Сера: строение атома, аллотропные модификации, физические и химические свойства

I. Посмотрите научно-популярный фильм: “Сера”

Сейчас невозможно установить, когда человек впервые познакомился с серой и её соединениями. Произошло это очень давно. Она помогала нашим предкам получать огонь, вернее, снопы искр при ударе кресалом по обломку пирита. Использовали её для приготовления красок и косметических средств. Знали её и древние индийцы, именно они дали название - «сира» - означает «желтый». Химический символ произошел от латинского слова «сульфур». Древние римляне называли серу «желчью бога Вулкана» (покровителя огня).Картина Карла Брюллова «Гибель Помпеи».

Сера считалась произведением сверхчеловеческих существ из мира духов или подземных богов. Очень давно сера стала применяться в составе различных горючих смесей для военных целей. Уже у Гомера описаны «сернистые испарения», смертельное действие выделений горящей серы. Сера, вероятно, входила в состав «греческого огня», наводившего ужас на противников. Около VIII в. китайцы стали использовать её в пиротехнических смесях, в частности, в смеси типа пороха. Горючесть серы, лёгкость, с которой она соединяется с металлами с образованием сульфидов (например, на поверхности кусков металла), объясняют то, что её считали «принципом горючести» и обязательной составной частью металлических руд.Пресвитер Теофил (XII в.) описывает способ окислительного обжига сульфидной медной руды, известный, вероятно, ещё в древнем Египте. В период арабской алхимии возникла ртутно-серная теория состава металлов, согласно которой сера почиталась обязательной составной частью (отцом) всех металлов. В дальнейшем она стала одним из трёх принципов алхимиков, а позднее «принцип горючести» явился основой теории флогистона. Элементарную природу серы установил Лавуазье в своих опытах по сжиганию. С введением пороха в Европе началось развитие добычи природной серы, а также разработка способа получения её из пиритов; последний был распространён в древней Руси. Впервые в литературе он описан у Агриколы. Таким образом, точное время открытия серы не установлено, но, как сказано выше, этот элемент использовался до нашей эры, а значит, знаком людям с древнейших времён.

II. Положение серы в ПСХЭ, строение атома

В подгруппу кислорода (халькогены) входят элементы: кислород, сера, селен, теллур, полоний.

Химический элемент сера расположен в VIА-группе, 3 периоде ПСХЭ.

На внешнем электронном слое атома серы находится 6 электронов. Относится к р-элементам. Неметалл.

Проявляя свойства окислителя при образовании веществ с металлами и водородом, сера приобретает степень окисления -2 (принимает 2 электрона).

В составе кислородсодержащих соединений сера проявляет степени окисления +4 и +6. Таким образом, для серы характерны степени окисления -2; 0; +4; +6.

Размещение электронов по орбиталям (последний слой)	Степень окисления	Валентность
	+2, -2	В основном состоянии II
	+4	Первое возбуждённое состояние IV
	+6	Второе возбуждённое состояние VI

III. Сера в природе

Сера является шестнадцатым по химической распространённости элементом в земной коре. Встречается в свободном (самородном) состоянии и в связанном виде.

Самородная сера:

Украина, Поволжье, Центральная Азия и др.

Важнейшие природные минералы серы:

FeS₂ — железный колчедан, или пирит (кошачье золото)
ZnS — цинковая обманка, или сфалерит (вюрцит)
PbS — свинцовый блеск, или галенит
HgS — киноварь
Sb₂S₃ —антимонит

Кроме того, сера присутствует в нефти, природном угле, природных газах и сланцах.

Сера — шестой элемент по содержанию в природных водах, встречается в основном в виде сульфат-иона и обусловливает «постоянную» жёсткость пресной воды. Жизненно важный элемент для высших организмов, составная часть многих белков, концентрируется в волосах, ногтях, кожных покровах. При недостатке серы в организме наблюдается хрупкость ногтей и костей, выпадение волос.

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. Соединения серы могут служить лекарственными препаратами.

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.

Сульфаты

CaSO₄ x 2H₂O - гипс
MgSO₄ x 7H₂O – горькая соль (английская)
Na₂SO₄ x 10H₂O – глауберова соль (мирабилит)

IV. Физические свойства, аллотропия

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) - S₈

t°_пл. = 113°C;

ρ = 2,07 г/см³.

Наиболее устойчивая модификация.

Моноклинная

(b - сера) - S₈

темно-желтые иглы,

t°_пл. = 119°C; ρ = 1,96 г/см3. Устойчивая при температуре более 96°С; при обычных условиях превращается в ромбическую.

Пластическая

S_n

коричневая резиноподобная (аморфная) масса. Неустойчива, при затвердевании превращается в ромбическую.

Опыт: “Получение пластической серы”

Взаимопревращение аллотропных модификаций серы

V. Получение серы

В древности и в средние века серу добывали, вкапывая в землю большой глиняный горшок, на который ставили другой, с отверстием в дне. Последний заполняли породой, содержащей серу, и затем нагревали. Сера плавилась и стекала в нижний горшок. В настоящее время серу получают главным образом путём выплавки самородной серы непосредственно в местах её залегания под землёй. Серные руды добывают разными способами — в зависимости от условий залегания. Залежам серы почти всегда сопутствуют скопления ядовитых газов — соединений серы. К тому же нельзя забывать о возможности её самовозгорания.

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

2. Неполное окисление сероводорода (при недостатке кислорода): 2H₂S + O₂ = 2S + 2H₂O

3. Реакция Вакенродера: 2H₂S + SO₂ = 3S + 2H₂O

VI. Химические свойства серы

Сера - окислитель

S⁰ + 2ē -> S^-2

Сера - восстановитель

S - 2ē -> S⁺²; S - 4ē -> S⁺⁴; S - 6ē -> S⁺⁶

1) Сера реагирует со щелочными металлами без нагревания:

Опыт: “Взаимодействие серы с натрием”

2Na + S -> Na₂S

c остальными металлами (кроме Au,Pt) - при повышенной t°:

2Al + 3S –^t^°-> Al₂S₃

Опыт: “Взаимодействие серы с цинком”

Zn + S –^t^°-> ZnS

Опыт: “Взаимодействие меди с серой”

Cu + S –^t^°-> CuS

2) С некоторыми неметаллами сера образует бинарные соединения:

H₂ + S -> H₂S

2P + 3S -> P₂S₃

C + 2S -> CS₂

1) С кислородом:

S + O₂ –^t^°-> S⁺⁴O₂

2S + 3O₂ –^t^°^;^pt-> 2S⁺⁶O₃

2) С галогенами (кроме йода):

S + Cl₂ -> S⁺²Cl₂

3) С кислотами - окислителями:

S + 2H₂SO₄(конц) -> 3S⁺⁴O₂ + 2H₂O

S + 6HNO₃(конц) -> H₂S⁺⁶O₄ + 6NO₂ + 2H₂O

4) Реакции диспропорционирования:

4) 3S⁰ + 6KOH -> K₂S⁺⁴O₃ + 2K₂S^-2 + 3H₂O

VII. Применение

Примерно половина производимой серы используется в производстве серной кислоты.

Серу применяют для вулканизации каучука, как фунгицид в сельском хозяйстве и как сера коллоидная — лекарственный препарат. Также сера в составе серобитумных композиций применяется для получения сероасфальта, а в качестве заместителя портландцемента — для получения серобетона. Сера находит применение для производства пиротехнических составов, ранее использовалась в производстве пороха, применяется для производства спичек.

Получение эбонита, производство пороха, в борьбе с вредителями сельского хозяйства, для медицинских целей (серные мази для лечения кожных заболеваний). Сера – основа мази для лечения грибковых заболеваний кожи, для борьбы с чесоткой. Тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ используется для борьбы с нею.

Многие соли серной кислоты содержат кристаллизационную воду: ZnSO₄×7H₂O и CuSO₄×5H₂O. Их применяют как антисептические средства для опрыскивания растений и протравливания зерна в борьбе с вредителями сельского хозяйства.

Железный купорос FeSO₄×7H₂O используют при анемии.

BaSO₄ применяют при рентгенографическом исследовании желудка и кишечника.

Алюмокалиевые квасцы KAI(SO₄) ₂×12H₂O - кровоостанавливающее средство при порезах.

Минерал Na₂SO₄×10H₂O 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 Na₂SO₄×10H₂O. Сейчас ее применяют как слабительное в медицине, при окраске хлопчато- бумажных тканей. Соль также находит применение в производстве стекла.

Применение серы и её соединений

VIII. Тренажеры

Тренажёр №1 - Характеристика серы по её положению в периодической системе Д. И. Менделеева

Тренажёр №2 - Химические свойства серы

Тренажёр №3 - Взаимодействие серы с металлами

IX. Задания

№1. Закончите уравнения реакций:

S + O₂=
S + Na =
S + H₂ =
Расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель, восстановитель.

№2. Осуществите превращения по схеме:
H₂S → S → Al₂S₃→ Al(OH)₃

№3. Закончите уравнения реакций, укажите, какие свойства проявляет сера (окислителя или восстановителя):

Al + S = (при нагревании)

S + H₂= (150-200)

S + O₂ = (при нагревании)

S + F₂ = (при обычных условиях)

S + H₂SO₄(к) =

S + KOH =

S + HNO₃ =

ЦОРы

Научно-популярный фильм: “Сера”

Видео: Получение пластической серы

Анимацмя: Взаимопревращение аллотропных модификаций серы