Часть II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Раздел 9. ПОДГРУППА КИСЛОРОДА

§ 9.3. Сульфур и его свойства

Распространение в природе. Сульфур широко распространен в природе. Он составляет 0,05 % массы земной коры. В свободном состоянии (самородная сера) в больших количествах встречается в Италии (остров Сицилия) и США. В России месторождения самородной серы имеются в Куйбышевской области (Поволжье), в республиках Средней Азии, в Крыму и других районах.

Сульфур часто случается в виде соединений с другими элементами. Важнейшими его природными соединениями являются сульфиды металлов: FeS2 - железный колчедан, или пирит; ZnS - цинковая обманка; PbS - свинцовый блеск; HgS - киноварь и т.д., а также соли серной кислоты (кристаллогидраты): CaSO₄ ∙ 2Н₂О - гипс, Na₂SO₄ ∙ 10H₂O - глауберова соль, MgSC₄ ∙ 7Н₂О - горка соль и др.

Сульфур содержится в организмах животных и растений, так как входит в состав белковых молекул. Органические соединения серы содержатся в нефти.

Физические свойства. Сера - твердое хрупкое вещество желтого цвета. В воде практически нерастворима, но хорошо растворяется в сероуглероде, аніліні, некоторых других растворителях. Плохо проводит теплоту и электрический ток. Сера образует несколько аллотропическая модификаций.

При 444,6°С сера кипит, образуя пару темно-бурого цвета. Если ее быстро охладить, то образуется тонкий порошок, состоящий из мельчайших кристалликов серы и называется серным цветом.

Природная сера состоит из смеси четырех устойчивых изотопов; ³²₁₆S, ³³₁₆S, ³⁴₁₆S, ³⁶₁₆S.

Химические свойства. Атом серы, имея незавершенный внешний энергетический уровень, может присоединять два электроны и проявлять степень окисления-2. Такая степень окисления сульфур проявляет в соединениях с металлами и водородом (например, Na₂S и H₂S). При відщепленні или смещении электронов к атому более электроотрицательного элемента степень окисления серы может быть +2, +4 и +6.

При обычных условиях молекула твердой серы состоит из 8 атомов Se, что замыкаются в кольцо (при этом атомы серы в кольце не лежат в одной плоскости). При нагревании кольцо S₈ разрывается. При высоких температурах существуют обрывки цепей: S₂ (> 900°С), S ⇆ 2S (> 1500°С). В паре серы существует равновесие между молекулами S₈, S₆, S₄ и S₂.

Строением молекулы серы обусловлена разнообразие ее физических состояний. Так, образование пластической серы объясняется тем, что часть колец-молекул разрывается и цепочки, которые возникли, сочетаются друг с другом в длинные цепи. В результате образуется высокомолекулярное соединение - полимер с каучукоподібною эластичностью (сравните с полимеризацией каучука, см. § 16.9).

Сера легко образует соединения с многими элементами. При ее сгорании на воздухе или в кислороде образуется оксид сульфуpy(IV) SO₂ и частично оксид серы(VИ) SO₃:

S + O₂ = SO₂ и 2S + ЗО₂ = 2SO₃.

Это важнейшие оксиды серы.

При нагревании сера непосредственно соединяется с водородом, галогенами (кроме йода), фосфором, углем, а также с всеми металлами, кроме золота, платины и иридия. Например:

S + Н₂ = H₂S; 3S + 2Р = P₂S₃; S + Сl₂ = ВСl₂;

2S + С = CS₂; S + Fe = FeS.

Как следует из примеров, в реакциях с металлами и некоторыми неметаллами сера является окисником, а в реакциях с более активными неметаллами, такими, например, как кислород, хлор, - восстановителем.

Применение. Сера широко применяется в промышленности и сельском хозяйстве. Около половины ее добычи используется для добывания серной кислоты. Используют серу для вулканизации каучука: каучук приобретает повышенной прочности и упругости. В виде серного цвета (тонкого порошка) сера применяется для борьбы с болезнями виноградников и хлопчатника. Она используется для изготовления пороха, спичек, светящихся составов.

В медицине изготавливают серные мази для лечения кожных болезней.