lection9 (1113307)
Текст из файла
Биологический факультет (Специальность биофизика)Факультет биоинженерии и биоинформатики2005/2006Общая и неорганическая химияЛЕКЦИИЛекция 9. Сера,селен, теллурТемпература плавления, 0СТемпература кипения, 0СРадиус атома, пмСвойства простых веществO2S-219113-183444,64581Se22168892Te4501390111Демонстрация:образцы минералов с самородной серой, пирита и халькопирита, искрение пиритаплавление серы, получение пластической серыКроме самородной серы, важнейшие минералы: пирит FeS2 , медный колчедан(халькопирит) CuFeS2 .
Многие сульфиды тяжелых металлов очень плохо растворимы,поэтому выделяются из кислых растворов.Сера растворима в щелочах (диспропорционирование, как у галогенов):3 S + 6 NaOH = Na2SO3 + 2 Na2S + 3 H2OСера растворяется и в концентрированной серной кислоте, но только принагревании (расплавл.
сера в горячей кислоте):S + 2 H2SO4 = 3 SO2 + 2 H2OСпособность серы образовывать цепочки (S8 в ромбической и моноклиннойсере) сохраняется и в соединениях с водородом: H2S2, H2S3, H2S4. Выделеныперсульфиды водорода (сульфаны) до H2S23. Поэтому сера растворяется в насыщенныхрастворах сульфидов:Na2S + S = Na2S2Сера также растворяется в хлориде S2Cl2 с образованием цепочек до S100Cl2.Сероводород и сульфиды – сильные восстановители.В атмосфере сероводорода серебро чернеет из-за реакции образования Ag2S (ПР= 2*10 ). При взаимодействии простых веществ (серы и ртути) легко образуетсясульфид ртути HgS (ПР = 1,6*10–52) , поэтому пролитую ртуть, особенно попавшие вщели мелкие капли, нужно посыпать растертой серой.–50Вспоминаем термодинамикуОчевидно, что реакция:2 Ag + H2S = Ag2S + H2 ↑противоречит “ряду активности” или, правильнее, ряду стандартныхэлектрохимических потенциалов.
Ведь потенциал серебра в реакции:Ag+ + e = Agравен +0,80 В, серебро стоит правее водорода и не может выделять его из растворовкислот. Но... это справедливо для растворов с концентрацией [Ag+] 1 М. В нашемслучае нужно пользоваться уравнением Нернста (см. лекцию 4) в виде:E = E0 + 0,058 lg [Ag+]Реакция растворения металла идет, если E < 0 (не путать со стандартным Е0).При ПРAg2S = 2*10–50 Î [Ag+] = 1,7*10–17 ≈ 10–17.Тогда E = 0,8 - 0,058*17 = 0,8 - 0,986 = –0,186 В1В результате получается, что очень слабая кислота H2S (К1 = 1*10–7) растворяетблагородный металл.Демонстрация:"Горение" PbO2 в атмосфере сероводородаВспоминаем способы определения геометрии молекул:Строение SF4 (дисфеноид) и SF6 (тетрагональная бипирамида)Круговорот серы в природе [1]В природе сера существует в виде соединений, в которых она проявляет степениокисления -2, 0, +4, +6.
Важнейшее значение во взаимных превращениях соединенийсеры имеют простейшие микроорганизмы (бактерии и археи), лишенные ядра. Ихназывают прокариотами (prokaryota). Это древнейшие живые объекты, которыепоявились на Землее более 2,5 млрд лет назад. Более сложные организмы с ядром –эукариоты (eukaryota) появились примерно 1,4 млрд лет назад. Во многих растенияхсера ассимилируется в виде сульфат-иона SO42– и восстанавливается далее досульфидных и дисульфидных групп в аминокислотах цистине, цистеине, метионине.Но некоторые анаэробные бактерии используют сульфаты фактически вкачестве альтернативы кислороду, получая в процессе восстановления их до сульфидовS2– энергию и синтезируя АТФ.Полная цепочка восстановления выглядит так:SO42– → SO32– → S3O62– → S2O32– → S2–В простейшем случае в роли кислорода выступает молекулярная сера,восстанавливаемая до сероводорода (аналог воды).Существуют также анаэробные фототрофные бактерии, которые используют“серный аналог” фотосинтеза, получая из сероводорода серу.
Обычно эти бактерииокрашены. Полная окислительная цепочка:S2– → nS2– → S0 → S2O32– → SO32– → SO42–Источником энергии могут быть и реакции диспропорционирования:2–S2O3 +H2O = SO42– + HS– + H+∆G0 = -21,9 кДж/моль S2O32–2–2–+–∆G0 = -58,9 кДж/моль SO32–4 SO3 + H = 3 SO4 + HSРассмотрим основные кислородные соединения серы, участвующие вприведенных цепочках.Кислородные кислоты серыКислотатиосернаяТритионоваясернистаяСернаяСольтиосульфатыТритионатысульфитыСульфатыФормулаH2S2O3H2S3O6H2SO3H2SO4Степени окисл. серы+6, -2+6, -2+4+6Формальные структуры:тиосульфаттритионатТиосульфат получается при кипячении серы в растворе сульфита:Na2SO3 + S = Na2S2O32В противогазах времени первой мировой войны раствор тиосульфата использовался как“антихлор” благодаря сильному восстановительному действию:Na2S2O3 + 4 Cl2 + 5 H2O = Na2SO4 + H2SO4 + 8 HClС менее сильным окислителем иодом количественно идет реакция образованиятетратионата:2 Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2 NaIТиосерная кислота неустойчива и диспропорционирует (вспомним задачупрактикума по химической кинетике):H2S2O3 = S ↓ + SO2 ↑ + H2OСернистый газ SO2 и соли сернистой кислоты проявляют свойства окислителяи восстановителя:SO2 + 2 H2S = 3 S + 2 H2OSO2 + Cl2 = SO2Cl2Возможно и диспропорционирование:4 Na2SO3 = 3 Na2SO4 + Na2SДемонстрация:Окисление сульфита перманганатомСерная кислота – важнейший промышленный продукт.Концентрированная – сильный окислитель:2 Ag + 2 H2SO4 (>95%) = Ag2SO4 + SO2 + 2 H2O4 Zn + 5 H2SO4 (>95%) = 4 ZnSO4 + H2S + 4 H2OМаксимум температуры кипения серной кислоты равен 3380С, при этом еесостав соответствует 98,3% H2SO4 и 1,7% воды.
В серной кислоте хорошо растворимсерный ангидрид SO3; полученные растворы называют олеумом. Из олеума удаетсявыделить пиросерные кислоты H2S2O7 и H2S4O13.При электролизе растворов серной кислоты с высокими плотностями токаполучается пероксосерная кислота H2S2O8 (соли – персульфаты), в ней естьпероксидный мостик.Селен и теллур образуют аналогичные кислоты, причем селеновая H2SeO4 ителлуровая H2TeO4 кислоты являются сильными окислителями.
Селеновая кислотагораздо сильнее теллуровой.Применение в техникеСерную кислоту из-за широкого применения называют “хлебом химическойпромышленности”. В 1990 г. в мире произведено 136 млн. т. серной кислоты. Этосамый крупнотоннажный продукт химического синтеза.Широко используется сульфат кальция в виде полуводного алебастраCaSO4*0,5H2O для получения гипса CaSO4*2H2O.Квасцы K[Al(SO4)2]*12H2O применяются для дубления кожи и при крашениитканей.Сульфат натрия используется в производстве стекла и бумаги.Тиосульфат натрия – растворитель галогенидов серебра в фотографии(“фиксаж”).Гидросульфит кальция Ca(HSO3)2 используется в производстве целлюлозы.В производстве синтетических моющих средств (сульфохлорированиеуглеводородов) используют смесь сернистого газа и хлора.На основе сульфидов стронция и бария готовят светящиеся краски.3Сульфиды, селениды и теллуриды (кадмия, свинца) – перспективныеполупроводники.
Теллуриды висмута и сурьмы (Bi2Te3, Sb2Te3) применяются вкачестве термопар в термогенераторах.Основное применение элементарной серы – вулканизация каучуков.Селен используется в активных фотоэлементах и в качествесветочувствительного материала в фотокопировальной технике (лазерные принтеры иксероксы).Содержание в живом организме и биологическое действиеВ организме человека 0,16% серы. Суточная потребность 4-5 г серы (1 г).
Вземной коре 0,026% серы.В аминокислотах:Цистеин HS-CH2-C(NH2)Цистин -(NH2)C-CH2-S-S-CH2- C(NH2)Метионин CH3-S-CH2-CH2- C(NH2)В земной коре серыВ организме человека 10-5 – 10-7 % селена. (В земной коре 0,5*10-5% . )Известно, что спектральная чувствительность человеческого глаза и селеновогофотоэлемента совпадают. В сетчатке человеческого глаза селена около 7 мкг, а в глазеорла 780 мкг.
В опытах на кроликах была установлена прямая зависимость междуостротой зрения и содержанием селена в глазах [2].Сера входит в состав важнейших антибиотиков – пенициллинов в структуреаминопенициллановой кислоты.Официально пенициллин открыл в 1928 г. Александер Флеминг (1881-1955),Нобелевская премия 1945 г. Но...В 70-х годах XIX века целебное действие зеленой плесени описали ВячеславАвксентьевич Манассеин (1841-1901) и Алексей Герасимович Полотебнов (1838-1907или 1908) [3].“Мы можем назвать прежде всего эмпирическое знание - повязки с сыромрокфор, использовавшиеся в средние века, но по этому поводу можно констатировать инечто еще более удивительное. Эрнст Дюшен, студент военно-медицинского училищав Лионе, представил 17 декабря 1897 г.
диссертацию под названием: "Содействиеисследованию жизненного соперничества микроорганизмов - антагонизм междуплесенями и микробами". В этой работе можно найти опыты, показывающие действиена бактерий "пенициллум глаукум". Однако и эта диссертация прошла незамеченной”[4].Механизм действия пенициллина - блокирование транспептидазы (Е) – т.е.остановка синтеза клеточных стенок некоторых бактерийПринцип лечебного действия сульфамидных препаратов - конкуренция с паминобензойной кислотой (фактор роста бактерий) в синтезе фолиевой кислоты4Токсические свойства элементов VIА группы и их соединений [5]SSeTeПДК (пыль 8 часов в сутки), мг/м32,02,00,01H2S104800H2Se0,1<0,120H2TeSO2-72,710320-505000SeO2340-3900,10,2TeO2возг.4500,00050,0033ПДК (8 часов в сутки), мг/мРаздражение глаз и носа, мг/м3Смертельно за 1 - 3 часа, мг/м3Температура плавления, 0СПДК (пыль 8 часов в сутки), мг/м3Порог восприятия, мг/м3Раздражение глаз и носа, мг/м3Смертельно за 1 - 3 часа, мг/м3Причина токсического действия сернистого газа – повреждение биомембран.
Ссернистой кислотой реагируют гидропероксидные производные жирных кислот,образующиеся из фосфолипидов под действием липоксигеназы. При этом получаютсярадикалы, выделяющие при распаде альдегиды:HR1R2C-O-OH + HSO3- → HR1R2C-O. + HSO3. + OHСернистый газ в атмосфереПриродный выброс сернистого газа составлял в 1990 г. 20 млн т в год, аантропогенный – 150 млн. т. [6].Максимум загрязнения приходился в Европе на 1973-1974 гг.; тогда рН дождя вШотландии составлял 2,4, на западном берегу Норвегии 2,7.Электростанция мощностью 1 млн. кВт тратит в год 3 млн т. каменного угля,при этом в атмосферу выбрасывается до 100000 т сернистого газа.В присутствии сернистого газа озоновый слой становится источникомсернокислотного загрязнения атмосферы и осадков:O3 - λ> 310 нм → O2 + O (3P) основное состояние атомарного кислородаO3 - λ< 310 нм → O2 + O (1D) возбужденное (синглетное) состояниеатомарного кислородаO3 + SO2 = SO3 + O2O (1D) + H2O = .OH + .OHSO2 + 2 .OH = H2SO45-9 декабря 1952 г.
концентрация сернистого газа в Лондоне превысилаобычную (0,4 мг/м3) в 5 раз и достигла 2 мг/м3. Кстати, среднесуточная ПДК в России0,05 мг/м3. В результате среднесуточное число смертей в сутки возросло в Лондоне в 5раз, всего от смога (от англ. smoke – дым и fog – туман) в начале декабря скончалисьоколо 4000 человек [7].Сероуглерод:ПДК 1 мг/м3Порог восприятия 0,04 мг/м3Головная боль 1000 мг/м3Смертельно свыше 10 г/м35Библиография к лекции 91.2.3.4.5.6.7.. Грабович М.Ю. Участие прокариот в круговороте серы Соросовский Образовательныйжурнал, № 12, 1999, с.16-20. Популярная библиотека химических элементов.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
