Сера

Строение и свойства атомов. Атомы серы, как и атомы кислорода и всех остальных элементов главной подгруппы VI группы, содержат на внешнем энергетическом уровне 6 электронов, из которых 2 электрона неспаренные. Однако по сравнению с атомами кислорода атомы серы имеют больший радиус, меньшее значение электроотрицательности, поэтому проявляют выраженные восстановительные свойства, образуя соединения со степенями окисления +2, +4, +6. По отношению к менее электроотрицательным элементам (водород, металлы) сера проявляет окислительные свойства и приобретает степень окисления -2.

Сера — простое вещество. Для серы, как и для кислорода , характерна аллотропия. Известно много модификаций серы с циклическим или линейным строением молекул различного состава.

Наиболее устойчива модификация, известная под названием ромбической серы, состоящая из молекул S8. Ее кристаллы имеют вид октаэдров со срезанными углами. Они окрашены в лимонно-желтый цвет и полупрозрачны, температура плавления 112,8 °С. В эту модификацию при комнатной температуре превращаются все другие модификации. Известно, например, что при кристаллизации из расплава сначала получается моноклинная сера (игольчатые кристаллы, температура плавления 119,3 °С), которая затем переходит в ромбическую. При нагревании кусочков серы в пробирке она плавится, превращаясь в жидкость желтого цвета. При температуре около 160 °С жидкая сера начинает темнеть и становится настолько густой и вязкой, что даже не выливается из пробирки, однако при дальнейшем нагревании превращается в легкоподвижную жидкость, но сохраняет прежний темно-коричневый цвет. Если ее вылить в холодную воду, она застывает в виде прозрачной ре-зинообразной массы. Это пластическая сера. Ее можно получить и в виде нитей. Однако через несколько дней она также превращается в ромбическую серу.

Сера не растворяется в воде. Кристаллы серы в воде тонут, а вот порошок плавает на поверхности воды, так как мелкие кристаллики серы водой не смачиваются и поддерживаются на плаву мелкими пузырькамивоздуха . Это процесс флотации. Сера малорастворима в этиловом спирте и диэтиловом эфире, хорошо растворяется в сероуглероде.

При обычных условиях сера реагирует со всеми щелочными и щелочноземельными металлами, медью, ртутью, серебром.

Эта реакция лежит в основе удаления и обезвреживания разлитой ртути, например, из разбитого термометра. Видимые капли ртути можно собрать на лист бумаги или на медную пластинку. Ту ртуть, которая попала в щели, нужно засыпать порошком серы. Такой процесс называют демеркуризацией.

При нагревании сера реагирует и с другими металлами (Zn, Аl, Fе), и только золото не взаимодействует с ней ни при каких условиях.

Окислительные свойства сера проявляет и с водородом, с которым реагирует при нагревании.

Сера (лат. – Sulfur, S) – макроэлемент. В нашем организме ее довольно много. Вся она входит в состав многих органических соединений. Формирует структуру белков, активирует ферменты, повышает иммунитет. Это положительно сказывается на состоянии всех тканей и систем органов.

История открытия

Этот неметалл был известен человечеству с древнейших времен. Его применяли в бытовых, медицинских, и военных целях. Соединения серы использовали для отбеливания тканей, лечения кожных заболеваний, в производстве косметических средств.

Входила в состав греческого огня, зажигательного вещества, предназначавшегося для уничтожения неприятеля. Она шла на изготовление черного дымного пороха, который помимо военных целей нашел применение в производстве фейерверков.

Не обошлось и без мистики. Алхимики использовали серу для поисков философского камня. Как и всякое горючее вещество, ее считали даром божьим. Сгорание её в атмосфере сопровождалось образованием сернистого ангидрида, SO 2 . Этот удушливый газ обладал неприятным запахом. Точно так же неприятен был и другой газ – сероводород, H 2 S, источавший аромат тухлых яиц. По тогдашним представлениям такие неприятные запахи могли исходить только от самого дьявола.

В старину серу выплавляли из металлических руд, в состав которых она входила. При нагревании руды выделялось вещество, и застывало в виде светло-желтых кристаллов. Происхождение названия точно не известно. Полагают, что лат. Sulfur берет свое название от индоевропейского слова, обозначающего горючее вещество. То же самое касается и славянского «сера». Хотя некоторые считают его производным от старославянского «сира», светло-желтый.

Физические и химические свойства

В таблице Менделеева S значится под №16, и расположена в 16 группе, в 3 периоде. Ее атомная масса равна 32. На внешней орбите атома серы вращаются 6 электронов. До наполнения орбиты не хватает 2 электронов.

При взаимодействии с некоторыми веществами она присоединяет эти 2 электрона, являясь при этом двухвалентной. Но радиус атома серы сравнительно большой. Поэтому она может не только присоединять, но и отдавать электроны, и ее валентность колеблется от 2 до 6.

В обычном состоянии S представляет собой твердые, но хрупкие светло-желтые кристаллы с температурой плавления 112,5 0 С и плотностью около 2 г/см 3 . Молекула состоит из 8 атомов, и по конфигурации напоминает корону. В зависимости от режима нагревания она приобретает несколько аллотропных модификаций – разновидностей, отличающихся физическими свойствами и молекулярной структурой.

Сера не растворима в воде, но хорошо растворяется в ряде органических растворителей, в т.ч. в спирте и в бензине. Очень плохо проводит тепло и электрический ток. В природе может встречаться как в чистом виде (самородная сера), так и в виде соединений, сульфидов и сульфатов. Серосодержащие соединения входят в состав горных пород, растворены в воде морей, озер. Земная кора содержит 4,3 Х 10 -3 % серы. По этому показателю среди других элементов таблицы Менделеева она занимает 15 место. Однако в глубжележащих слоях земли, в мантии, её значительно больше.

Физиологическое действие

Казалось бы, какой может быть толк для нашего здоровья от горючего вещества, многие соединения которого обладают неприятным запахом, и оказывают удушающее действие. Но ведь сера является макроэлементом, и ее содержание в организме взрослого человека составляет около 140 г. Больше только двух других макроэлементов – кальция и фосфора.

Данное вещество в нашем организме вовсе не является балластом. Ведь Природа ничего не делает зря, каждый шаг ее продуман, и каждый элемент играет свою роль. Но какая роль у серы? Никакая. Тогда какие позитивные эффекты она оказывает? Все.

Парадокс этот лишь кажущийся. Да, сама по себе, взятая в чистом виде, сера, возможно, и не приносит пользу. Зато в соединениях она проявляет себя во всей своей красе. Достаточно упомянуть о сульфгидрильных группах. Эти группы (тиоловые группы, SH-группы) образованы остатками аминокислоты цистина.

Это протеиногенная аминокислота, т.е., та, что входит в состав белков. Сульфгидрильные группы, как следует из названия и обозначения, состоят из атомов водорода и серы. Две соседние SН-группы образуют т.н. дисульфидные мостики или дисульфидные группы (S-S-группы), состоящие из двух атомов серы.

Вот эти дисульфидные группы формируют структуру белков. Каждый белок по сути своей является полипептидом – соединением большого количества пептидов, образованных аминокислотными остатками. Последовательность пептидов в цепи – это первичная структура. Цепь спирально закручивается – это вторичная структура. Спирально закрученная цепь может принимать различные формы (нить, клубок) – это третичная структура. Наконец, молекулы ряда белков могут быть образованы не одной, а несколькими полипептидными цепями, которые соединяются между собой в строго определенных местах. Это четвертичная структура белка.

Третичная и четвертичная структуры определяют пространственную конфигурацию или конформацию белковой молекулы. Именно от конформации зависят свойства белка. Под действием температуры, химических соединений, и других фактов третичная и четвертичная структуры нарушаются. Данный процесс именуют денатурацией белка. Денатурированный белок утрачивает свои свойства.

Сера в составе сульфгидрильных групп и дисульфидных мостиков формирует своего рода жесткий каркас, который помогает молекуле белка сохранить конформацию. Благодаря этому белок сохраняет свойства.

Известно, что ферменты, эти катализаторы биохимических реакций, являются белками. Следовательно, сера помогает ферментам сохранить их активность. И это действительно так. Под действием повреждающих факторов дисульфидные мостики разрушаются, и фермент инактивируется.

Ферменты – это не полностью белки. В них присутствует небелковая часть, кофермент. В роли коферментов могут выступать витамины, витаминоподобные вещества, другие органические соединения, и даже металлы (металлоферменты). Сульфгидрильные группы обеспечивают связь апофермента (беловой составляющей фермента) и кофермента.

Ценность серы не ограничивается формирование сульфгидрильных групп и дисульфидных мостиков. Она входит в состав многих других биологически активных веществ. К серосодержащим аминокислотам помимо вышеупомянутого цистеина и его производного цистина относятся тауирн и метионин. Таурин – составная часть таурохолевой кислоты, одного из желчных компонентов. А производное метионина, S -Метилметионин, более известный как вит. U, оказывает антиульцерогенное действие – предотвращает развитие язвенной болезни желудка и 12-перстной кишки.

В составе этих соединений S регулирует функцию систем органов, и влияет на жизненно важные процессы:

Сердечно-сосудистая система

• нормализует артериальное давление (АД) и предотвращает развитие гипертонической болезни
• укрепляет сосудистые стенки
• предупреждает развитие сосудистого атеросклероза
• повышает силу сердечных сокращений.

Кровь

• стимулирует синтез эритроцитов
• в составе гемоглобина обеспечивает транспорт кислорода и углекислого газа
• нормализует свертывание крови
• предотвращает патологическое тромбообразование.

Дыхательная система

• предотвращает спазм бронхов
• улучшает газообмен в легочных альвеолах.

Пищеварительная система

• участвует в нейтрализации токсинов печенью и их последующем выведении с желчью через кишечник
• укрепляет слизистые оболочки ЖКТ (желудочно-кишечного тракта)
• предотвращает развитие воспалительных процессов и язвообразования
• эмульгирует жиры и улучшает их всасывание в тонком кишечнике
• облегчает всасывание других питательных веществ (нутриентов) в ЖКТ
• улучшает перистальтику ЖКТ
• позитивно влияет на состояние физиологической микрофлоры кишечника, синтезирующей витамины группы В
• улучшает перистальтику ЖКТ, способствует формированию каловых масс.

Нервная система

• улучшает мозговой кровоток, препятствует формированию тромбов в мозговых сосудах
• позитивно влияет на эмоционально-волевую сферу
• улучшает мышление и память
• нормализует сон
• замедляет возрастные дегенеративные изменения с исходом в болезнь Альцгеймера
• оказывает противосудорожное действие.

Опорно-двигательный аппарат

• повышает мышечную силу и выносливость
• укрепляет связочный аппарат, кости суставные связки
• уменьшает интенсивность суставных и мышечных болей
• снижает риск костных переломов, а при состоявшихся переломах ускоряет срастание костных отломков
• предотвращает развитие артритов.

Кожа и придатки

• повышает прочность и эластичность кожи
• аналогичным образом действует на волосы, предотвращая их выпадение
• в составе меланина защищает кожу от повреждающего действия солнечных лучей
• ускоряет заживление раневых повреждений кожи
• замедляет процессы естественного старения с появлением морщин, растяжек, пигментных пятен.

Мочеполовая система

• наряду с другими факторами регулирует процессы фильтрации и реабсорбции (обратного всасывания) в почечных канальцах с образованием мочи
• способствует удалению с мочой токсических веществ и продуктов обмена
• предотвращает появление тканевых отеков
• у мужчин обеспечивает сперматогенез, у женщин – овуляцию, нормализует менструальный цикл
• в родах в составе окситоцина повышает сократительную активность матки, предотвращает развитие кровотечений в родах и в послеродовом периоде
• у обоих полов формирует либидо.

Обмен веществ

• в составе ферментов и гормонов участвует во всех видах обмена: белковом, углеводном, жировом (липидном), и водно-солевом
• регулирует анаболизм и катаболизм (синтез и расщепление) белков
• предотвращает ожирение и сахарный диабет
• нормализует кислотно-основной баланс
• предотвращает чрезмерное закисление (ацидоз) и ощелачивание (алкалоз) в тканях при различных патологических процессах.

Другие эффекты

Сера включена в состав антител-иммуноглобулинов, обеспечивающих специфический гуморальный иммунитет против патогенных бактерий, вирусов, грибков. Кроме того, она входит в состав лизоцима. Этот фермент в организме человека тоже уничтожает патогенные бактерии. S включена в состав многих антиоксидантных систем. Она угнетает свободнорадикальное окисление, в ходе которого повреждаются мембраны клеток.

Благодаря этому макроэлементу поврежденные клеточные мембраны восстанавливаются. Она уменьшает тяжесть воспалительных реакций с болью и повышением температуры. Она угнетает все 3 фазы воспаления:

1. альтерацию (повреждение)
2. экссудацию (появление жидкостного выпота)
3. пролиферацию (патологический клеточный рост).

S повышает устойчивость организма к действию ионизирующей радиации, и снижает риск появления злокачественных опухолей. В общем, сера объединила в себе все позитивные черты ферментов, аминокислот, витаминов, в состав которых она входит.

Суточная потребность

Организму взрослого человека для нормальной жизнедеятельности необходимо 0,5-1,2 г. серы. Хотя некоторые считают, что потребность в этом макроэлементе значительно выше. Приводят цифры 3-4 г, и даже 4-5 г. Вероятно, многое зависит от состояния здоровья и образа жизни. Интенсивные занятия спортом, физические нагрузки, восстановление после тяжелых заболеваний и переломов, беременность – все это повышает потребность в S.

Причины и признаки дефицита

Специфических причин, приводящих только лишь к дефициту серы, не существует. Недостаток этого макроэлемента может быть связан с малым количеством серосодержащих аминокислот. Некоторые из них, в частности, метионин, являются для нас незаменимыми, и поступают в организм только в составе пищи.

Но недостаток метионина сам по себе вряд ли приведет к снижению уровня серы в организме. Ведь этот макроэлемент присутствует во многих животных и растительных продуктах, и к его дефициту может привести разве что полное голодание или жесткие ограничительные диеты.

Среди других причин:

• тяжелые заболевания
• повышенные физические нагрузки
• болезни ЖКТ, дисбактериоз
• беременность
• врожденный дефицит некоторых ферментов, ответственных за усваивание серосодержащих продуктов.

Признаки дефицита столь же неспецифичны, как и его причины. Пациенты могут жаловаться на общую слабость, низкую работоспособность. Этому же способствует снижение мышечного тонуса и силы. Со стороны опорно-двигательного аппарата отмечается остеопороз, частые артрозы и артриты.

Возрастает риск сердечно-сосудистых заболеваний (гипертоническая болезнь, атеросклероз), ожирения, сахарного диабета, а также онкологических заболеваний. Из-за низкого иммунитета появляется восприимчивость к инфекциям. В результате пищеварительных расстройств ухудшается усваивание других нутриентов. Дети отстают в росте и в развитии.

Продукты содержащие серу

Больше всего серы находится в пище, богатой белком, где она включена в состав аминокислот. Поэтому основными поставщиками этого макроэлемента для нас являются животные продукты – мясо и мясные субпродукты, прежде всего, печень. Но и в растительных белках, содержащихся в бобовых, зерновых, орехах, её тоже немало.

Также сера в виде сульфатов и сероводорода присутствует в минеральных водах. Правда, сульфатные воды принимают в строго определенных целях для лечения расстройств ЖКТ, где они оказывают желчегонное и послабляющее действие. Что касается сероводородных вод, они и вовсе не предназначены для приема внутрь. Их используют наружно в качестве ванн.

Синтетические аналоги

В медицинских целях используют очищенную, неочищенную, и коллоидную серу. Очищенная сера (Sulfur depuratum) или Серный цвет (Flos sulfuris) представляет собой нерастворимый в воде желто-лимонный порошок. Очищенная оказывает комплексное действие:

Препараты очищенной серы могут применяться как внутрь, в виде порошка, так и наружно, в виде присыпок и мазей. Очищенная S для употребления внутрь показана при расстройствах ЖКТ, сопровождающихся запорами, а также при частых ангинах, бронхитах, и других простудных заболеваниях.

Любопытный факт: некогда, еще в советские времена, была инъекционная форма очищенной серы – Сульфозин. Его использовали в качестве пирогенной терапии.

Внутримышечные инъекции Сульфозина сопровождались резким скачком температуры. По замыслу это должно было сопровождаться антимикробным эффектом и ускорением обменных процессов.

Поэтому Сульфозин использовали в лечении некоторых видов инфекций, в частности, сифилиса, а также при органических расстройствах ЦНС. Но самую громкую и недобрую славу препарат приобрел после его использования в психиатрии. Инъекции Сульфозина (на сленге – сульфы) очень болезненны.

Поэтому к ним прибегали для устранения психомоторного возбуждения у душевнобольных, а также для «лечения» инакомыслящих. В настоящее время терапия Сулфозином признана неэффективной и варварской, и препарат остался в прошлом.

Коллоидная сера (Sulfur colloidale) также используется в дерматологической практике. Будучи водорастворимой, она более эффективна, чем очищенная и осажденная.

В лечении кожных заболеваний, а также некоторых видов химических ожогов, хорошо себя зарекомендовал другой серосодержащий препарат – Натрия тиосульфат. Но показания к применению Натрия тиосульфата не ограничиваются только лишь кожей.

Его принимают внутрь и вводят внутривенно как антидот (противоядие) при отравлении солями тяжелых металлов. Натрия тиосульфат назначают при аллергиях, некоторых заболеваниях опорно-двигательного аппарата. Доказана его результативность в лечении определенных форм женского бесплодия.

Сероводород, будучи токсичным, в терапевтических концентрациях тоже позитивное влияет на организм. Его применяют в виде ванн. Растворенный в воде газ проникает через кожу, и оказывает лечебное действие.

Сероводородные ванны показаны при заболеваниях кожи, ЖКТ, опорно-двигательного аппарата, мужской и женской репродуктивной системы. Их принимают в рамках комплексного лечения гипертонической болезни, сахарного диабета.

Помимо этого сера включена в состав многих других препаратов – БАДов, гомеопатических средств, косметики.

Метаболизм

Значительная часть S поступает в организм в составе серосодержащих аминокислот. Некоторое количество может быть представлено неорганической формой, в виде солей серной и сернистой кислот, сульфатов и сульфитов.

Органическая сера всасывается в тонком кишечнике намного лучше, в то время как значительная часть неорганических соединений, так и не всосавшись, выделяется через кишечник.

Примечательно, что некоторая часть S используется микрофлорой кишечника для собственных нужд. При этом образуется газ сероводород, обладающий неприятным запахом тухлых яиц. Сероводород наряду с другими компонентами придает зловоние кишечным газам.

Сероводород может образовываться и в желудке при заболеваниях, сопровождающихся замедлением эвакуации и застоем пищи. При этом пациенты жалуются на характерную отрыжку тухлыми яйцами. В небольших концентрациях этот газ оказывает позитивное действие. При раздражении кишечника сероводородом рефлекторно запускается перистальтика.

Серосодержащие соединения способны поступать в организм через кожу и через легкие. Значительная часть макроэлемента сосредоточена в тканях, где наиболее интенсивно протекают обменные процессы. Это скелетные мышцы, миокард, печень, кости, головной мозг. В крови сера находится в гемоглобине эритроцитов и в альбумине плазмы. Хотя некоторое ее количество растворено непосредственно в плазме.

Здесь, как и в других биологических жидкостях организма, она в основном присутствует в виде сулфат-анионов, отрицательно заряженных ионов SO 4 . В других тканях она находится в органической и в неорганической форме – в виде сульфитов, сульфатов, тиоэфиров, тиолов, тиоцианатов, тиомочевины.

Довольно много S сосредоточено в коже, в основном, в коллагене и в меланине. Выводится сера преимущественно с мочой в чистом виде или в виде сульфатов.

Взаимодействие с другими веществами

Свинец, молибден, барий, селен, мышьяк, ухудшают усваивание серы. Фтор и железо, напротив, позитивно влияют на этот процесс.

Признаки избытка

Даже при чрезмерном употреблении серосодержащих продуктов добиться избытка серы в организме невозможно. Да и сама по себе в чистом виде S не токсична, чего не скажешь о серосодержащих соединениях. Некоторые из них, в т.ч. сероводород, диоксид серы, в газообразном состоянии присутствуют в промышленных выбросах в атмосферу.

Сероводород может выделяться в составе вулканических газов, или же образовываться в процессе гниения белковых субстанций. Вдыхание этих веществ приводит к печальным последствиям. Так, сероводород блокирует ферменты, осуществляющие тканевое дыхание. В этом отношении он действует подобно другим ядам, цианидам.

А диоксид серы, вступая в реакцию с атмосферной влагой, образует серную кислоту, которая при вдыхании вызывает деструкцию легочной ткани. Вдыхание серосодержащих газов в высокой концентрации быстро приводит к удушью, потере сознания, судорогам, и к гибели.

Но даже хроническая интоксикация этими веществами в малых количествах не сулит ничего хорошего. Поражается кожа и слизистые оболочки дыхательных путей, глаз, полости рта, ЖКТ.

Это проявляется хроническим бронхитом, эмфиземой легких. Со стороны глаз отмечается снижение остроты зрения, хронический конъюнктивит. На коже формируется экзема, дерматиты с покраснением и сыпью. Пациенты жалуются на общую слабость, снижение мыслительных способностей.

Поражение ЖКТ, печени, проявляется тошнотой, снижением аппетита, неустойчивым стулом. У таких пациентов велика опасность злокачественной онкологии.

Для снижения токсичности серосодержащих продуктов рекомендуется в больших количествах употреблять яйца, твердые сорта сыра, мясо птицы, жирную свинину, говядину.

Однако при употреблении пищевых продуктов подстерегает другая опасность. Дело в том, что диоксид серы в качестве консерванта присутствует во многих кондитерских изделиях, копченостях, сухофруктах, алкогольных и безалкогольных напитках, фруктовых соках. И даже длительно хранящиеся в складских помещениях «свежие» овощи и фрукты содержат этот консервант. Его обозначают как Е220. Это не что иное, как диоксид серы.

Правда, производители и реализаторы пищевой продукции уверяют, что количество Е220 в продуктах ничтожно мало, и потому он нисколько не опасен. А чтобы нанести вред здоровью, нужно съесть огромное количество такой пищи.

Но ведь рацион современного человека, проживающего в городской черте, практически полностью состоит из таких продуктов. Поэтому уверения в безопасности серосодержащих консервантов вызывают большие сомнения.

Халькогены — группа элементов, к которой относится сера. Ее химический знак — S — первая буква латинского названия Sulfur. Состав простого вещества записывают с помощью этого символа без индекса. Рассмотрим основные моменты, касающиеся строения, свойств, получения и применения данного элемента. Характеристика серы будет представлена максимально подробно.

Общие признаки и различия халькогенов

Сера относится к подгруппе кислорода. Это 16-я группа в современной длиннопериодной форме изображения периодической системы (ПС). Устаревший вариант номера и индекса — VIA. Названия химических элементов группы, химические знаки:

• кислород (О);
• сера (S);
• селен (Se);
• теллур (Te);
• полоний (Po).

Внешняя электронная оболочка вышеперечисленных элементов устроена одинаково. Всего она содержит 6 которые могут участвовать в образовании химической связи с другими атомами. Водородные соединения отвечают составу H 2 R, например, H 2 S — сероводород. Названия химических элементов, образующих с кислородом соединения двух типов: сера, селен и теллур. Общие формулы оксидов этих элементов — RO 2 , RO 3 .

Халькогенам соответствуют простые вещества, которые значительно отличаются по физическим своствам. Наиболее распространенные в земной коре из всех халькогенов — кислород и сера. Первый элемент образует два газа, второй — твердые вещества. Полоний — радиоактивный элемент — редко встречается в земной коре. В группе от кислорода до полония неметаллические свойства убывают и возрастают металлические. Например, сера — типичный неметалл, а теллур обладает металлическим блеском и электропроводностью.

Элемент № 16 периодической системы Д.И. Менделеева

Относительная атомная масса серы — 32,064. Из природных изотопов наиболее распространен 32 S (более 95% по массе). Встречаются в меньших количествах нуклиды с атомной массой 33, 34 и 36. Характеристика серы по положению в ПС и строению атома:

• порядковый номер — 16;
• заряд ядра атома равен +16;
• радиус атома — 0,104 нм;
• энергия ионизации —10,36 эВ;
• относительная электроотрицательность — 2,6;
• степень окисления в соединениях — +6, +4, +2, -2;
• валентности — II(-),II(+), IV(+), VI (+).

Сера находится в третьем периоде; электроны в атоме располагаются на трех энергетических уровнях: на первом — 2, на втором — 8, на третьем — 6. Валентными являются все внешние электроны. При взаимодействии с более электроотрицательными элементами сера отдает 4 или 6 электронов, приобретая типичные степени окисления +6, +4. В реакциях с водородом и металлами атом притягивает недостающие 2 электрона до заполнения октета и достижения устойчивого состояния. в этом случае понижается до -2.

Физические свойства ромбической и моноклинной аллотропных форм

При обычных условиях атомы серы соединяются между собой под углом в устойчивые цепи. Они могут быть замкнуты в кольца, что позволяет говорить о существовании циклических молекул серы. Состав их отражают формулы S 6 и S 8 .

Характеристика серы должна быть дополнена описанием различий между аллотропными модификациями, обладающими разными физическими свойствами.

Ромбическая, или α-сера — наиболее стабильная кристаллическая форма. Это ярко-желтые кристаллы, состоящие из молекул S 8 . Плотность ромбической серы составляет 2,07 г/см3. Светло-желтые кристаллы моноклинной формы образованы β-серой с плотностью 1,96 г/см3. Температура кипения достигает 444,5°С.

Получение аморфной серы

Какого цвета сера в пластическом состоянии? Это темно-коричневая масса, совершенно не похожая на желтый порошок или кристаллы. Для ее получения нужно расплавить ромбическую или моноклинную серу. При температуре выше 110°С образуется жидкость, при дальнейшем нагревании она темнеет, при 200°С становится густой и вязкой. Если быстро вылить расплавленную серу в холодную воду, то она застынет с образованием зигзагообразных цепей, состав которых отражает формула S n .

Растворимость серы

Некоторые модификации в сероуглероде, бензоле, толуоле и жидком аммиаке. Если медленно охладить органические растворы, то образуются игольчатые кристаллы моноклинной серы. При испарении жидкостей выделяются прозрачные лимонно-желтые кристаллы ромбической серы. Они хрупкие, их легко можно смолоть в порошок. Сера не растворяется в воде. Кристаллы опускаются на дно сосуда, а порошок может плавать на поверхности (не смачивается).

Химические свойства

В реакциях проявляются типичные неметаллические свойства элемента № 16:

• сера окисляет металлы и водород, восстанавливается до иона S 2- ;
• при сгорании на воздухе и кислороде образуются ди- и триоксид серы, которые являются ангидридами кислот;
• в реакции с другим более электроотрицательным элементом — фтором — сера тоже теряет свои электроны (окисляется).

Свободная сера в природе

По распространенности в земной коре сера находится на 15 месте среди химических элементов. Среднее содержание атомов S в составляет 0,05% от массы земной коры.

Какого цвета сера в природе (самородная)? Это светло-желтый порошок с характерным запахом или желтые кристаллы, обладающие стеклянным блеском. Залежи в виде россыпи, кристаллические пласты серы встречаются в районах древнего и современного вулканизма: в Италии, Польше, Средней Азии, Японии, Мексике, США. Нередко при добыче находят красивые друзы и гигантские одиночные кристаллы.

Сероводород и оксиды в природе

В районах вулканизма на поверхность выходят газообразные соединения серы. Черное море на глубине свыше 200 м является безжизненным из-за выделения сероводорода H 2 S. Формула оксида серы двухвалентной — SO 2 , трехвалентной — SO 3 . Перечисленные газообразные соединения присутствуют в составе некоторых месторождений нефти, газа, природных вод. Сера входит в состав каменного угля. Она необходима для построения многих органических соединений. При гниении белков куриного яйца выделяется сероводород, поэтому часто говорят, что у этого газа запах тухлых яиц. Сера относится к биогенным элементам, она необходима для роста и развития человека, животных и растений.

Значение природных сульфидов и сульфатов

Характеристика серы будет неполной, если не сказать, что элемент встречается не только в виде простого вещества и оксидов. Наиболее распространенные природные соединения — это соли сероводородной и серной кислот. Сульфиды меди, железа, цинка, ртути, свинца встречаются в составе минералов сфалерита, киновари и галенита. Из сульфатов можно назвать натриевую, кальциевую, бариевую и магниевую соли, которые образуют в природе минералы и горные породы (мирабилит, гипс, селенит, барит, кизерит, эпсомит). Все эти соединения находят применение в разных отраслях хозяйства, используются как сырье для промышленной переработки, удобрения, стройматериалы. Велико медицинское значение некоторых кристаллогидратов.

Получение

Вещество желтого цвета в свободном состоянии встречается в природе на разной глубине. При необходимости серу выплавляют из горных пород, не поднимая их на поверхность, а нагнетая на глубину перегретый и Еще один метод связан с возгонкой из раздробленных горных пород в специальных печах. Другие способы предусматривают растворение сероуглеродом или флотацию.

Потребности промышленности в сере велики, поэтому для получения элементарного вещества используются его соединения. В сероводороде и сульфидах сера находится в восстановленной форме. Степень окисления элемента равна -2. Проводят окисление серы, повышая это значение до 0. Например, по методу Леблана сульфат натрия восстанавливают углем до сульфида. Затем из него получают сульфид кальция, обрабатывают его углекислым газом и парами воды. Образующийся сероводород окисляют кислородом воздуха в присутствии катализатора: 2H 2 S + O 2 = 2H 2 O +2S. Определение серы, полученной разными способами, порой дает низкие показатели чистоты. Рафинирование или очистку проводят дистилляцией, ректификацией, обработкой смесями кислот.

Применение серы в современной промышленности

Сера гранулированная идет на различные производственные нужды:

1. Получение серной кислоты в химической промышленности.
2. Производство сульфитов и сульфатов.
3. Выпуск препаратов для подкормок растений, борьбы с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур.
4. Серосодержащие руды на горно-химических комбинатах перерабатывают для получения цветных металлов. Сопутствующим производством является сернокислотное.
5. Введение в состав некоторых сортов сталей для придания особых свойств.
6. Благодаря получают резину.
7. Производство спичек, пиротехники, взрывчатых веществ.
8. Использование для приготовления красок, пигментов, искусственных волокон.
9. Отбеливание тканей.

Токсичность серы и ее соединений

Пылевидные частицы, обладающие неприятным запахом, раздражают слизистые оболочки носовой полости и дыхательных путей, глаза, кожу. Но токсичность элементарной серы считается не особенно высокой. Вдыхание сероводорода и диоксида может вызвать тяжелое отравление.

Если при обжиге серосодержащих руд на металлургических комбинатах отходящие газы не улавливают, то они поступают в атмосферу. Соединяясь с каплями и парами воды, оксиды серы и азота дают начало так называемым кислотным дождям.

Сера и ее соединения в сельском хозяйстве

Растения поглощают сульфат-ионы вместе с почвенным раствором. Снижение содержания серы ведет к замедлению метаболизма аминокислот и белков в зеленых клетках. Поэтому сульфаты применяют для подкормок сельскохозяйственных культур.

Для дезинфекции птичников, подвалов, овощехранилищ простое вещество сжигают или обрабатывают помещения современными серосодержащими препаратами. Оксид серы обладает антимикробными свойствами, что издавна находит применение в производстве вин, при хранении овощей и фруктов. Препараты серы используют в качестве пестицидов для борьбы с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур (мучнистой росой и паутинным клещом).

Применение в медицине

Большое значение изучению лечебных свойств желтого порошка придавали великие врачеватели древности Авиценна и Парацельс. Позже было установлено, что человек, не получающий достаточное количество серы с пищей, слабеет, испытывает проблемы со здоровьем (к ним относятся зуд и шелушение кожи, ослабление волос и ногтей). Дело в том, что без серы нарушается синтез аминокислот, кератина, биохимических процессов в организме.

Медицинская сера включена в состав мазей для лечения заболеваний кожи: акне, экземы, псориаза, аллергии, себореи. Ванны с серой могут облегчить боли при ревматизме и подагре. Для лучшего усвоения организмом созданы водорастворимые серосодержащие препараты. Это не желтый порошок, а мелкокристаллическое вещество белого цвета. При наружном использовании этого соединения его вводят в состав косметического средства для ухода за кожей.

Гипс давно применяется при иммобилизации травмированных частей тела человека. назначают как слабительное лекарство. Магнезия понижает артериальное давление, что используется в лечении гипертонии.

Сера в истории

Еще в глубокой древности неметаллическое вещество желтого цвета привлекало внимание человека. Но только в 1789 году великий химик Лавуазье установил, что порошок и кристаллы, найденные в природе, состоят из атомов серы. Считалось, что неприятный запах, возникающий при ее сжигании, отпугивает всякую нечисть. Формула оксида серы, который получается при горении, — SO 2 (диоксид). Это токсичный газ, его вдыхание опасно для здоровья. Несколько случаев массового вымирания людей целыми деревнями на побережьях, в низинах ученые объясняют выделением из земли либо воды сероводорода или диоксида серы.

Изобретение черного пороха усилило интерес к желтым кристаллам со стороны военных. Многие битвы были выиграны благодаря умению мастеров соединять серу с другими веществами в процессе изготовления Важнейшее соединение — серную кислоту — тоже научились применять очень давно. В средние века это вещество называли купоросным маслом, а соли — купоросами. Медный купорос CuSO 4 и железный купорос FeSO 4 до сих пор не утратили своего значения в промышленности и сельском хозяйстве.

Сера расположена в VIа группе Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
На внешнем энергетическом уровне серы содержится 6 электронов, которые имеют 3s 2 3p 4 . В соединениях с металлами и водородом сера проявляет отрицательную степень окисления элементов -2, в соединениях с кислородом и другими активными неметаллами – положительные +2, +4, +6. Сера – типичный неметалл, в зависимости от типа превращения может быть окислителем и восстановителем.

Нахождение серы в природе

Сера встречается в свободном (самородном) состоянии и связанном виде.

Важнейшие природные соединения серы:

FeS 2 - железный колчедан или пирит,

ZnS - цинковая обманка или сфалерит (вюрцит),

PbS - свинцовый блеск или галенит,

HgS - киноварь,

Sb 2 S 3 - антимонит.

Кроме того, сера присутствует в нефти, природном угле, природных газах, в природных водах (в виде сульфат-иона и обуславливает «постоянную» жёсткость пресной воды). Жизненно важный элемент для высших организмов, составная часть многих белков, концентрируется в волосах.

Аллотропные модификации серы

Аллотропия — это способность одного и того же элемента существовать в разных молекулярных формах (молекулы содержат разное количество атомов одного и того же элемента, например, О 2 и О 3 , S 2 и S 8 , Р 2 и Р 4 и т.д).

Сера отличается способностью образовывать устойчивые цепочки и циклы из атомов. Наиболее стабильны S 8 , образующие ромбическую и моноклинную серу. Это кристаллическая сера - хрупкое вещество жёлтого цвета.

Открытые цепи имеет пластическая сера, вещество коричневого цвета, которая получается при резком охлаждении расплава серы (пластическая сера уже через несколько часов становится хрупкой, приобретает жёлтый цвет и постепенно превращается в ромбическую).

1) ромбическая — S 8

t°пл. = 113°C; r = 2,07 г/см 3

Наиболее устойчивая модификация.

2) моноклинная — темно-желтые иглы

t°пл. = 119°C; r = 1,96 г/см 3

Устойчивая при температуре более 96°С; при обычных условиях превращается в ромбическую.

3) пластическая — коричневая резиноподобная (аморфная) масса

Неустойчива, при затвердевании превращается в ромбическую

Получение серы

1. Промышленный метод — выплавление из руды с помощью водяного пара.
2. Неполное окисление сероводорода (при недостатке кислорода):

2H 2 S + O 2 → 2S + 2H 2 O

1. Реакция Вакенродера:

2H 2 S + SO 2 → 3S + 2H 2 O

Химические свойства серы

Окислительные свойства серы
(S 0 + 2ē → S -2 )

1) Сера реагирует со щелочными без нагревания:

S + O 2 – t° → S +4 O 2

2S + 3O 2 – t °; pt → 2S +6 O 3

4) (кроме йода):

S + Cl 2 → S +2 Cl 2

S + 3F 2 → SF 6

Со сложными веществами:

5) c кислотами — окислителями:

S + 2H 2 SO 4 (конц) → 3S +4 O 2 + 2H 2 O

S + 6HNO 3 (конц) → H 2 S +6 O 4 + 6NO 2 + 2H 2 O

Реакции диспропорционирования:

6) 3S 0 + 6KOH → K 2 S +4 O 3 + 2K 2 S -2 + 3H 2 O

7) сера растворяется в концентрированном растворе сульфита натрия:

S 0 + Na 2 S +4 O 3 → Na 2 S 2 O 3 тиосульфат натрия