Сера
При быстром охлаждении жидкой серы или ее пара существующие в них равновесия не успевают сместиться. Образующаяся твердая фаза (т. пл. около 110 °С) содержит серу двух типов — растворимую (Sl) и нерастворимую (Sm) в сероуглероде. Примесью Sm обусловлена, в частности, неполная растворимость в СS2, серного цвета. Еще гораздо больше Sm содержит похожая по тягучести на резину коричневая ”пластическая” сера, получаемая вливанием ее нагретого выше 300 °С расплава в холодную воду. Вытянутые нити пластической серы слагаются из цепей Sm строение которых показано на рис. 5. При хранении пластическая сера быстро твердеет, но полностью переходит в Sl крайне медленно.
Данные по растворимости серы (Sa) в сероуглероде и бензоле приводятся ниже (г серы в 100 г насыщенного раствора):
|
Температура, °С |
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
|
Растворимость в СS2 |
18,0 |
29,5 |
50,0 |
66,0 |
79,0 |
92,0 |
|
Растворимость в С6Н6 |
1,0 |
1,7 |
3,2 |
6,0 |
10,5 |
17,5 |
Хорошо растворяется сера в скипидаре. Более или менее растворима она и во многих других органических жидкостях. Например, 100 г эфира растворяют при обычных условиях около 0,2 г серы.
Чистая сера не ядовита. Прием внутрь небольших ее количеств способствует рассасыванию нарывов и полезен, в частности, при геморрое. В дозах порядка 1 г она иногда назначается как слабительное. Организм человека не обнаруживает привыкания к сере, но длительное ее потребление может неблагоприятно отразиться на работе печени и кишечника. Очень мелко раздробленная (осажденная) сера входит в состав ряда мазей, предназначаемых для ухода за кожей и лечения кожных заболеваний.
Интересны опыты использования серы в строительстве. Расплавленную серу смешивают со стеклянным волокном и охлаждают. Получается прочный строительный материал, не пропускающий влагу и холод.
Сера может служить простейшим примером электрета, вещества, способного длительно сохранять электрический заряд (в том числе разного знака на противоположных поверхностях) и создавать электрическое поле в окружающем пространстве. Электретное состояние обычно достигается нагреванием и последующим охлаждением пластин из подходящего вещества в достаточно сильном электрическом поле. Электреты являются как бы электрическими аналогами постоянных магнитов и находят разнообразное практическое использование.
Наиболее характерным для серы валентным состояниям отвечают значности -2, 0, +4 и +6. Схема окислительно-восстановительных потенциалов, соответствующих переходам между ними, дается ниже:
Значность -2 0 +4 +6
Кислая среда +0,14 +0,45 +0,17
Щелочная среда -0,48 -0,61 -0,91
На холоду сера сравнительно инертна (энергична соединяясь только со фтором), но при нагревании становится весьма химически активной — реагирует с хлором и бромом (но не с иодом), кислородом, водородом и металлами. В результате реакций последнего типа образуются соответствующие сернистые соединения, например:
Fe + S = FeS + 96 кДж
С водородом сера в обычных условиях не соединяется. Лишь при нагревании протекает обратимая реакция:
Н2 + S = H2S + 21 кДж
равновесие которой около 350 °С смещено вправо, а при повышении температуры смещается влево. Практически сероводород получают обычно действием разбавленных кислот на сульфид железа:
FeS + 2 HСl = FeCl2 + H2S
Молекула Н2S имеет структуру равнобедренного треугольника с атомом серы в центре [d(HS) = 133 пм, ÐHSH = 92°]. Сероводород представляет собой бесцветный и весьма ядовитый газ, уже 1 часть которого на 100 000 частей воздуха обнаруживается по его характерному запаху (тухлых яиц).
Один объём воды растворяет в обычных условиях около 3 объемов сероводорода (с образованием приблизительно 0,1 М раствора (сероводородной воды). При нагревании растворимость понижается. Подожженный на воздухе сероводород сгорает по одному из следующих уравнений:
2 H2S + 3 O2 = 2 H2O + 2 SO2 + 1125 кДж (при избытке кислорода)
2 H2S + O2 = 2 H2O + 2 S + 531 кДж (при недостатке кислорода).
|
Рис. 6. Растворимость сероводорода (объемы на 1 объём воды). |
