Сера и её аллотропные формы
Аллотропия серы
Сера — один из немногих элементов, известных с древности в самородном виде: жёлтые кристаллы у вулканов. В Библии она «огнь и сера», у алхимиков — «принцип горючести».
Молекула обычной серы — восьмичленный цикл \(\ce{S8}\) в форме короны. Из этих «корон» строятся две кристаллические модификации:
- ромбическая (α) — устойчива ниже 95,3 °C, лимонно-жёлтая;
- моноклинная (β) — устойчива от 95,3 °C до плавления (119 °C), игольчатые кристаллы.
Что происходит при нагревании
- 119 °C — сера плавится в подвижную жёлтую жидкость.
- Выше 159 °C циклы \(\ce{S8}\) раскрываются и соединяются в длинные цепи (до миллиона атомов) — жидкость темнеет и становится такой вязкой, что не выливается из пробирки (максимум около 190 °C).
- Дальше цепи рвутся — вязкость снова падает; при 445 °C сера кипит.
- В парах при повышении температуры: \(\ce{S8 -> S6 -> S4 -> S2}\); выше 800 °C — почти только \(\ce{S2}\) (фиолетовый газ с двумя неспаренными электронами, как \(\ce{O2}\)).
Если вылить расплав при 200 °C в холодную воду, цепи «замораживаются» — получается резиноподобная пластическая сера, которая за несколько дней снова превращается в ромбическую.
auto_awesomeСпособ Фраша
Подземные залежи серы в Луизиане были под плывунами — шахты не строились. В 1894 году Герман Фраш предложил закачивать в скважину перегретую воду (160 °C): сера плавится, и её выдавливают на поверхность сжатым воздухом. Способ дал миру дешёвую серу почти на столетие.
Сера и металлы
С металлами сера — окислитель; реакции часто идут со вспышкой.
scienceСера с металлами
- \(\ce{Fe + S ->[t] FeS}\) — после поджигания смесь раскаляется сама.
- \(\ce{Zn + S ->[t] ZnS}\) — ослепительная вспышка (смесь цинка и серы — «ракетное топливо» любителей).
- \(\ce{2Cu + S ->[t] Cu2S}\) — медь даёт сульфид меди(I), а не \(\ce{CuS}\)!
- \(\ce{Hg + S -> HgS}\) — уже при растирании на холоду.
- \(\ce{2Al + 3S ->[t] Al2S3}\) — сульфид, который в воде не существует (урок 70).
- \(\ce{2Na + S -> Na2S}\).
boltМедь — ловушка
Сера — слабый окислитель, и медь окисляется только до +1: \(\ce{Cu2S}\). Сульфид меди(II) \(\ce{CuS}\) получают лишь осаждением из раствора (\(\ce{CuSO4 + H2S}\)). При нагревании \(\ce{CuS}\) сам теряет серу: \(\ce{2CuS ->[t] Cu2S + S}\).
auto_awesomeРазбитый градусник
Пролитую ртуть собирают, а оставшиеся капли засыпают порошком серы: \(\ce{Hg + S -> HgS}\) — нелетучий сульфид. Такая «демеркуризация» — классическое применение реакции, идущей на холоду.
Сера-восстановитель
С более электроотрицательными элементами и сильными окислителями сера — восстановитель.
scienceСера окисляется
- \(\ce{S + O2 -> SO2}\) — голубое пламя; \(\ce{SO3}\) при горении почти не образуется.
- \(\ce{S + 3F2 -> SF6}\) — со фтором сразу до +6.
- \(\ce{2S + Cl2 -> S2Cl2}\) — с хлором до +1 (жёлтая жидкость, вулканизатор каучука).
- \(\ce{S + 6HNO3 (конц) ->[t] H2SO4 + 6NO2 + 2H2O}\).
- \(\ce{S + 2H2SO4 (конц) ->[t] 3SO2 + 2H2O}\) — сопропорционирование.
- \(\ce{3S + 2KClO3 -> 2KCl + 3SO2}\) — смеси серы с хлоратами взрываются от удара.
С водородом и углеродом сера реагирует при нагревании: \(\ce{H2 + S ->[t] H2S}\), \(\ce{C + 2S ->[900 °C] CS2}\) (сероуглерод — растворитель серы и фосфора).
В щёлочи сера диспропорционирует (урок 79): \(\ce{3S + 6NaOH ->[t] 2Na2S + Na2SO3 + 3H2O}\); при избытке серы образуются полисульфиды и тиосульфат.
auto_awesomeПорох
Чёрный порох — смесь селитры, угля и серы (75 : 15 : 10). Сера снижает температуру воспламенения и ускоряет горение: \(\ce{2KNO3 + S + 3C -> K2S + N2 + 3CO2}\). Около тысячи лет порох был единственным взрывчатым веществом человечества.
push_pinГлавное
Обычная сера — циклы \(\ce{S8}\) («корона»): ромбическая (устойчива ниже 95,3 °C) и моноклинная модификации. Выше 159 °C циклы раскрываются и полимеризуются — вязкость вырастает в тысячи раз; выливанием в воду получают пластическую серу. В парах при высоких температурах — \(\ce{S2}\) (парамагнитна, как \(\ce{O2}\)). С металлами сера — окислитель (\(\ce{Fe + S -> FeS}\), \(\ce{2Cu + S -> Cu2S}\), \(\ce{Hg + S -> HgS}\)), с кислородом, галогенами, азотной и серной кислотами — восстановитель; в щелочах диспропорционирует.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.