащими соединения серы, являются гипс (сульфат кальция), пирит и марказит (сульфид железа), цветной гравий меди (сульфид меди), галенит (сульфид свинца), цинковая обманка (сульфид цинка) или киноварь (сульфид ртути). Большие количества серы также содержатся в ископаемом топливе, нефти и угле. Природный газ часто загрязнен сероводородом.
Получение
Сера является одним из наиболее распространенных элементов на земле. Большие месторождения серы расположены в США, Канаде, странах СНГ, Китае, Мексике, Саудовской Аравии и Польше. Также присутствует в виде различных ионов из растворимых соединений в морях и океанах или в природных источниках. Один из самых известных серных источников находится в Карловых Варах.
Раньше только твердые минералы являлись источником серы: 3,5 миллиона тонн добывалось ежегодно с использованием процесса Фраша, разработанного Германом Фрашем, главным образом в США и Польше. Наибольшую долю составляла сера, извлекаемая из сульфидных руд. Сегодня сера производится в больших количествах в качестве отходов при десульфурации нефти с использованием процесса Клауса. В ископаемом топливе, таком как уголь и нефть, содержится большое количество серы. Поэтому нефтяные фракции, которые используются для выработки энергии, обессеривают перед дальнейшей обработкой.
Поскольку месторождения серы не удовлетворяют современные потребности в этом сырье, сера извлекается из других природных соединений и руд. Сера, которая образуется как токсичный продукт отходов многих процессов сгорания, может быть получена путем восстановления. Например, сероводород производится в процессе переработки природного или коксового газа. Это высокотоксичный газ, который можно преобразовать в воду и серу с помощью кислорода и катализатора.
Около половины от общего объема получается из твердой серы и последующей очистки дистилляцией. Труба длиной от 150 до 800 метров под давлением подает горячую воду в серосодержащие породы. Подземная сера плавится и затем транспортируется вверх горячим сжатым воздухом. Полученная чистота серы составляет от 99,5 до 99,8%. Одна скважина может добывать до 300 тонн серы в день. Другая большая часть получается в результате десульфурации сырой нефти и природного газа с использованием процесса Клауса. Одна треть сероводорода H2S, содержащегося в природном газе или коксовых газах, сжигается с кислородом в камере сгорания с образованием диоксида серы.
Серу также можно получить обжигом пирита. Когда руду нагревают, получают диоксид серы, который затем восстанавливают с помощью углерода или кокса.
Применение
Сера используется как в химической, так и в фармацевтической промышленности, включая производство серной кислоты, красителей, инсектицидов и искусственных удобрений. Только около 10% общего производства серы перерабатывается в элементарной, то есть в чистой форме. Основное применение элементарной серы — производство вулканизированной резины и красителей.
Чистая сера необходима для производства спичек и фейерверков. Она также является компонентом средств защиты растений, используется для обессеривания бочек (дезинфекция диоксидом серы путем сжигания чистой серы) и в качестве отбеливающего агента для натуральных волокон, таких как шелк и шерсть.
Фармацевтическое использование серы было известно в древние времена в качестве слабительного средства. Сера раздражает слизистую оболочку кишечника, а вырабатываемый бактериями сероводород стимулирует перистальтику. Серные составы использовались для лечения кожных заболеваний, таких как прыщи, экзема, чесотка, микозы и тому подобное. Сера — одно из самых популярных лекарств в классической гомеопатии.
В тяжелой промышленности сера является важным легирующим элементом для стали. Также используется как нитратная сера в фейерверках и в других взрывчатых веществах. В сельском хозяйстве сера убивает вредителей, таких как паутинный клещ и мучнистая роса.
Биологическое значение
Сера содержится в аминокислотах цистеина и метионина, а также во всех полипептидах, белках и ферментах на их основе. Дисульфидные связи широко используются и способствуют образованию и стабилизации белковых структур. Поэтому сера является важным элементом всех живых клеток.
Некоторые подгруппы протеобактерий способны выполнять фотосинтез в отсутствие кислорода. Они используют сероводород (H2S) или элементарную серу вместо воды в качестве донора электронов для восстановления CO2, например, Thiomargarita namibiensis.
Растения поглощают серу из корней в форме сульфат-ионов, которые затем восстанавливаются до сульфида и используются для образования цистеина и других органических соединений серы.
Физиология
Растения поглощают элементную серу в виде сульфатов через корни. При восстановлении в хлоропластах сульфат ассимилируется с аминокислотами цистеином и метионином. Сера также является важным биоэлементом в организме человека. Тиольная группа RSH содержится во многих пептидах, белках или коферментах. Атомы серы также интегрированы в молекулу биотина (витамин Н) или молекулу тиаминпирофосфата (витамин В1).
Острая токсичность элементарной серы не классифицируется как особо высокая. Однако сера может раздражать кожу и особенно слизистые оболочки (глаза).
Усвоение серы у растений
Сера поглощается через корни в виде сульфата. Ассимиляция происходит в корнях, но большая часть сульфата транспортируется к листьям через элементы ксилемы и восстанавливается там в хлоропласте.
Влияние серы на здоровье человека
Сера известна своими целебными свойствами на протяжении тысячелетий. При наружном применении она используется для лечения кожных заболеваний, таких как псориаз и экзема. Серные ванны считаются противовоспалительными при кожных и заживляющими при ревматических заболеваниях. В области альтернативной медицины серосодержащие аминокислоты используются для вывода токсинов.
Сера необходима для нашего организма. В отличие от многих других веществ, которые наш организм может производить самостоятельно, это невозможно с серой. Организм человека содержит около 0,2% серы. Это означает, что содержание серы в организме в 40 раз выше, чем, например, содержание гораздо более широко известного железа.
Сера является важным компонентом многих аминокислот, таких как L-метионин, L-цистеин и L-цистин, и, следовательно, участвует в многочисленных метаболических процессах. Серосодержащие аминокислоты важны для функционирования суставных хрящей, сухожилий, мышц, а также для крепких костей. Кроме того, сера связывает накопленные в организме токсины, такие как никотин и алкоголь, и обеспечивает их вывод из организма. Метаболизм некоторых аминокислот вырабатывает серную кислоту, которая выделяется с мочой.
Суточная доза элемента составляет около 900 мг, поступающих в организм в основном в виде мяса, рыбы и сои. Дефицит серосодержащего витамина B1 приводит к болезни бери-бери, которая может проявляться тремором, раздражительностью, нервным параличом и даже сердечной недостаточностью.
Элементарная сера относительно нетоксична для человека, но это не относится ко всем ее соединениям. Серная кислота оказывает разъедающее действие, пероральный прием около 5 мл приводит к смерти. В целом вещества, содержащие серу, оказывают на здоровье человека следующие негативные эффекты:
Исследования на животных показали, что сера может вызвать серьезное повреждение сосудов головного мозга, сердца и почек. Кроме того, эти эксперименты показали, что сера представляет опасность для плода и вызывает врожденные нарушения.
Продукты, содержащие серу
Сера играет ключевую роль в ряде важных функций организма, и по этой причине важно регулярно снабжать организм достаточным количеством этого минерала. Многие продукты содержат серу. В частности, молоко, яйца, йогурт, творог, сыр, рыба, мясо, орехи, чеснок, горчица и лук.
Как правило, нет необходимости добавлять серу в организм в виде пищевой добавки.
Токсичность
Сера является важным минералом для человека, но при определенных условиях она может быть очень токсичной. Сера является элементом, который используется в организме для детоксикации и белкового обмена. Она поступает в организм с пищей и не представляет опасности для человека, так как содержится в многочисленных белках. Поэтому передозировка серой в большинстве случаев невозможна при приеме или приготовлении пищи.
В других формах, однако, сера может быстро привести к серьезному отравлению. Природные газы часто содержат соединения серы, которые являются токсичными для человека.
Сероводород
Сероводород (H2S) является газом, обладает резким запахом тухлых яиц и через некоторое время блокирует обонятельные нервы. Это особенно опасно, потому что создается ощущение, что сероводорода больше нет, что может привести к отравлению и смерти. Для отравления сероводородом характерны следующие симптомы:
Диоксид серы
Диоксид серы (SO2) также является газом и обладает примерно такими же свойствами для человека, что и сероводород. Диоксид серы является основным компонентом кислотных дождей.
Сера и вода
Концентрация серы в морской воде составляет около 870-930 частей на миллион, в то время как речная вода обычно содержит только около 4 частей на миллион этого элемента.
Как и в каких соединениях сера реагирует с водой?
Сульфурилхлорид бурно реагирует с водой с образованием агрессивной хлорсульфоновой кислоты. Соединение реагирует с образованием хлористого водорода и серной кислоты.
Растворимость серы и / или ее соединений в воде
Сама сера не растворяется в воде. Сульфиды тяжелых металлов также считаются почти нерастворимыми. С другой стороны, сероводород имеет растворимость в воде 94 г / л, гексафторид серы — 40 мг / л. Сульфаты также обычно хорошо растворяются в воде.
Как сера может попасть в воду?
Некоторые минералы содержат серу, например халькопирит, борнит или миллерит. Кроме того, в виде сульфата она входит в состав гипса. Сера также может быть найдена в отложениях с высоким содержанием органических веществ, в основном в форме сульфидов. Однако этот элемент также встречается в природе в элементарной форме. Сероводород входит в состав природного газа и сероорганических соединений угля и нефти.
Сжигание угля, природного газа и сырой нефти с образованием диоксида серы также играет важную роль в выбросе серы в окружающую среду. Например, в угле содержание серы составляет 2-3%. Однако современные технологии позволяют превращать двуокись серы, полученную при производстве металлов, в серную кислоту, и, как следствие, топочный мазут содержит меньше серы.
Какие экологические проблемы может вызвать загрязнение воды серой?
Сера — главный компонент почвы. Нормальные воздушно-сухие почвы содержат 200-2000 ppm элемента. В верхних горизонтах почв он в значительной степени связан органически. В болотах содержание серы может достигать 35 000 частей на миллион, а в гипсовых почвах это значение часто ещё выше. Концентрация серы около 0,06–1% от ее сухого вещества может быть обнаружена в растительном материале.
Диоксид серы является одной из причин кислотных дождей и зимнего смога. Газообразный диоксид серы, который встречается в природе в низких концентрациях, но выделяется в больших количествах в результате деятельности человека, растворяется в каплях дождя, образуя сернистую кислоту. Другая возможность — предыдущее окисление до триоксида серы, которое образует серную кислоту в воде. Кислотные дожди вызывают закисление почвы, что, в свою очередь, приводит к повреждению растений и повышению кислотности водоемов.
Сама сера не считается опасной для воды. С другой стороны, некоторые соединения серы могут нанести больший ущерб водоемам. Сульфурилхлорид, например, является одним из веществ, которые незначительно опасны для воды, тогда как сероуглерод представляет большую опасность для природных вод.
Другие соединения серы с большей вероятностью будут играть роль в экологических проблемах. Например, гексафторид серы — это соединение, потенциал глобального потепления которого примерно в 10 000 раз выше, чем у диоксида углерода. Сера имеет четыре стабильных и шесть нестабильных, следовательно, радиоактивных изотопов.
Сера. Общая характеристика, получение, химические свойства
Сера (S), Sulfur
При нормальных условиях атомы серы образуют циклические восьмиатомные молекулы с химической формулой S8.
Физические свойства серы
Сера образует более 30 твердых аллотропов, больше, чем любой другой элемент.
Сера содержит 23 известных изотопа, четыре из которых являются стабильными:
Природные минералы серы:
— колчеданы (FeS2 – железный колчедан (пирит), FeCuS2 – медный колчедан (халькопирит))
— сульфиды (ZnS – цинковая обманка, PbS – свинцовый блеск, CuS – медный блеск (халькозин)).
Сера является десятым наиболее распространенным элементом по массе во Вселенной и пятым наиболее распространенным на Земле.
Хотя иногда серу можно найти в чистом природном виде, на Земле она обычно встречается в виде сульфидных и сульфатных минералов.
Сера в изобилии в естественной форме была известна в древние времена, и ее упоминали в древней Индии, древней Греции, Китае и Египте. В Библии сера упоминается как «горящий камень».
Сегодня почти вся элементарная сера производится как побочный продукт удаления серосодержащих загрязнений из природного газа и нефти.
Элементная сера используется в спичках, инсектицидах и фунгицидах.
Какой у серы запах?
Многие соединения серы имеют душистый аромат, а запах органических газов, специфический неприятный запах у скунса, грейпфрута и чеснока происходят из-за сероорганических соединений.
Сера в Космосе
32S создается внутри массивных звезд на глубине, где температура превышает 2,5 × 109 К, в результате слияния одного ядра кремния с одним ядром гелия.
Отличительные цвета вулканической спутника Юпитера Ио приписываются различным формам расплавленной, твердой и газообразной серы.
Сера на Земле
Элементарная сера может быть найдена около горячих источников и вулканических областей во многих частях мира, особенно вдоль Тихоокеанского Огненного Кольца; такие вулканические отложения в настоящее время добываются в Индонезии, Чили и Японии.
Самородная сера синтезируется анаэробными бактериями, действующими на сульфатные минералы, такие как гипс в соляных куполах.
Сера и Геология
Самородная сера может быть получена только в результате геологических процессов.
Обычные природные соединения серы включают
Сера и ее соединения
Некоторые из основных классов серосодержащих органических соединений включают следующие:
Сероорганические соединения ответственны за некоторые неприятные запахи разлагающегося органического вещества.
Не все органические соединения серы неприятно пахнут при всех концентрациях:
Серная горчица (иприт), сильнодействующий реагент, использовалась в Первой мировой войне в качестве средства для выведения из строя.
Сера и Римская мифология
В наиболее распространенном типе промышленного «отверждения» и упрочнения натурального каучука элементарная сера нагревается с каучуком до такой степени, что химические реакции образуют дисульфидные мостики между изопреновыми звеньями полимера.
Из-за высокой температуры и серы процесс был назван вулканизацией в честь римского бога кузницы Вулкана.
Сера и древние времена
Будучи в изобилии доступным в естественном виде, сера была известна в древние времена и упоминается в Торе (Бытие).
Согласно папирусу Эберса, серная мазь использовалась в древнем Египте для лечения зернистых век.
Он упоминает ее использование для фумигации, медицины и отбеливания ткани.
К 3-му веку китайцы обнаружили, что сера может быть извлечена из пирита.
Военный трактат династии Сун в 1044 году нашей эры описывает различные формулы для китайского черного порошка, который представляет собой смесь нитрата калия (KNO3), древесный уголь и серу. Этот состав до сих пор остается компонентом черного пороха.
В 1777 году Антуан Лавуазье помог убедить научное сообщество, что сера является элементом, а не соединением.
Сера вступает в реакцию непосредственно с метаном с образованием дисульфида углерода, который используется для производства целлофана и вискозы.
Сера и Растения
Сера все чаще используется в качестве компонента удобрений.
Со временем почвенные бактерии могут превращать его в растворимые производные, которые затем могут использоваться растениями.
Это важное питательное вещество для роста растений, формирования корневых клубеньков бобовых, а также иммунитета и защитных систем.
Поскольку атмосферные поступления серы продолжают уменьшаться, дефицит ввода / вывода серы, вероятно, увеличится, если не использовать серные удобрения.
Важно! Газообразный сероводород и гидросульфидный анион чрезвычайно токсичны для млекопитающих из-за их ингибирования кислородоносности гемоглобина и некоторых цитохромов способом, аналогичным цианиду и азиду.
Сера и Лекарства
Сероорганические соединения используются в фармацевтике, красителях и агрохимикатах.
Большинство β-лактамных антибиотиков, включая пенициллины, цефалоспорины и монолактамы, содержат серу.
Сульфат магния, известный как соль Эпсома в гидратированной кристаллической форме, может использоваться в качестве слабительного средства, добавки для ванн, эксфолианта, добавки магния для растений или (в обезвоженном виде) в качестве осушителя.
Сера и Пестициды
Элементарная сера является одним из старейших фунгицидов и пестицидов.
Она обладает хорошей эффективностью против широкого спектра мучнистой росы, а также от черных пятен.
Сера и Вино
Небольшие количества добавляемого газообразного диоксида серы (или эквивалентное добавление метабисульфита калия) к ферментированному вину с образованием следов серной кислоты (образующейся при взаимодействии SO2 с водой) и ее сульфитных солей в смеси, называют «самым мощным инструментом в виноделии».
Без этой стадии консервирования обычно требуется непременное охлаждение продукта перед употреблением.
Сера и Кожа
Сера (в частности, октасерная кислота, S8) используется в фармацевтических препаратах для кожи для лечения прыщей и других состояний.
Общие побочные эффекты включают раздражение кожи в месте нанесения, в виде сухости, жжения, зуда и шелушения.
Это седьмой или восьмой самый распространенный элемент в организме человека по массе, примерно равный по содержанию калию и немного превышающий натрий и хлор.
Человеческое тело весом 70 кг (150 фунтов) содержит около 140 г серы.
Сера и Белки
У растений и животных аминокислоты цистеин и метионин содержат большую часть серы, и этот элемент присутствует во всех полипептидах, белках и ферментах, которые содержат эти аминокислоты.
Дисульфидные связи (связи S-S) между остатками цистеина в пептидных цепях очень важны для сборки и структуры белка.
Например, высокая прочность перьев и волос частично обусловлена высоким содержанием связей S-S с цистеином и серой.
Высокое содержание дисульфидных связей в волосах и перьях способствует их неперевариваемости и характерному неприятному запаху при сгорании.
Во внутриклеточной химии сера действует как носитель восстановления водорода и его электронов для клеточного восстановления окисления.
Тиоредоксины, класс малых белков, необходимых для всей известной жизни, используют соседние пары восстановленных цистеинов для работы в качестве общих белков-восстановителей с аналогичным эффектом.
У бактерий важные ферменты нитрогеназы содержат кластер Fe-Mo-S и являются катализатором, который выполняет важную функцию азотфиксации, превращая атмосферный азот в аммиак, который может использоваться микроорганизмами и растениями для производства белков, ДНК, РНК, алкалоидов. и других органических соединений азота, необходимых для жизни.
Сера и Биогеохимия
Цикл серы был первым из обнаруженных биогеохимических циклов.
Виноградский назвал эту форму метаболизма неорганическим окислением (окисление неорганических соединений).
Примитивные бактерии, которые живут вокруг глубоководных вулканических жерл, окисляют сероводород в этом пути с кислородом;
Гигантский трубчатый червь является примером большого организма, который использует сероводород (через бактерии) в качестве пищи для окисления.
Кто дышит серой?
Так называемые сульфатредуцирующие бактерии, например, «дышат сульфатом» вместо кислорода.
Сульфатредуцирующие бактерии используют серу в качестве акцептора электронов и восстанавливают различные окисленные соединения серы обратно в сульфид, часто в сероводород.
Сероводород, производимый этими бактериями, ответственен за некоторые запахи кишечных газов (газы) и продукты разложения.
Сера поглощается корнями растений из почвы в виде сульфата и транспортируется в виде фосфатного эфира.
SO4 2- → SO3 2- → H2S → цистеин → метионин
Сера в Химии
Сера горит синим пламенем с образованием диоксида серы, который имеет удушающий и раздражающий запах.
Сера реагирует почти со всеми другими элементами, за исключением благородных газов.
Растворимые сульфатные соли плохо абсорбируются и оказывают слабительное действие.
Когда сера горит в воздухе, она производит диоксид серы (SO2)
В воде этот газ производит серную кислоту и сульфиты; сульфиты являются антиоксидантами, которые подавляют рост аэробных бактерий и полезную пищевую добавку в небольших количествах.
Триоксид серы (получаемый в результате катализа из диоксида серы) и серная кислота одинаково сильно кислотны и вызывают коррозию в присутствии воды.
Серная кислота является сильным дегидратирующим агентом, который может удалять имеющиеся молекулы воды и компоненты воды из сахара и органических тканей.
После этой познавательной информации необходимо изучить химические свойства серы, а также ее получение, поэтому я составила таблицу для использования в подготовке к ОГЭ и ЕГЭ по химии.
Таблица: химические свойства серы
1) Получение
Из водных растворов:
2) В промышленности
4) H2S (газ) → S↓ + H2 (t > 400 C);
5) SO2 +C → CO2 + S↓ (t).
2) SO2 + C → CO2 + S↓ (t).
1) CaSO4 + 4C → 4CO↑ + CaS (t);
2) Химические свойства
Окислительные и
восстановительные свойства
1) С металлами:
3S + 2Al → Al2S3 (t);
S + 2Na → Na2S (расплав);
S + Me → MeS + Q (Me = металлы, кроме Au, Pt, Ir).
2) С неметаллами:
S (тв.) + H2 → H2S (150 – 350 C);
2S + C → CS2 (800-900 C);
3S + 2P → P2S3 (расплав);
5S + 2P → P2S5 (без доступа воздуха).
3) С щелочами:
3S + 6NaOH → 2NaS + Na2SO3 + 3H2O;
3S + 3Ca(OH)2 → 2CaS + CaSO4 + 3H2O (кипячение);
2S + 4NaOH + 3O2 → 2Na2SO4 + 2H2O (расплав, t).
4) С кислотами:
S + 2HI → H2S + I2.
5) C солями:
3S + 2KClO3 → 3SO2↑ + 2KCl (t);
S + 2KMnO4 → K2SO4 + 2MnO2 (в слабощелочной среде);