Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
2_Chast_po_obshey_khimi.doc
Скачиваний:
38
Добавлен:
21.09.2019
Размер:
2.63 Mб
Скачать

4.3 Сера

4.3.1 Свойства серы – простого вещества

Известны несколько аллотропных модификаций серы: ромбическая сера, моноклинная, пластическая. При нормальных условиях сера – твёрдое жёлтое вещество, нерастворимое в воде, хорошо растворимое в сероуглероде, бензоле и некоторых других органических растворителях. При испарении растворителя из этих растворов образуются светло-жёлтые кристаллы ромбической серы. При медленном охлаждении расплавленной серы можно получить моноклинную серу в виде длинных темно-желтых игольчатых кристаллов. Эта модификация серы устойчива лишь при температурах выше +96 °C; при более низкой температуре моноклинная сера медленно превращается в ромбическую. Молекулы и ромбической, и моноклинной серы имеют кольцевое строение и состоят из восьми атомов (S8). Различия в свойствах моноклинной и ромбической серы обусловлены различной структурой кристаллов.

При нагревании выше 112,8 °C сера плавится. При температурах, превышающих 150 – 160 °C кольцевые молекулы серы начинают разрываться, образующиеся цепочки атомов соединяются в длинные цепи, вследствие чего вязкость расплава сильно увеличивается. При дальнейшем нагревании происходит разрыв и этих цепей, и вязкость расплава уменьшается. Если расплавленную серу, нагретую до кипения, вылить тонкой струёй в холодную воду, то образуется коричневая резиноподобная масса – пластическая модификация серы, которая через несколько часов становится хрупкой, приобретает жёлтый цвет и постепенно превращается в ромбическую серу.

В парах серы с увеличением температуры число атомов в молекуле постепенно уменьшается: S8  S6  S4  S2  S . При 800 – 1400 °C пары серы состоят из молекул S2, при температуре выше 1700 °C – из атомов.

Сера – типичный неметалл. Со многими металлами (Zn, Al, Fe, Cu щелочные и щелочноземельные металлы) она взаимодействует непосредственно с выделением большого количества теплоты: 2 Al + 3 S  Al2S3 .

4.3.2 Сероводород, сульфиды, полисульфиды

При высокой температуре сера взаимодействует с водородом с образованием сероводорода (H2S) – бесцветного газа с характерным запахом гниющего белка. Поскольку эта реакция обратима, то на практике сероводород обычно получают действием разбавленных кислот на сульфиды металлов:

FeS + 2 HCl  H2S + FeCl2 .

Сероводород – сильный восстановитель; при поджигании на воздухе горит голубоватым пламенем:

2 H2S + 3 O2  2 SO2 + 2 H2O (в избытке кислорода).

Поэтому смесь сероводорода с воздухом взрывоопасна. При недостатке кислорода сероводород окисляется только до свободной серы:

2 H2S + O2  2 S + 2 H2O .

Сероводород очень ядовит и способен вызвать тяжёлые отравления.

Раствор сероводорода в воде обладает свойствами слабой двухосновной кислоты (К1 = 610–8, К2 = 110–14). Средние соли сероводородной кислоты – сульфиды – можно получить непосредственным взаимодействием металлов с серой. Малорастворимые сульфиды можно получить, действуя сероводородом на растворы солей соответствующих металлов:

CuSO4 + H2S  CuS + H2SO4 .

Протекание этой реакции возможно потому, что произведение растворимости образующегося сульфида меди меньше общей константы диссоциации сероводородной кислоты: ПР(CuS) = 610–36 << Kобщая(H2S) = K1K2 =610–22.

Однако, сульфид железа (II) таким способом получить не удаётся:

ПР(FeS) = 610–18 > Kобщая(H2S) = K1  K2 = 610–22.

Невозможно также получить обменной реакцией в водном растворе сульфиды алюминия и хрома (III) из-за необратимо протекающего гидролиза:

3 S2 + 2 Al3+ + 6 H2O  2 Al(OH)3 + 3 H2S .

Сера способна растворяться в растворах сульфидов щелочных металлов с образованием полисульфидов: Na2S + (x–1)S  Na2Sx ; 2 ≤ x ≤ 5.

При увеличении содержания серы окраска полисульфидов изменяется от жёлтой до красной.

Получены многочисленные полисульфиды водорода H2Sx (2 ≤ x ≤ 23), называемые сульфанами. Это – жёлтые маслянистые жидкости, образующиеся при действии кислот на полисульфид натрия:

Na2Sx + 2 HCl  2 NaCl + H2Sx .

Сульфаны неустойчивы и легко распадаются с выделением сероводорода и серы:

H2Sx  H2S + (x–1) S .

Графическая формула дисульфида водорода: H–S–S–H. Железный колчедан, или пирит FeS2, применяемый в производстве серной кислоты, представляет собой дисульфид железа (II).