Сера (1093589), страница 2
Текст из файла (страница 2)
История открытия, применения. Мифы, легенды, предания.
Сера (англ. Sulfur, франц. Sufre, нем. Schwefel) в самородном состоянии, а также в виде сернистых соединений известна с самых древнейших времен. Она упоминается в Библии, поэмах Гомера и др. С запахом горящей серы, удушающим действием сернистого газа и отвратительным запахом сероводорода человек познакомился, вероятно, еще в доисторические времена. Именно из-за этих свойств сера использовалась жрецами в составе священных курений при религиозных обрядах. 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 ее в пиротехнических смесях, в частности, в смеси типа пороха. Горючесть серы, легкость, с которой она соединяется с металлами с образованием сульфидов (например, на поверхности кусков металла), объясняют то, что ее считали "принципом горючести" и обязательной составной частью металлических руд. Пресвитер Теофил (XI в.) описывает способ окислительного обжига сульфидной медной руды, известный, вероятно, еще 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 трех принципов алхимиков, а позднее "принцип горючести" явился основой теории флогистона. Элементарную природу Серы установил Лавуазье Антуан Лоран (26.8.1743, Париж, — 8.5.1794, Париж) и включил её в список неметаллических простых тел (1789). С введением пороха в Европе началось развитие добычи природной серы, а также разработка способа получения ее из пиритов; последний был распространен в древней Руси. Впервые в литературе он описан у Агриколы. Происхождение лат. Sulfur неясно. Полагают, что это название заимствовано от греков. В литературе алхимического периода сера часто фигурирует под различными тайными названиями. У Руланда можно найти, например, названия Zarnec (объяснение "яйца с огнем"), Thucios (живая сера), Terra foetida, spiritus foetens, Scorith, Pater и др. Древнерусское название "сера" употребляется уже очень давно. Под ним подразумевались разные горючие и дурно пахнущие вещества, смолы, физиологические выделения (сера в ушах и пр.). По-видимому, это название происходит от санскритского сirа (светло-желтый). С ним связано слово "серый", т. е. неопределенного цвета, что, в частности, относится к смолам. Второе древнерусское название серы - жупел (сера горючая) - тоже содержит в себе понятие не только горючести, но и дурного запаха. Как объясняют филологи, нем. Schwefel имеет санскритский корень swep (спать, англо-саксонское sweblan - убивать), что, возможно, связано с ядовитыми свойствами сернистого газа. В 1822 Э. Митчерлих Эйльхард (7.1.1794, Нёйенде, — 28.8.1863, Берлин), в 1833 получил в чистом виде бензол нагреванием бензойной кислоты с избытком извести; впервые приготовил нитробензол, азобензол и некоторые сульфокислоты бензола. В 1833 высказал предположение о каталитической роли серной кислоты в процессе этерификации, предложив назвать подобные реакции контактными. Член-корреспондент Петербургской АН (1829). Митчерлих обнаружил аллотропию Серы. [4],[5]
Свойство (по плану занятия).
-
Цвет: ярко-желтый, медово-желтый, восково-желтый, с бесцветной чертой.
-
Блеск: алмазный, смолистый, жирный.
-
Прозрачность: прозрачный.
-
Излом: раковистый.
-
Спайность: отсутствует (несовершенная).
-
Твердость (по Моосу): (1,5–2,5)
-
Плотность: 2,06 (ромбическая); 1,957 (моноклинная) г/см3 . [2]
Форма нахождения в природе.
Алунит, минерал из группы сложных сульфатов с добавочными анионами (OH)-. Химический состав Kal3[SO4]2(OH)6 иногда содержит примеси Na+ и Fe3+. Кристаллизуется в тригональной системе, кристаллы очень редки. Обычно встречается в виде тонкозернистых плотных или рыхлых землистых иногда волокнистых агрегатов. Цвет белый с сероватым, желтоватым и красноватым оттенком. Твердость по минералогической шкале 3,7—4,5, плотность 2600—2800 кг/м3. Образуется в результате переработки гидротермальными сернокислыми растворами кислых и средних вулканических пород, содержащих калиевые полевые шпаты, а также при действии сульфатных поверхностных вод на глинозёмистые породы. Алунитсодержащие породы служат источником для получения квасцов, глинозёма, калиевых солей и др.
Ангидрит, минерал химического состава Ca[SO4]. Система ромбическая. Обычны плотные массы или листоватые агрегаты. Редко встречаются кристаллы толсто-таблитчатые, призматические, иногда псевдокубические. Цвет белый, сероватый, голубоватый, красноватый. Голубой тонкозернистый А. — вульпинит, или бергамский мрамор. Блеск стеклянный, на плоскостях спайности — перламутровый. Твердость по минералогической шкале 3—3,5; плотность 2800 — 3000 кг/м3. В присутствии воды на воздухе гидратируется и переходит в гипс с приростом объёма до 30%. Основная масса А. образуется осадочным путём. Встречается в мергелях, содержащих залежи гипса, среди залежей калийных солей и значительно реже — в гидротермальных рудных жилах. Применяется как удобрение, в производстве вяжущих веществ (цементов) и для поделок.
Англезит, свинцовый купорос, минерал химического состава Pb[SO4]. Содержит 73,6% PbO. Известна разновидность, богатая BaO (8,45% ) — вейсбахит, или баритоанглезит. Кристаллы ромбической сингонии, обычно таблитчатые, реже короткостолбчатые или дипирамидальные. Чаще образует плотные зернистые или землистые массы. Цвет белый с жёлтым, серым и зелёным оттенками, обусловленными примесями; блеск алмазный. Твердость по минералогической шкале 2,5—3, плотность 6100—6400 кг/м3.
Англезит образуется главным образом в зонах окисления свинцово-цинковых сульфидных месторождений при изменении галенита PbS, часто в ассоциации с церусситом PbCO3. Гидротермальным путём образуется в условиях смешения рудоносных растворов с поверхностными водами, насыщенными свободным кислородом. Руда для выплавки свинца.
Барит, тяжёлый шпат, минерал, природный сульфат бария (BaSO4). Содержит 65,7% BaO и 34,3% SO3. В качестве примесей отмечаются стронций, свинец и кальций. Кристаллизуется в ромбической системе. Обычно встречается в виде сплошных крупнокристаллических масс, а также плотных зернистых или радиальнолучистых агрегатов. Цвет зависит от включений посторонних веществ (гидраты окислов железа, органические вещества и т.д.). Твердость по минералогической шкале 3—3,5; плотность 4300—4700 кг/м3. Блеск стеклянный.
В природе наиболее часто Б. встречается в гидротермальных месторождениях, сопровождая рудные сульфидные минералы, или образует собственно баритовые крупные жильные и метасоматические месторождения. Известен также в осадочных песчано-глинистых отложениях в виде конкреций. Б. используют для получения белых красок (литопон и др.), бариевых препаратов, специальной штукатурки, непроницаемой для рентгеновского излучения, а также как наполнитель в бумажной и резиновой промышленности.
Гипс (от греч. gýpsos — мел, известь), минерал, водная сернокислая соль кальция CaSO4 · 2H2O; в чистом виде содержит 32,56% СаО, 46,51% SO3 и 20,93% H2O. Кристаллизуется в моноклинной системе. Структура кристаллической решётки Г. относится к типу слоистой. Двойные слои состоят из тетраэдров [SO4], связанных через кальций. Кристаллы пластинчатые, столбчатые (одиночные или сросшиеся в виде двойников — т. н. ласточкин хвост), игольчатые и волокнистые. Встречается преимущественно в виде сплошных зернистых (алебастр) и волокнистых (селенит) масс, а также различных кристаллических групп (гипсовые цветы и пр.). Чистый Г. бесцветен и прозрачен, при наличии примесей имеет серую, желтоватую, розоватую, бурую и др. окраски. Твёрдость по минералогической шкале 1,5; плотность 2300 кг/м3, растворимость 2,05 г/л при 20°С (наибольшая — между 32 и 41°С). Осаждается из водных растворов, богатых сульфатными солями (при усыхании морских лагун и солёных озёр). Г. выпадает при относительно небольшой солёности, при её повышении вместо Г. начинает выпадать безводный сернокислый кальций — ангидрит, а затем соли. Вследствие этого Г. часто встречается совместно с ангидритом, реже с галитом и др. солями. Многие месторождения образовались при гидратации ангидрита. Основные месторождения Г. относятся к осадочному типу и широко распространены в отложениях различного возраста. В СССР наиболее крупные месторождения находятся в Донбассе, Московской, Куйбышевской, Пермской областях, на Кавказе и в Средней Азии. Г. широко применяют для получения вяжущих материалов (Гипсовые вяжущие материалы); для изготовления гипсобетона, гипсовых и гипсобетонных изделий; как поделочный (селенит) и облицовочный камень; в производстве красок, эмали, глазури; для гипсования почвы; в медицине, оптике.
Мирабилит (от лат. mirabilis — удивительный; назван немецким химиком И. Р. Глаубером), глауберова соль, минерал из класса сульфатов, химический состав Na2[SO4] ×10H2O. Содержит 19,24 % Na2O; 24,85 % SO3; 55,91 % H2O. Кристаллы М. моноклинной системы, коротко призматические до игольчатых. М. также образует зернистые или порошковатые агрегаты и мелкокристаллические корочки. Легко растворим в воде, раствор обладает горько-солёным вкусом. В сухом виде быстро теряет воду и переходит в белый порошковидный безводный минерал — тенардит (Na2SO4). Твердость по минералогической шкале 1,5—2; плотность 1480 кгlм3. М. — типичный хемогенный продукт соляных озёр, мелководных заливов и горячих источников; образует также выцветы на почве. Ввиду плохой растворимости при низких температурах, особенно в присутствии NaCI, М. часто осаждается из соляных вод зимой, что и происходит в заливе Кара-Богаз-Гол в Каспийском море (СССР), Большом Солёном озере в штате Юта (США) и др. Ассоциирует с тенардитом, астраханитом, гипсом и галитом.
М. используется главным образом в химической промышленности для получения соды, едкого натра, в стекольной, красочной и других отраслях промышленности, а также в медицине (см. Глауберова соль).
Сульфаты природные, класс минералов, представляющих собой природные соли серной кислоты. Содержит около 150 минеральных видов; однако число устойчивых и широко распространённых С. п. в земной коре сравнительно невелико (ангидрит, барит, гипс, целестин, алунит, мирабилит, квасцы и др.). Химически С. п. представляют собой или простые безводные соли, либо большей частью простые или двойные соли с кристаллизационной водой или с добавочными анионами. Обобщённые формулы для последних имеют вид: Am [SO4] pZq× xH2O и AmBn [SO4] pZq x x H20, где А и В — катионы, а Z — добавочные анионы ([ОН]-, Cl-, [СОз]2-и др.). Важнейшие видообразующие катионы в С. п.: Fe (особенно Fe3+), Na+, К+, Cu2+, Mg2+, Al3+, Ca2+, Pb2+, Ва2+. Основная кристаллохимическая структурная единица С. п. — тетраэдр [SO4], в котором сера находится в центре. Анионы [SO4]2- всегда отделены др. катионами и анионами, поэтому среди С. п. резко доминируют островные структуры. Возникновение цепных или слоистых структур обусловлено либо наличием водородных или гидроксильных связей, либо сочетанием их с прочными комплексами (UO6 и др.). Большинство С. н. обладает низкой симметрией (ромбические, моноклинные, реже триклинные). Кристаллы С. п., как правило, имеют изометрический габитус. Цвет С. п. обусловлен ионами-хромофорами, минеральными включениями и наличием дефектов. Плотность С. п. от 1490 до 6920 кг/м3. Для С. п. характерны низкая твёрдость (2—3,5 по минералогической шкале), повышенная растворимость в воде (особенно С. п. с одновалентными катионами).
Почти все С. п. образуются в зоне гипергенеза и при седиментогенезе в крупных водных бассейнах. В гидротермальных месторождениях С. п. представлены баритом, реже встречаются другие безводные сульфаты — ангидрит, целестин и англезит. Многие С. п. (например, гипс, брошантит, ярозит, купоросы и др.) образуются в зоне окисления сульфидных месторождений, при сольфатарной деятельности вулканов (например, алунит); некоторые редкие С. п. (например, халькокианит) возникают в результате фумарольной деятельности.
С. п. находят широкое применение как сырьё для извлечения металлов (Ва, Sr, Pb, Al) в химической промышленности; при бурении — как утяжелитель глинистых растворов (барит); в резиновой, бумажной, лакокрасочной, сахарной промышленности; в стекольном и керамическом производстве; в строительном деле для изготовления цементов (гипс и ангидрит), а также в фармацевтической, кожевенной, текстильной и др. отраслях промышленности. Некоторые С. п. используют для получения калийных удобрений.
Сульфиды природные, класс минералов — сернистых соединений металлов. С. п. составляют около 0,15% (по массе) земной коры, насчитывают свыше 200 минеральных видов. К С. п. близки селениды природные, теллуриды природные, арсениды природные, а также антимониды, висмутиды. В качестве главных видообразующих элементов в С. п. находятся Pb, Cu, Sb, As, Ag, Bi, Fe, Co, Ni, входящие в состав многих десятков минеральных видов. Менее разнообразные соединения дают Zn, Cd, Mn, Ge, Sn, Tl, Mo, Hg (по 3—5), но среди них находятся такие распространённые и промышленно важные минералы, как сфалерит (ZnS), молибденит (MoS2), киноварь (HgS). К элементам, встречающимся в виде изоморфных примесей в С. п., относятся Au, Ag, Ga, Ge, In, Tl, Re и др. Помимо простых С. п., производных H2S (например, Ag2S, PbS), выделяются персульфиды, производные H2S2 (например, FeS2); сложные сульфиды (например, Pb5Sb4 S11) и сульфосоли с анионами [AsS]3–, [SbS3]3– и др. (например, Ag3SbS3); двойные сульфиды (например, халькопирит CuFeS2). В современной классификации С. п., основанной на кристаллохимических данных, внутри главных химических типов различают подклассы с выделением среди них групп, соответствующих структурным типам. К важнейшим группам С. п. относятся: в подклассе координационных С. п. — группы галенита PbS, сфалерита ZnS, пирротина Fe1–XS, пентландита (Fe, Ni)9S8, кубанита CuFe2S3, халькопирита, борнита Cu5FeS4 и др.; в подклассе каркасных С. п. — группы аргентита Ag2S, блёклых руд; в подклассе кольцевых С. п. — группа реальгара AsS; в подклассе островных С. п. — группы пирита FeS2, кобальтина CoAsS — арсенопирита FeAsS и др.; в подклассе цепных С. п. — группы антимонита Sb2S3, миллерита NiS, киновари HgS и др.; в подклассе слоистых С. п. — группы молибденита MoS2, аурипигмента As2S3, ковеллина CuS и др. По типу химической связи С. п. — преимущественно ковалентные соединения. Большинство С. п. — полупроводники (С. п. со структурами пирита, марказита, арсенопирита), но распространены и соединения с металлической проводимостью, а также изоляторы и сверхпроводники (некоторые дисульфиды). Ряд С. п. — сегнетоэлектрики (например, антимонит). По магнитным свойствам выделяются диамагнитные, парамагнитные, ферромагнитные, антиферромагнитные С. п. По оптическим свойствам большинство С. п. непрозрачны в видимой области, часто имеют высокую отражательную способность. Твёрдость по минералогической шкале обычно 2—4, у слоистых С. п. до 1—2 (молибденит, ковеллин и др.), у персульфидов до 5—7 (пирит и др.). Плотность свыше 4000 кг/м3. Преобладающая масса С. п. входит в состав сульфидных руд гидротермального происхождения; некоторые сульфиды Fe, Ni, Си, Pt связаны с магматогенными процессами в ультраосновных породах. С. п. могут иметь осадочное или экзогенное происхождение, отлагаясь из поверхностных растворов при действии H2S (например, в угленосных толщах, в зонах окисления сульфидных месторождений). При окислении на поверхности Земли С. п. легко переходят в сульфаты, а затем в гидроокислы, карбонаты и др. соли кислородных кислот, реже — в самородные элементы (например, Cu, Ag). Многие С. п. являются важными рудными минералами.