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.

Продукт	Содержание, мг/100 г
Мясо кролика	1050
Рыба (горбуша, камбала, сардина)	1050
Курица, куриные яйца	1050
Перепелиные яйца	200
Индейка, печень индейки	248
Говядина	230
Говяжья печень	239
Арахис	350
Твердые сорта сыра	260
Соя	245
Баранина	230
Свинина	230
Свиная печень	187
Сушеные абрикосы	170
Сушеный персик	240
Ячмень	120
Кофе	110
Какао	200
Чай	215

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.

СЕРА

Растворяем серу

Сера, которая, как известно, не растворяется в воде и в незначительных количествах растворяется в бензоле, спирте или эфире, прекрасно растворяется в сероуглероде cs2.

Если медленно испарять на часовом стекле раствор небольшого количества серы в сероуглероде, то получим крупные кристаллы так называемой ромбической или а-серы. Но не будем забывать об огнеопасности и ядовитости сероуглерода, поэтому потушим все горелки и поставим часовое стекло под тягу или перед окном.

Другая форма - моноклинная или b-cepa получится, если терпеливо выкристаллизовывать из толуола иглы длиной около 1 см (толуол также огнеопасен!).

Получение сероводорода и опыты с ним

Поместим в пробирку немного (с горошину) полученного сульфида железа и добавим разбавленной соляной кислоты. Вещества взаимодействуют с бурным выделением газа:

fes + 2hcl = h2s + fecl2

Из пробирки доносится неприятный запах тухлых яиц - это улетучивается сероводород. Если его пропустить через воду, то он частично растворится. Образуется слабая кислота, раствор которой часто называют сероводородной водой.

При работе с сероводородом надо соблюдать чрезвычайную осторожность, так как газ почти так же ядовит, как синильная кислота hcn. Он вызывает паралич дыхательных путей и смерть, если концентрация сероводорода в воздухе составляет 1,2-2,8 мг/л.

Химически сероводород обнаруживают с помощью влажной свинцовой реактивной бумаги. Чтобы получить ее, смочим фильтровальную бумагу разбавленным раствором ацетата или нитрата свинца, высушим её и разрежем на полоски шириной 1 см. Сероводород взаимодействует с ионами свинца, в результате образуется чёрный сульфид свинца. Таким способ можно обнаружить сероводород в испорченных продуктах питания (яйцах, мясе).

Мы рекомендуем получать сероводород сухим методом, так как в этом случае поток газа можно легко регулировать и перекрыть в нужное время. Для этой цели расплавим в фарфоровой чашке около 25 г парафина и смешаем с расплавом 15 г серы. Затем уберём горелку и будем перемешивать массу до застывания. Твердую массу размельчим и сохраним для дальнейших опытов.

Когда надо получить сероводород, несколько кусочков смеси парафина и серы нагреем в пробирке до температуры выше 170°С. При повышении температуры выход газа усиливается, а если убрать горелку - прекращается. В процессе реакции водород парафина взаимодействует с серой, в результате чего образуется сероводород, а в пробирке остаётся углерод, например:

c40h82 + 41s = 41h2s + 40c

Получаем сульфиды

Чтобы рассмотреть окраску выпадающих в осадок сульфидов металлов, пропустим сероводород через растворы различных солей металлов. Сульфиды марганца, цинка, кобальта, никеля и железа выпадут, еcли в растворе создать щелочную среду (например, добавив гидроксид аммония). В солянокислом растворе выпадут сульфиды свинца, меди, висмута, кадмия, сурьмы и олова.

Горение сероводорода

Сделав предварительно пробу на гремучий газ, подожжем сероводород, выходящий из оттянутой на конце стеклянной трубки. Сероводород горит с появлением бледного пламени с голубым ореолом:

ЗН2s + ЗО2 = 2h2o + 2so2

В результате сгорания возникает оксид серы (iv) или серрнистый газ. Его легко определить по резкому запаху и по покраснению влажной голубой лакмусовой бумажки. При недостаточном доступе кислорода сероводород окисляется только до серы. Активный уголь каталитически ускоряет этот процесс. Этим способом часто пользуются при тонкой очистке промышленных газов, содержание серы в которых не должно превышать 25 г/м3:

2h2s + О2 = 2Н2О + 2s

Нетрудно воспроизвести этот процесс. Схема установки изображена на рисунке. Главное заключается в том, что пропустить через активный уголь воздух и сероводород в отношении 1: 3. На угле выделится желтая сера.

Активный уголь можно очистить от серы, промыв его в сероуглероде. В технике для этой цели применяют чаще всего раствор сульфида аммония (nh4)2s.

Эксперименты с сернистой кислотой

Оксид серы (iv) - сернистый газ - чрезвычайно хорошо растворяется в воде, в результате этого образуется сернистая кислота:

h2o + so2 = h2so3

Она убивает микробы и обладает отбеливающим действие;. На пивоваренных и винодельческих заводах серой окуривав бочки. Сернистым газом отбеливают также корзины из ивовых прутьев, влажную шерсть, солому, хлопок и шелк. Пятна

От черники, например, выводятся, если долгое время держать увлажненное загрязненное место в "парах" горящей серы.

Проверим отбеливающее действие сернистой кислоты. Для этого цилиндр, где некоторое время горели кусочки серы, опустим различные окрашенные предметы (цветы, влажные кусочки ткани, важную лакмусовую бумагу и т. д.), хорошо закроем цилиндр стеклянной пластинкой и некоторое время подождем.

Тот, кто когда-нибудь изучал атомное строение элементов, знает, что в атоме серы на внешней орбите имеется шесть так называемых валентных электронов. Поэтому сера максимально может быть в соединениях шестивалентной. Этой степени окисления соответствует оксид серы (vi) с формулой so3. Он является ангидридом серной кислоты:

h2o + so3 = h2so4

При сгорании серы в обычных условиях всегда получается оксид серы (iv). А если и образуется некоторое количество оксида серы (vi), то чаще всего он тотчас же разлагается под действием тепла на оксид серы (iv) и кислород:

2so3 = 2so2 + o2

При производстве серной кислоты главной проблемой является превращение sО2 в so3. Для этой цели сейчас используются два способа: камерный (или улучшенный - башенный) и контактный. (см. опыт "Получение серной кислоты)

Получение серной кислоты

Камерный способ

Заполним оксидом серы (iv) so2 большой сосуд (круглодонную колбу на 500 мл), поместив в него на некоторое время горящие кусочки серы или подведя газ из аппарата, где он образуется. Оксид серы (iv) можно также относительно легко получить, капая концентрированную серную кислоту в концентрированный раствор сульфита натрия na2so3. При этом серная кислота, как более сильная, вытеснит слабую кислоту из ее солей.

Когда колба заполнится газом, закроем ее пробкой с тремя отверстиями. В одно, как показано на рисунке, вставим согнутую под прямым углом стеклянную трубку, соединенную с боковым отводом пробирки, в которой при взаимодействии кусочков меди и азотной кислоты образуется оксид азота (iv):

4hno3 + Сu = cu(no3)2 + 2h2o + 2no2

Концентрация кислоты должна составлять около 60% (масс.). Внимание! no2 - сильный яд!

В другое отверстие введем соединенную с пробиркой стеклянную трубку, через которую позже пойдет водяной пар.

В третье отверстие вставим короткий кусок трубки с бунзеновским клапаном - коротким куском резинового шланга с прорезью. Сначала создадим сильный приток- в колбу окси азота. (Осторожно! Яд!) Но реакция пока не идет. В колбе находится смесь коричневого no2 и бесцветного so2. К только мы пропустим водяной пар, изменение окраски укажет на то, что реакция началась. Под действием водяного пара оксид азота (iv) окисляет оксид серы (iv) до оксида серы (vi), который Тотчас же, взаимодействуя с водяным паром, превращаясь в серную кислоту:

2no2 + 2so2 = 2no + so3

На дне колбы соберется бесцветный конденсат, а излишек газа и паров уйдет через бунзеновский клапан. Выльем бесцветную жидкость из колбы в пробирку, проверим кислую реакцию лакмусовой бумажкой и обнаружим сульфат-ион so42- полученной серной кислоты, добавив раствор хлорид бария. Толстый белый осадок сульфата бария укажет нам успешное проведение опыта.

По этому принципу, но в гораздо большем масштабе, получают серную кислоту в технике. Раньше реакционные камер были футерованы свинцом, так как он устойчив при воздействии паров серной кислоты. В современных башенных установках применяют реакторы на керамической основе. Но большее количество серной кислоты производят сейчас по контактному способу.

Контактный способ

При производстве серной кислоты применяют различное сыры Чистая сера стала применяться в только в 60-х годах. В большинстве случаев на предприятиях получают оксид серы (iv) обжигом сульфидных руд. Во вращающейся трубчатой печи или в многоярусной печи пирит взаимодействует с кислородом воздуха по следующему уравнению:

4fes2 + 11О2 = Зfe2o3 + 8so2

Образующийся оксид железа (iii) удаляется из печи в виде окалины и перерабатывается далее на предприятиях по получению чугуна. Растолчем в ступке несколько кусочков пирита и поместим их в трубку из тугоплавкого стекла, которую закроем пробкой с отверстием. Затем горелкой сильно нагреем трубку, одновременно пропуская через нее воздух с помощью резиновой груши. Для того чтобы осела летучая пыль из обжигового газа, отведем его в пустой стеклянный сосуд, а из него - во вторую тугоплавкую трубку, в которой находится катализатор, нагретый до 400-500 °С. В технике чаще всего в качестве катализатора используют оксид ванадия (v) v2o5 или ванадат натрия navo3, а мы для этой цели применим красный оксид железа (iii) fe2О3. Нанесем мелкоизмельченный оксид железа на стеклянную вату, которую распределим в трубке слоем Длиной 5 см. Трубку с катализатором нагреем до начала красного каления. На катализаторе оксид серы (iv) взаимодействует с кислородом воздуха; в результате образуется оксид серы (vi)

2so2 + o2 = 2so3

который мы различим по его способности образовывать туман во влажном воздухе. Соберем so2 в пустой колбе и, сильно отряхивая, смешаем с небольшим количеством воды. Получим серную кислоту - ее наличие докажем, как и в предыдущем способе.

Можно также поместить разделенные стеклянной ватой и катализатор в одну из стеклянных трубок. Можно работать и в пробирке с боковым отводом. Положим на пробирки пирит, на него слой стеклянной ваты, а затем стеклянную вату с катализатором. Воздух введем сверху в трубку, которая должна подходить вплотную к катализатору. На боковом отводе укрепим согнутую под углом трубку, которая ведет в пробирку.

Если нет пирита, то в пробирке с боковым отводом получим оксид серы (iv) из сульфита или гидросульфита натри серной кислоты, и затем пропустим над катализатором полученный газ вместе с потоком воздуха или кислорода. В качестве катализатора можно применить также оксид хрома (Ш) который следует прокалить в железном тигле и тонко растолочь в ступке. Для этой же цели можно пропитать раствором су фата железа (ii) глиняный черепок и затем сильно прокалить его. На глине при этом образуется тонкий порошок оке железа (iii).

Кислота из гипса

Если сульфидов металлов мало (как, например, в Германии) исходными продуктами для получения серной кислоты может служить ангидрит caso4 и гипс caso4-h2o. Метод получения оксида серы (iv) из этих продуктов был разработан Мюллером и Кюне еще 60 лет, назад.

Способы получения серной кислоты из ангидрита будут иметь значение и в будущем, так как серная кислота является самым распространенным химическим продуктом. Сульфаты можно разложить, применяя высокую (до 2000 °С) температуру. Мюллер установил, что температуру разложения сульфата кальция можно снизить до 1200 °С, если добавить тонкоизмельченный кокс. Сначала, при 900 °С, кокс восстанавливает сульфат кальция до сульфида, а тот в свою очередь при температуре 1200 °С взаимодействует с неразложившимся сульфатом; при этом образуется оксид серы (iv) и негашенная известь:

caso4 + 2c = cas + 2co2

cas + 3caso4 = 4cao + 4so2

Разложить сульфат кальция в лабораторных условиях удастся только при применении соответствующей высокой температуры. Будем работать с аппаратурой, подобной той, какая была использована при обжиге пирита, только трубку для сгорания возьмем фарфоровую или железную. Закрой трубку пробками, обернутыми для теплоизоляции асбестовой тканью. В отверстие в первой пробке вставим капилляр, а во второй-простую стеклянную трубку, которую соединим: промывной склянкой, наполненной наполовину водой или раствором фуксина.

Реакционную смесь приготовим следующим образом. Растолчем в ступке 10 г гипса, 5 г каолина (глина) и 1,5 г активного порошкообразного угля. Смесь высушим, нагревая некоторое время при 200 °С в фарфоровой чашке. После охлаждения (лучше всего в эксикаторе) внесем смесь в середину трубки для сжигания. При этом обратим внимание на то, чтобы она не заполнила все поперечное сечение трубки. Затем сильно нагреем трубку с помощью двух горелок (одна снизу, вторая наклонно сверху) и, когда трубка накалится, пропустим через всю систему не слишком сильный поток воздуха. Уже через 10 минут, благодаря образованию сернистой кислоты, раствор фуксина в промывной склянке обесцветится. Выключим водоструйный насос и прекратим нагревание.

Получить высокую температуру мы можем также, если обмотаем как можно плотнее фарфоровую трубку нагревательной спиралью на 750-1000 Вт (см. рисунок). Концы спирали соединим с толстой медной проволокой, которую также многократно обмотаем вокруг трубки, а затем изолируем с помощью фарфоровых бусинок и подведем к штекеру. (Осторожно при работе с напряжением 220 В!) Естественно, в качестве источника нагрева может пригодиться также стеклодувная горелка или паяльная лампа.

В технике работают со смесью ангидрита, кокса, глины, песка и колчеданного огарка fe2o3. Червячный транспортер сдает смесь в 70-метровую вращающуюся трубчатую печь, где сжигают пылевидный уголь. Температура в концевой части печи, в месте горения, составляет примерно 1400 °С. При этой температуре образующаяся в ходе реакции негашеная известь сплавляется с глиной, песком и колчеданным огарком в результате получается цементный клинкер. Остывший клинкер размалывают и смешивают с несколькими процентами гипса. Получившийся в результате высококачественный портландцемент поступает в продажу. При тщательном проведении и контроле процесса из 100 т ангидрита (плюс глина, песок, kокс и колчеданный огарок) можно получить около 72 т cepной кислоты и 62 т цементного клинкера.

Серную кислоту можно получать также из кизерита (сульфата магния mgso4 -Н2О).

Для опыта воспользуемся такой же установкой, как и для разложения гипса, но трубку на этот раз возьмем из тугоплавкого стекла. Реакционную смесь получим, прокалив в фарфоровой чаше 5 г сульфата магния, а в железном тигле с крышкой-0,5 г активного угля, и затем смешав их и растет в ступке до пылеобразного состояния. Перенесем смесь в фарфоровую лодочку и поместим ее в реакционную трубку.

Белая масса, которая получится в конце опыта в фарфор вой лодочке, состоит из оксида магния. В технике его перерабатывают в цемент Сореля, являющийся основой для производства ксилолита.

Получение таких важных для строительной промышленности производных продуктов, как цементный клинкер и ксилолит, делает производство серной кислоты из местного сырья особенно экономичным. Переработка промежуточных и побочных продуктов в ценное сырье или конечные продукты является важным принципом химической промышленности.

Получим ксилолит

Смешаем равные части оксида магния и опилок с растворе хлорида магния и слой образовавшейся кашицы толщине около 1 см нанесем на подложку. Через 24-48 ч масса затвердеет, как камень. Она не горит, ее можно сверлить, пилить прибивать гвоздями. При строительстве домов ксилолит применяют как материал для полов. Древесное волокно, затвердевшее без заполнения промежутков с цементом Сореля (магнизиальным цементом), спрессованное и склеенное в плиты используется в качестве легкого, тепло- и звуконепроницаемого строительного материала (плиты Гераклита).

Сера широко распространена на Земле. Многочисленные залежи серы в свободном состоянии находятся в Мексике, Польше, на острове Сицилия, в США, СССР и Японии. Залежи серы в Польше - вторые в мире, они оцениваются в 110 млн. т и почти не уступают мексиканским. Месторождения в Польше были полностью оценены только в 1951 г., разработка началась в 1957 г. В 1970 г. добыто уже 2,6 млн. т, а затем годовая добыча достигла 5 млн. т.

Сера входит в состав различных минералов: ее можно обнаружить в морской воде в виде сульфитов. Растительные и животные организмы содержат связанную в белке серу; в угле, который образуется из растений, встречается сера, связанная в органических соединениях или в виде соединений с железом (серный колчедан FeS2). Бурый уголь может содержать до 6 % серы. Угольноперерабатывающая промышленность ГДР при очистке коксового, водяного и генераторного газа ежегодно получает 100 000 т серы.

Растворяем серу

Пары серы взаимодействуют с раскаленным углем с образованием дисульфида углерода CS2 (сероуглерода), огнеопасной жидкости с неприятным запахом. Он незаменим при производстве искусственного шелка и штапеля. Сера, которая, как известно, не растворяется в воде и в незначительных количествах растворяется в бензоле, спирте или эфире, прекрасно растворяется в сероуглероде.

Если медленно испарять на часовом стекле раствор небольшого количества серы в сероуглероде, то получим крупные кристаллы так называемой ромбической или (-серы. Но не будем забывать об огнеопасности и ядовитости сероуглерода, поэтому потушим все горелки и поставим часовое стекло под тягу или перед окном.