Сера (1093589), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Тенардит [от имени французского химика Л. Ж. Тенара (L. J. Thenard; 1777— 1857)], минерал из класса сульфатов, Na₂SO₄. Содержит в небольших количествах К, Mg, Cl, Вг, H₂O, CaSO₄ — в виде механической примеси. Кристаллизуется в ромбической системе; высокотемпературная фаза Т. — метатенардит — в гексагональной. Структура островная, представлена каркасом из Na-полиэдров, соединённых между собой SO₄-тетраэдрами. Бесцветные прозрачные кристаллы имеют дипирамидальный или таблитчатый облик. Характерны крестообразные двойниковые срастания, совершенная спайность. Наиболее распространены молочно-белые зернистые агрегаты. Т. легко растворим в воде, обладает горько-солёным вкусом. Твердость по минералогической шкале 2—3, плотность 2680—2690 кг/м³. Т. — хемогенный минерал, образуется в усыхающих соленосных озёрах вместе с мирабилитом, эпсомитом, гипсом и др. или при дегидратации мирабилита. Из пересыщенных растворов выпадает при температуре выше 32,4 °С, в присутствии NaCI может кристаллизоваться при более низких температурах (до 13,5 °С). Известен и как продукт фумарольной деятельности. Месторождения Т. находятся в СССР (залив Кара-Богаз-Гол, Туркменской ССР; Мормышанские озёра в Кулундинской степи, Северо-Восточный Казахстан и др.), в США (борные и содовые озёра Калифорнии и Невады), Канаде и др. Т. используется в основном как сырьё для содовой промышленности и при производстве стекла.

Целестин (от лат. caelestis — небесный), минерал класса сульфатов состава SrSO₄; обычны примеси Ca и Ba. Кристаллизуется в ромбической системе. Кристаллы таблитчатые или столбчатые. Выделения Ц. нередко имеют форму желваков и конкреций, в которых он образует волокнистые и зернистые агрегаты. Окраска голубая, серовато-голубая с красным или жёлтым оттенком (исчезающая при нагревании). Обусловлена различными точечными радиационными нарушениями кристаллической структуры. Плотность около 4000 кг/м³, твёрдость по минералогической шкале 3,0—3,5. Главные месторождения связаны с известняками, доломитами, гипсами; ассоциирует с серой, каменной солью, арагонитом, кальцитом. В СССР основные месторождения находятся в Средней Азии, Поволжье, на Южном Урале; за рубежом — в Великобритании, ФРГ, США, Италии и др. Ц. — сырьё для получения соединений стронция, используемых в сахарной, стекольной, керамической, фармацевтической промышленности, пиротехнике, а также металлургии для легирования специальных сплавов. [5]

Химический состав, кристаллическая решетка.

Сера имеет вид желтого порошка или хрупкой кристаллической массы без запаха и вкуса и нерастворима в воде. Для серы характерны несколько аллотропных модификаций. Наиболее известны следующие: кристаллическая сера – ромбическая (самородная сера, -S) и моноклинная (призматическая сера, -S); аморфная – коллоидная (серное молоко) и пластическая; промежуточная аморфно-кристаллическая – сублимированная (серный цвет).

СВОЙСТВА СЕРЫ
Атомный номер	16
Атомная масса	32,066
Изотопы
стабильные	32, 33, 34, 36
нестабильные	31, 35, 37
Температура плавления, ° С	112,8 ( , ромбич.), 119,0 ( , моноклин.)
Температура кипения, ° С	444,6
Плотность, г/см3	2,06 (ромбич.), 1,957 (моноклин.)
Твердость (по Моосу)	1,5–2,5
Содержание в земной коре, % (масс.)	0,052
Степени окисления	–2, +2, +4, +6 (реже –1, 0, +1, +3, +5 )

Кристаллическая сера. Кристаллическая сера имеет две модификации; одну из них, ромбическую, получают из раствора серы в сероуглероде (CS₂) испарением растворителя при комнатной температуре. При этом образуются ромбовидные просвечивающие кристаллы светложелтого цвета, легко растворимые в CS₂. Эта модификация устойчива до 96 С, при более высокой температуре стабильна моноклинная форма. При естественном охлаждении расплавленной серы в цилиндрических тиглях вырастают крупные кристаллы ромбической модификации с искаженной формой (октаэдры, у которых частично «срезаны» углы или грани). Такой материал в промышленности называется комовая сера. Моноклинная модификация серы представляет собой длинные прозрачные темножелтые игольчатые кристаллы, также растворимые в CS₂. При охлаждении моноклинной серы ниже 96 С образуется более стабильная желтая ромбическая сера.

Некристаллическая сера. Твердая сера существует также в двух некристаллических, аморфных, формах. Коллоидная сера получается при осаждении серы из раствора (например, при кипячении серы с известью) и фильтровании с последующим добавлением хлороводородной кислоты к прозрачному фильтрату. Осадок представляет собой мелкодисперсную белую и хорошо растворимую в CS₂ серу. Коллоидную серу используют в медицине как антисептик, слабительное и противопаразитическое средство в виде порошков и мазей. Другая некристаллическая форма – пластическая сера – образуется при резком охлаждении расплава, например, холодной водой. Пластическая сера бывает темнокрасного или коричневого цвета, она каучукоподобна (плотность 2,046 г/см³) и не растворяется в CS₂; при хранении становится хрупкой, желтеет и по мере превращения в ромбическую все лучше растворяется в CS₂.

В дополнение к этим кристаллическим и аморфным формам существует промежуточная форма, известная как серный цвет или сублимированная сера, которая получается конденсацией паров серы, минуя жидкую фазу. Она состоит из мельчайших зерен, имеющих центр кристаллизации и аморфную поверхность. Эта форма медленно и не полностью растворяется в CS₂. После обработки аммиаком для очистки от таких примесей, как мышьяк, получается продукт, известный в медицине как промытая сера, которая используется аналогично коллоидной сере.

Жидкое состояние. Молекулы серы состоят из замкнутой цепочки восьми атомов (S₈). Жидкая сера обладает необычным свойством: с повышением температуры ее вязкость увеличивается. Ниже 160 С сера – типичная жидкость желтоватого цвета, ее состав соответствует формуле S₈ и обозначается -S. С повышением температуры кольцевые молекулы S₈ начинают разрываться и соединяться друг с другом, образуя длинные цепи (-S), цвет жидкой серы становится темнокрасным, вязкость возрастает, достигая максимума при 200–250 С. При дальнейшем повышении температуры жидкая сера светлеет, длинные цепи рвутся, образуя короткие, с меньшей способностью к переплетению, что приводит к меньшей вязкости.

Газ. Сера кипит при 444,6 C, образуя оранжево-желтые пары, состоящие преимущественно из молекул S₈. С повышением температуры окраска паров переходит в темнокрасную, затем в палевую, а при 650 C в соломенно-желтую. При дальнейшем нагревании молекулы S₈ диссоциируют, образуя равновесные формы S₆, S₄ и S₂ при разных температурах. И, наконец, при >1000 С пары состоят практически из молекул S₂, а при 2000 С – из одноатомных молекул.

Химические свойства. Сера – типичный неметалл. На внешней электронной оболочке у нее шесть электронов, и она легче присоединяет электроны других элементов, чем отдает свои. Со многими металлами реагирует с выделением тепла (например, при соединении с медью, железом, цинком). Она соединяется и почти со всеми неметаллами, хотя не так энергично. [4]

Характерные горные породы.

По происхождению делятся на:

1. Вулканического происхождения. В процессе разложения газов, содержащих сероводород, при высоких температурах в зонах действующих и потухших вулканов (Камчатка, Италия, Япония, Индонезия).

2. Осадочного происхождения. При разложении сульфатов под влиянием органических веществ или анаэробных бактерий, здесь сера ассоциируется с гипсом и целестином (Сицилия, Италия; Штасфурт, Германия; Южная Польша). [2]

Разновидности.

Диоксид серы образуется при сжигании серы на воздухе, в частности, при обжиге сульфидных руд металлов. Диоксид серы – бесцветный газ с удушающим запахом. Это ангидрид сернистой кислоты, он легко растворяется в воде с образованием сернистой кислоты. Диоксид легко сжижается (т. кип. –10 C) и его хранят в стальных цилиндрах. Диоксид используют в производстве серной кислоты, в холодильных установках, для отбеливания текстиля, древесной массы, соломы, свекловичного сахара, для консервации фруктов и овощей, для дезинфекции, в пивоваренных и пищевых производствах.

Сернистая кислота H₂SO₃ существует только в разбавленных растворах (менее 6%). Это слабая кислота, образующая средние и кислые соли (сульфиты и гидросульфиты). Сернистая кислота – хороший восстановитель, реагируя с кислородом образует серную кислоту. Сернистая кислота находит несколько областей применения, среди которых – обесцвечивание шелка, шерсти, бумаги, древесной массы и аналогичных веществ. Она используется как антисептик и консервант, особенно для предотвращения брожения вина в бочках, для предотвращения ферментации зерна при извлечении крахмала. Кислоту используют и для сохранения продуктов. Наибольшее значение из ее солей имеет гидросульфит кальция Ca(HSO₃)₂, используемый при переработке древесной щепы в целлюлозу.

Триоксид серы SO₃ (серный ангидрид), образующий с водой серную кислоту, представляет собой либо бесцветную жидкость, либо белое кристаллическое вещество (кристаллизуется при 16,8 С; т. кип. 44,7 С). Он образуется при окислении диоксида серы кислородом в присутствии соответствующего катализатора (платина, пентаоксид ванадия). Триоксид серы сильно дымит во влажном воздухе и растворяется в воде, образуя серную кислоту и выделяя много тепла. Его используют в производстве серной кислоты и получении синтетических органических веществ.

Серная кислота H₂SO₄. Безводная H₂SO₄ – бесцветная маслянистая жидкость, растворяет SO₃, образуя олеум. Смешивается с водой в любых отношениях. При растворении в воде образуются гидраты с выделением очень большого количества теплоты; поэтому во избежание разбрызгивания кислоты обычно при растворении осторожно, постепенно добавляют кислоту в воду, а не наоборот. Концентрированная кислота хорошо поглощает пары воды и поэтому применяется для осушения газов. По этой же причине она приводит к обугливанию органических веществ, особенно углеводов (крахмала, сахара и т.п.). При попадании на кожу вызывает сильные ожоги, пары разъедают слизистую дыхательных путей и глаз. Серная кислота – сильный окислитель. Конц. H₂SO₄ окисляет HI, HBr до I₂ и Br₂ соответственно, уголь – до CO₂, серу – до SO₂, металлы – до сульфатов. Разбавленная кислота тоже окисляет металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода. H₂SO₄ – сильная двухосновная кислота, образующая средние и кислые соли – сульфаты и гидросульфаты; большинство ее солей растворимы в воде, за исключением сульфатов бария, стронция и свинца, малорастворим сульфат кальция. Серная кислота – один из важнейших продуктов химической промышленности (производящей щелочи, кислоты, соли, минеральные удобрения, хлор). Ее получают главным образом контактным или башенным способом по принципиальной схеме:

Большая часть получаемой кислоты идет на производство минеральных удобрений (суперфосфат, сульфат аммония). Серная кислота служит исходным сырьем для получения солей и других кислот, для синтеза органических веществ, искусственных волокон, для очистки керосина, нефтяных масел, бензола, толоуола, при изготовлении красок, травлении черных металлов, в гидрометаллургии урана и некоторых цветных металлов, для получения моющих и лекарственных средств, как электролит в свинцовых аккумуляторах и как осушитель.

Тиосерная кислота H₂S₂O₃ структурно аналогична серной кислоте за исключением замены одного кислорода на атом серы. Наиболее важным производным кислоты является тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ – бесцветные кристаллы, образующиеся при кипячении сульфита натрия Na₂SO₃ с серным цветом. Тиосульфат (или гипосульфит) натрия используется в фотографии как закрепитель (фиксаж).

Характеристики

Список файлов реферата