Впервые увидев изумительной красоты кристаллы ярко-жёлтого, лимонного или медового цвета, можно ошибочно принять их за янтарь. Но это не что иное, как самородная сера.
Сера самородная существует на Земле с момента рождения планеты. Можно сказать, что она имеет внеземное происхождение. Известно, что этот минерал присутствует в больших количествах и на других планетах. Ио — спутник Сатурна, покрытый извергающимися вулканами, похож на огромный яичный желток. Значительная часть поверхности Венеры также покрыта слоем жёлтой серы.
Люди начали использовать её ещё до нашей эры, но точная дата открытия неизвестна.
Неприятный удушающий запах, возникающий при горении, принёс этому веществу дурную славу. Чуть ли не во всех религиях мира расплавленная сера, источающая невыносимое зловоние, ассоциировалась с адской преисподней, где грешники принимали жуткие мучения.
Древние жрецы, совершая религиозные обряды, применяли горящий серный порошок для общения с подземными духами. Считалось, что сера – порождение тёмных сил из потустороннего мира.
Описание смертоносных испарений встречается у Гомера. А знаменитый самовоспламеняющийся «греческий огонь», повергавший противника в мистический ужас, также имел в своём составе серу.
В VIII веке китайцы применяли горючие свойства самородной серы при изготовлении пороха.
Арабские алхимики называли серу «отцом всех металлов» и создали оригинальную ртутно-серную теорию. По их мнению, сера присутствует в составе любого металла.
Позже французский физик Лавуазье, после проведения серии опытов по горению серы, установил её элементарную природу.
После открытия пороха и его распространения в Европе начали добывать самородную серу и разработали метод получения вещества из пирита. Впрочем, этот способ широко использовался ещё в древней Руси.
Сера - золотисто-желтое токсическое вещество
и признак активной вулканической деятельности
Токсические и ядовитые камни и минералы
Сера (лат. Sulfur) S, химический элемент VI группы периодической системы Д.И. Менделеева; атомный номер 16, атомная масса 32,06. Природная сера состоит из четырех стабильных изотопов: 32 S (95,02%), 33 S (0,75%), 34 S (4,21%), 36 S (0,02%). Получены искусственные радиоактивные изотопы 31 S (T ½ = 2,4 сек), 35 S (T ½ = 87,1 сут), 37 S (Т ½ = 5,04 мин) и другие.
Историческая справка.
Сера в самородном состоянии, а также в виде сернистых соединений известна с древнейших времен. Она упоминается в Библии и Торе евреев (рукописи Мертвого моря), поэмах Гомера и других. Сера входила в состав "священных" курений при религиозных обрядах (одурманивание пришедших – пьют ртруть и дают красную киноварь в порошке); считалось, что запах горящей серы в сатанинских обрядах ("Все женщины - ведьмы", г. Альмаден, Испания, континент, вместо работы в шахтах на промышленной красной киновари) отгоняет духов (вызывает фрагментированные поражения ствола спинного мозга и головного мозга в основании входащих в него нервов). Серу не применяют в церкви на службах - вместо нее используют более безопасный порошок янтаря (в т.ч. амброид - похож на серу, тоже хрупкий, но более легкий по весу и электризуется при трении, в отличие от серы). Серу в церкви не воскуривают (ересь). Вызывает аборты.
Сера давно стала компонентом зажигательных смесей для военных целей, например "греческого огня" (10 в. н. э.). Около 8 века в Китае стали использовать серу в пиротехнических целях. Издавна серой и ее соединениями лечили кожные заболевания. В период средневековой алхимии (обработка золотисто-желтого и беловатого с серебром и платиной золота жидкой ртутью и красной киноварью с целью получения белой амальгамы, похожей на серебро, т.н. "белое золото") возникла гипотеза, согласно которой сера (начало горючести) и ртуть (начало металличности) считали составными частями всех металлов. Элементарную природу серы установил А. Л. Лавуазье и включил ее в список неметаллических простых тел (1789). В 1822 году Э. Мичерлих доказал аллотропию серы.
Щетка кристаллов серы (60х40 см) с о-ва Сицилия (Италия). Фото: В.И. Дворядкин.
Золото в гальке кварца из битакских конгломератов. Симферополь, Крым (Украина). Фото: А.И. Тищенко.
Страшный имитатор серы, особенно в кристаллах и включениях. Золото - ковкое, сера - хрупкая.
Распространение серы в природе.
Сера относится к весьма распространенным химическим элементам (кларк 4,7 * 10 -2); встречается в свободном состоянии (самородная сера) и в виде соединений - сульфидов, полисульфидов, сульфатов. Вода морей и океанов содержит сульфаты натрия, магния, кальция. Известно более 200 минералов серы, образующихся при эндогенных процессах. В биосфере образуется свыше 150 минералов сера (преимущественно сульфатов); широко распространены процессы окисления сульфидов до сульфатов, которые в свою очередь восстанавливаются до вторичного H 2 S и сульфидов. Очень опасна - проявляется на вулканах, где наблюдается дефицит воды, сухая возгонка от очагов раскаленной магмы по фумаролам, видимым и невидимым трещинам, с вторичной пиритизацией и пр.
Эти реакции происходят при участии микроорганизмов. Многие процессы биосферы приводят к концентрации серы - она накапливается в гумусе почв, углях, нефти, морях и океанах (8,9 * 10 -2 %), подземных водах, в озерах и солончаках. В глинах и сланцах серы в 6 раз больше, чем в земной коре в целом, в гипсе - в 200 раз, в подземных сульфатных водах - в десятки раз. В биосфере происходит круговорот серы: она приносится на материки с атмосферными осадками и возвращается в океан со стоком. Источником сера в геологическом прошлом Земли служили главным образом продукты извержения вулканов, содержащие SO 2 и H 2 S. Хозяйственная деятельность человека ускорила миграцию серы; интенсифицировалось окисление сульфидов.
Сера (желтая). Роздольское м-ние, Прикарпатье, Зап. Украина. Фото: А.А. Евсеев.
Арагонит (белая), сера (желтая). Чианчиана, Сицилия, Италия. Фото: А.А. Евсеев.
Физические свойства серы.
Сера - твердое кристаллическое вещество, устойчивое в виде двух аллотропических модификаций. Ромбическая α-S лимонно-желтого цвета, плотность 2,07 г/см 3 , t пл 112,8 o С, устойчива ниже 95,6 o С; моноклинная β-S медово-желтого цвета, плотность 1,96 г/см 3 , t пл 119,3 o С, устойчива между 95,6 o С и температурой плавления. Обе эти формы образованы восьмичленными циклическими молекулами S 8 с энергией связи S-S 225,7 кдж/моль.
При плавлении сера превращается в подвижную желтую жидкость, которая выше 160 o С буреет, а около 190 o С становится вязкой темно-коричневой массой. Выше 190 o С вязкость уменьшается, а при 300 o С сера вновь становится жидкотекучей. Это обусловлено изменением строения молекул: при 160 o С кольца S 8 начинают разрываться, переходя в открытые цепи; дальнейшее нагревание выше 190 o С уменьшает среднюю длину таких цепей.
Если расплавленную серу, нагретую до 250-300 o С, влить тонкой струей в холодную воду, то получается коричнево-желтая упругая масса (пластическая сера). Она лишь частично растворяется в сероуглероде, в осадке остается рыхлый порошок. Растворимая в CS 2 модификация называется λ-S, а нерастворимая - μ-S. Температура плавления, 113 o С (ромб.), 119 o С (монокл.). Температура кипения 444 o С.
При комнатной температуре обе эти модификации превращаются в устойчивую хрупкую α-S. t кип серы 444,6 o С (одна из стандартных точек международной температурной шкалы). В парах при температуре кипения, кроме молекул S 8 , существуют S 6 , S 4 и S 2 . При дальнейшем нагревании крупные молекулы распадаются, и при 900 o С остаются лишь S 2 , которые приблизительно при 1500 o С заметно диссоциируют на атомы. При замораживании жидким азотом сильно нагретых паров серы получается устойчивая ниже -80 o С пурпурная модификация, образованная молекулами S 2 .
Сера - плохой проводник тепла и электричества. В воде она практически нерастворима, хорошо растворяется в безводном аммиаке, сероуглероде и в ряде органических растворителей (фенол, бензол, дихлорэтан и других).
ДОПОГ 2.1
Легковоспламеняющиеся газы
Риск пожара. Риск взрыва. Могут находиться под давлением. Риск удушья. Могут вызывать ожоги и/или отморожения. Емкости могут взрываться при нагревании (сверхопасны - практически не горят)
ДОПОГ 2.2
Газовый баллон
Невоспламеняющиеся, нетоксичные газы.
Риск удушья. Могут находиться под давлением. Могут вызывать отморожение (похоже на ожог - бледность, пузыри, черная газовая гангрена - скрип). Емкости могут взрываться при нагревании (сверхопасны – взрыв от искры, пламени, спички, практически не горят)
Использовать укрытие. Избегать низких участков поверхности (ям, низин, траншей)
Зеленый ромб, номер ДОПОГ, черный или белый газовый баллон (типа "баллон", "термос")
ДОПОГ 2.3
Токсичные газы
. Череп и скрещенные кости
Опасность отравления. Могут находиться под давлением. Могут вызывать ожоги и/или отморожения. Емкости могут взрываться при нагревании (сверхопасны – мгновенное распространение газов по окрестности)
Использовать маску для аварийного оставления транспортного средства. Использовать укрытие. Избегать низких участков поверхности (ям, низин, траншей)
Белый ромб, номер ДОПОГ, черный череп и скрещенные кости
ДОПОГ 3
Легковоспламеняющиеся жидкости
Риск пожара. Риск взрыва. Емкости могут взрываться при нагревании (сверхопасны – легко горят)
Использовать укрытие. Избегать низких участков поверхности (ям, низин, траншей)
Красный ромб, номер ДОПОГ, черное или белое пламя
ДОПОГ 4.1
Легковоспламеняющиеся твердые вещества
, самореактивные вещества и твердые десенсибилизированные взрывчатые вещества
Риск пожара. Легковоспламеняющиеся или горючие вещества могут загораться от искр или пламени. Могут содержать самореактивные вещества, способные к экзотермическому разложению в случае нагревания, контакта с другими веществами (такими как: кислоты, соединения тяжелых металлов или амины), трению или удару.
Это может привести к выделению вредных или легковоспламеняющихся газов или пары или самовоспламенения. Емкости могут взрываться при нагревании (сверхопасны - практически не горят).
Риск взрыва десенсибилизированных взрывчатых веществ после потери десенсибилизатора
Семь вертикальных красных полос на белом фоне, равновеликие, номер ДОПОГ, черное пламя
ДОПОГ 8
Коррозийные (едкие) вещества
Риск ожогов в результате разъедания кожи. Могут бурно реагировать между собой (компоненты), с водой и другими веществами. Вещество, что разлилось / рассыпалось, может выделять коррозийную пару.
Составляют опасность для водной окружающей среды или канализационной системы
Белая верхняя половина ромба, черная - нижняя, равновеликие, номер ДОПОГ, пробирки, руки
| Наименование особо опасного при транспортировке груза | Номер ООН | Класс ДОПОГ |
| Ангидрид серный, стабилизированный СЕРЫ ТРИОКСИД СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ | 1829 | 8 |
| Ангидрид серист СЕРЫ ДИОКСИД | 1079 | 2 |
| Углероду дисульфид СЕРОУГЛЕРОД | 1131 | 3 |
| Газ СЕРЫ ГЕКСАФТОРИД | 1080 | 2 |
| КИСЛОТА СЕРНАЯ ОТРАБОТАННАЯ | 1832 | 8 |
| КИСЛОТА СЕРНАЯ ДЫМЯЩАЯСЯ | 1831 | 8 |
| КИСЛОТА СЕРНАЯ, что содержит не более 51% кислоты, или ЖИДКОСТЬ АККУМУЛЯТОРНАЯ КИСЛОТНАЯ | 2796 | 8 |
| КИСЛОТА СЕРНАЯ, РЕГЕНЕРИРОВАННАЯ ИЗ КИСЛОГО ГУДРОНА | 1906 | 8 |
| КИСЛОТА СЕРНАЯ, что содержит более 51% кислоты | 1830 | 8 |
| КИСЛОТА СЕРНАЯ | 1833 | 8 |
| СЕРА | 1350 | 4.1 |
| СЕРА РАСПЛАВЛЕНА | 2448 | 4.1 |
| Сера хлористая СЕРЫ ХЛОРИДЫ | 1828 | 8 |
| Сера шестифтористая СЕРЫ ГЕКСАФТОРИД | 1080 | 2 |
| Серы дихлорид | 1828 | 8 |
| СЕРЫ ДИОКСИД | 1079 | 2 |
| СЕРЫ ТЕТРАФТОРИД | 2418 | 2 |
| СЕРЫ ТРИОКСИД СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ | 1829 | 8 |
| СЕРЫ ХЛОРИДЫ | 1828 | 8 |
| СЕРОВОДОРОД | 1053 | 2 |
| СЕРОУГЛЕРОД | 1131 | 3 |
| СПИЧКИ БЕЗОПАСНЫЕ в коробках, книжечках, картонках | 1944 | 4.1 |
| СПИЧКИ ПАРАФИНОВЫЕ „ВЕСТА” | 1945 | 4.1 |
| Спички парафиновые СПИЧКИ ПАРАФИНОВЫЕ „ВЕСТА” | 1945 | 4.1 |
| СПИЧКИ САПЕРНЫЕ | 2254 | 4.1 |
Описание и свойства серы
Сера представляет собой вещество, которое находится в в 16 группе, под третьим периодом и имеет атомный номер – 16. Она может встретиться как в самородном, также и в связанном виде. Обозначается сера литерой S. Известна формула серы – (Ne)3s 2 3p 4 . Сера как элемент входит в состав многих белков.
На фото кристаллы серы
Если говорить о строении атома элемента серы , то на внешней его орбите есть электроны, валентное число которых достигает шести.
Это объясняет свойство элемента быть максимально шестивалентным в большинстве объединений. В структуре природного химического элемента есть четыре изотопа, и это – 32S, 33S, 34S и 36S. Говоря о внешней электронной оболочке, атом имеет схему 3s2 3р4. Радиус атома – 0,104 нанометра.
Свойства серы в первую очередь делятся на физического типа. К нему относится то, что элемент имеет твердый кристаллический состав. Два аллотропических видоизменения – основное состояние, в котором устойчив этот элемент серы.
Первое видоизменение ромбическое, имеющее лимонно-желтую окраску. Его устойчивость ниже, чем 95,6 °С. Второй – моноклинный, имеющий медово-желтую окраску. Его устойчивость колеблется от 95,6 °С и 119,3 °С.
На фото минерал сера
Во время плавки химический элемент стает движущейся жидкостью, имеющей желтый цвет. Она буреет, достигая температуры более 160 °С. А при 190 °С цвет серы превращается в темно-коричневый. После достижения отметки 190 °С наблюдается уменьшение вязкости вещества, которое все же после нагревания 300 °С стает жидкотекучим.
Другие свойства серы:
Практически не проводит тепла и электричества.
Не растворяется при погружении в воду.
Растворима в аммиаке, имеющем безводную структуру.
Также растворима в сероуглероде и других растворителях, имеющих органическую природу.
К характеристике элемента серы важно добавить и ее химические особенности. Она является активной в этом отношении. Если серу нагреть, то она может просто объединяться практически с любым химическим элементом.
На фото образец серы, добытый в Узбекистане
За исключением инертных газов. При контакте с металлами, хим. элемент образовывает сульфиды. Комнатная температура способствует тому, что элемент может вступить в реакцию с . Увеличенная температура способствует увеличению активности серы.
Рассмотрим, как поведение серы с отдельными веществами:
С металлами – является окислителем. Образовывает сульфиды.
С водородом – при высоких температурах – до 200 °С происходит активное взаимодействие.
С кислородом. Образовывается объединения оксидов при температурах до 280 °С.
С фосфором, углеродом – является окислителем. Только при отсутствии воздуха во время реакции.
С фтором – проявляет себя как восстановитель.
С веществами, имеющими сложную структуру – также как восстановитель.
Месторождения и добыча серы
Основной источник для получения серы – ее месторождения. В целом во всем мире насчитывается 1,4 млрд т запасов этого вещества. Ее добывают как при открытом и подземном способе выработки, так и с помощью выплавки из-под земли.
На фото добыча серы в вулкане Кава Иджен
Если применим последний случай, то используется вода, которую перегревают и расплавляют ею серу. В бедных рудах элемент содержится примерно в 12 %. Богатых – 25% и больше.
Распространенные типы месторождений:
Стратиформный – до 60%.
Солянокупольный – до 35 %.
Вулканогенный – до 5%.
Первый тип связан с толщами, несущими название сульфатно-карбонатных. При этом рудные тела, которые имеют мощность до нескольких десятков метров и с размером до сотни метров находятся в сульфатных породах.
Также эти пластовые залежи можно найти посреди пород сульфатного и карбонатного происхождения. Второй тип характеризуется залежами серого цвета, которые приурочиваются к соляным куполам.
Последний тип связывают с вулканами, имеющими молодую и современную структуру. При этом рудный элемент имеет пластообразную, линзовидную форму. В нем сера может содержаться в размере 40 %. Этот тип месторождения распространен в Тихоокеанском вулканическом поясе.
Месторождение серы в Евразии находится в Туркмении, в Поволжье и других местах. Породы серы находят возле левых берегов Волги, которые тянутся от Самары. Ширина полосы пород достигает нескольких километров. При этом их можно найти вплоть до Казани.
На фото сера в горной породе
В Техасе и Луизиане в кровлях соляных куполов находят огромное количество серы. Особо красивые Италийские этого элемента находят Романьи и Сицилии. А на острове Вулькано находят моноклинную серу. Элемент, который был окислен пиритом, нашли на Урале в Челябинской области.
Для добычи серы хим элемента используют разные способы. Все зависит от условия его залегания. При этом, конечно же, особое внимание уделяют безопасности.
Так как вместе с серной рудой скопляется сероводород, то необходимо особо серьезно подходить к любому способу добычи, ведь этот газ ядовитый для человека. Также и сера имеет свойство возгораться.
Чаще всего пользуются открытым способом. Так с помощью экскаваторов снимаются значительные части пород. Затем с помощью взрывов дробится рудная часть. Глыбы отправляются на фабрику для обогащения. Затем – на завод по плавке серы, где и получают серу из концентрата.
На фото сера в порту, привезенная морским транспортом
В случае глубокого залегания серы во многих объемах, используют метод Фраша. Сера расплавляется, находясь еще под землей. Затем, как и нефть выкачивается наружу через пробитую скважину. Такой подход основывается на том, что элемент легко плавится и имеет небольшую плотность.
Также известен способ разделения на центрифугах. Только этот способ имеет недостаток: сера получается с примесями. И тогда необходимо проводить ее дополнительную очистку.
В некоторых случаях используют скважный метод. Другие возможности добычи серного элемента:
Пароводяной.
Фильтрационный.
Термический.
Центрифугальный.
Экстракционный.
Применение серы
Большая часть добытой серы уходит, чтоб изготовить серную кислоту. А роль этого вещества очень огромная в химическом производстве. Примечательно, что для получения 1 тонны серного вещества необходимо 300 кг серы.
Бенгальские огни, которые ярко светятся и имеют много красителей, также производятся с помощью серы. Бумажная промышленность – это еще одна область, куда уходит значительная часть добытого вещества.
На фото серная мазь
Чаще всего применение сера находит при удовлетворении производственных нужд. Вот некоторые из них:
Использование в химическом производстве.
Для изготовления сульфитов, сульфатов.
Изготовление веществ для удобрения растений.
Чтоб получить цветные виды металлов.
Для придачи стали дополнительных свойств.
Для изготовления спичек, материалов для взрывов и пиротехники.
Краски, волокна из искусственных материалов – изготовляются при помощи этого элемента.
Для отбеливания ткани.
В некоторых случаях элемент сера входит в мази, которые лечат кожные болезни.
Цена серы
По последним новостям необходимость в сере активно растет. Стоимость на российский продукт равняется 130 долларам. На канадский вариант – 145 долларов. А вот в Ближнем Востоке цены возросли до 8 долларов, что привело к стоимости в 149 долларов.
На фото крупный экземпляр минерала сера
В аптеках можно найти молоту в порошок серу по цене от 10 до 30 рублей. К тому же есть возможность купить ее оптом. Некоторые организации предлагают по невысокой цене приобрести гранулированную техническую газовую серу .
Сера - минерал лимонно-желтого цвета, иногда медово-жёлтого, желтовато-серого или коричневатого, представляет собой молекулярную серу – S, минерал очень хрупкий, твердость 1-2.
Бурый или чёрный цвет кристаллам могут придавать включения органики, капелек нефти.
Кристаллизуется в ромбической сингонии. Встречается в виде кристаллов пирамидальной формы и в зернистых агрегатах. Иногда наблюдаются натёчные почковидные формы и налёты, землистые массы.
Блеск алмазный, на изломе жирный, в кристаллах просвечивает. Самородная сера чувствительна к повышенным температурам, растрескивается даже от теплоты рук. От спички она легко плавится и загорается голубым пламенем.
Название
Происхождение латинского слова sulfur неизвестно. Русское название элемента обычно производят от санскритского «сира» - светло-желтый. Возможно родство «серы» с древнееврейским «серафим» - мн. числом от «сераф» - буквально «сгорающий», а сера хорошо горит. В древнерусском и старославянском «сера» - вообще любое горючее вещество, в том числе и жир.
Происхождение
Сера образуется исключительно на поверхности земной коры, в результате вулканических извержений, осаждаясь в виде возгонов, а иногда изливаясь в расплавленном виде. Образуется при выветривании сульфидов (главным образом пирита), или же накапливается в морских осадках, нефтях и битумах, биохимическим путём. Может ассоциировать с гипсом, выделяясь из его толщ. Большие скопления самородной серы в природе встречаются довольно редко. Чаще она присутствует во вмещающей породе в виде мелких вкраплений.
Месторождения
Залежи серы широко распространены на территории Средней Азии, месторождения Гаурдак, Шор-Су – в трещинах и пустотах различных осадочных пород в ассоциации с нефтью, гипсом,
целестином, кальцитом, арагонитом и др. В Кара-Кумской пустыне в виде бугров, прикрытых кремнистыми корками, в ассоциации с гипсом, кварцем, халцедоном, опалом и др. Большие осадочные месторождения
имеются в Поволжье (в районе города Куйбышева). Большой известностью пользуются месторождения Сицилии, мощные месторождения в штатах Техас и Луизиана (США), Боливии, Мишрак и Ираке, Южная Польша, Штасфурт в Германии. Области вулканизма: Камчатка, Япония, Италия, Индонезия.
Применение
Главное применение сера имеет в производстве серной кислоты, используемой во многих отраслях промышленности; используется в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями, в резиновом производстве (процесс вулканизации каучука), при изготовлении спичек, красок, пиротехники.
Лечебные и магические свойства
Считается, что сера обладает свойством поглощать негативную энергию, помогает избегать конфликтов и ссор, усмиряет эмоциональные порывы.
Значительная часть природных лечебных методов базируется на использовании соединений серы, будь то долька чеснока или сероводородная ванна Мацесты. За оздоравливающий эффект здесь отвечают полисульфиды - соединения серы и сероводорода.
Сера издавна известна человеку. Сведения о ее использовании в Египте восходят ко второму тысячелетию до н. э. Знали серу и древние греки, и римляне. О ней упоминается в знаменитых произведениях Гомера, Плиния Старшего и в Библии. Серу с давних пор широко использовали в медицине. В лечебных целях издревле применяли ее и на Руси. Один из первых отечественных ученых, изучавших серу, М. В. Ломоносов писал: "Земля в своих недрах содержит такое количество серы, что не только ею заполнены подземелья... но это ископаемое выделяется даже на поверхности земли", отмечая в то же время, что встречается "она самородная и чистая, однакож редко". Несколько позже академик В. Севергин оценивал распространение серы уже более оптимистично: "Самородная сера чистая и в смешении с землями находится в России изобильно". Сейчас известно свыше 400 минералов, имеющих в своем составе серу. А ее содержание в земной коре составляет около 0,05%.
На наличие самородной серы в Крыму указывалось в середине прошлого века. О "розысках" здесь серы писал в 1849 г. "Горный журнал". Речь шла об окрестностях Чокракского озера на Керченском полуострове, где в известняке были обнаружены "весьма явственные, но весьма мелкие кристаллы самородной серы". Поручик Антипов провел здесь по распоряжению князя Воронцова разведочные работы с проходкой горных выработок. Оказалось, что сера приурочена только к выходам сероводородных источников. Ее образование было объяснено разложением сероводорода. "В заключение должен сказать, - пишет поручик, - что это месторождение серы не представляет какой-либо важности в техническом отношении, кроме одного целительного свойства источников, обещающих великую пользу". Тонкие белесые налеты серы можно наблюдать и в настоящее время у Чокракских и других источников сероводородных вод, например, в окрестностях Судака.
Самородная сера нередко образуется и при выветривании сульфидов - пирита и марказита. Ее находили в Крыму в связи с разнообразными горными породами: в мергелях у Феодосии, известняках окрестностей Бахчисарая, гранодиоритах вблизи Алушты. Сера этого типа входит обычно в состав землистых агрегатов в смеси с сульфатами и гидроксилами железа и представлена мельчайшими неправильными зернышками, иногда - кристалликами. Нередко ей сопутствует гипс. Тонкая порошковатая сера присутствует в илах соляных озер, например, Сакского.
Самые крупные скопления серы обнаружил в Крыму в 1883 г. Н. И. Андрусов на Керченском полуострове у деревни Чекур-Кояш. В дальнейшем оказалось, что здесь целое месторождение. Сера приурочена к гипсоносным глинам и мергелям и образует прослойки и желваки размерами от нескольких миллиметров до 30 см. Содержание ее в руде от 10 до 30%.
По одной из принятых гипотез самородная сера образовалась из гипса под действием обогащенных органическими веществами сероводородных вод при участии бактерий.
По нынешним масштабам месторождение выглядело бы скромным. Но в свое время оно сыграло важную роль. Дело в том, что до революции серу ввозили в Россию из-за границы. И Чекур-Кояшское месторождение одним из первых дало промышленную отечественную серу. Вот краткая история его освоения.
В прошлом веке кустарным способом было добыто лишь немного серы для местных нужд. Месторождение почти не изучалось. В 1906 г. его арендовала Бельгийская компания и начала геологическую разведку и подготовку к эксплуатации. Технический уровень работ был низким. Выработки плохо проветривались. Это привело к трагической гибели рабочего и администратора, отравившихся в забое серным газом, после чего работы были прекращены.
С начала первой мировой войны в стране сложилось критическое положение с серой, и по решению Военно-Промышленного Комитета в 1915 г. приступили к разведке Чекур-Кояша. В 1916 г. уже велась подготовка к отработке и попутная добыча. Было извлечено 1600 т. руды. Из нее вручную отобрали около 10 т. серы. Но в 1917 г. работы были прекращены и шахты залило водой.
Возрождение рудника началось со времени установления Советской власти в Крыму. Сначала небольшое количество серы получали на маленьком заводике из ранее добытой руды. Затем провели основательную геологическую разведку и подсчет запасов серы. В 1928 г. рудник и завод, практически построенные заново, начали давать серу. Добыча велась около 10 лет, и месторождение было выработано. Крымская сера в начальный период добычи играла важную роль. "Керченская сера имеет большое значение для Союза наших республик", - отмечалось в печати 30-х гг. С открытием и разработкой крупных месторождений Средней Азии сера Чекур-Кояша сохраняла лишь местное значение. В настоящее время на Керченском полуострове известно около десятка непромышленных проявлений серы.
Своеобразен внешний вид самородной серы. Цвет желтый разных оттенков, чаще соломенно-желтый. Блеск жирный. Сера образует пленки, землистые и порошковые массы, тонкие прослойки и желваки, реже встречается в правильных кристалликах. Характерны четырехгранные бипирамидки с усеченными вершинками самой распространенной ромбической, или так называемой альфа-серы. Она наиболее устойчива на поверхности земли. Любопытно, что в известняках района Керченского пролива С. П. Попов обнаружил в 1901 г., наряду с этой разновидностью, более редкие в природе пластинчатые кристаллы моноклинной (бета) серы. Это первая в мире находка бета-серы в условиях земной поверхности вне связи с вулканической деятельностью. Форма кристаллов бета-серы из Крыма но С. П. Попову прочно вошла в справочники по минералогии.
По твердости сера незначительно превосходит тальк - самый мягкий минерал шкалы Мооса. У талька твердость принята за 1, а у серы она составляет 1-2 по этой шкале. Сера в два раза тяжелее воды. Плотность ее около двух. Важным отличием является способность серы гореть. По Плинию Старшему, "никакое вещество столь удобно не возгорается, из чего явствует, что в ней заключена большая огненная сила". До появления современных представлений долгое время считали, что сера является носителем особого горючего вещества. Способность серы гореть можно использовать как надежный диагностический признак. Для проверки достаточно ничтожной крупинки вещества. Испытание можно провести на кончике лезвия перочинного ножа с помощью горящей спички пли спиртовки. Можно воспользоваться и раскаленной швейной иглой. Очень характерен и запах горящей серы, отличающий ее от других минералов. В тонких порошковатых и землистых выделениях сера бывает похожа на сульфаты железа. В отличие от многих сходных минералов сера растворяется в керосине и скипидаре.
Самородная сера нередко содержит до нескольких процентов примесей. В крымской сере установлены кальций, селен, мышьяк и некоторые другие элементы. Примеси могут ограничивать применение серы в отдельных отраслях промышленности.
Профессий у серы чрезвычайно много, причем издавна. "Польза ее весьма пространная, - писал в начале прошлого века В. Севергин. - Она употребляется различным образом в химии, во врачебном искусстве, на добывание серной кислоты, на приготовление киновари, огнестрельного пороха, в потешных огнях... на истребление насекомых". В настоящее время сера находит еще большее применение. Ежегодно в мире добывают десятки миллионов тонн самородной серы. Используют ее при производстве синтетических волокон, резины, красителей, в пищевой промышленности. Примерно половина добываемой серы идет на получение серной кислоты, четверть - в целлюлозно-бумажную промышленность, около 10% в сельское хозяйство. Крымскую серу применяли в основном для борьбы с вредителями виноградников и в санитарных целях.
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 халькопирита, пирита, 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:
- Получение серной кислоты в химической промышленности.
- Производство сульфитов и сульфатов.
- Выпуск препаратов для подкормок растений, борьбы с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур.
- Серосодержащие руды на горно-химических комбинатах перерабатывают для получения цветных металлов. Сопутствующим производством является сернокислотное.
- Введение в состав некоторых сортов сталей для придания особых свойств.
- Благодаря вулканизации каучука получают резину.
- Производство спичек, пиротехники, взрывчатых веществ.
- Использование для приготовления красок, пигментов, искусственных волокон.
- 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.