Физические свойства ромбической и пластической серы. Формула пластической серы. Распространенность в природе
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Сера – элемент 3 периода VIA группы, относится к семейству p-элементов. Порядковый номер 16.
Электронная конфигурация 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 . Символ – S . Относительная атомная масса – 32 а.е.м. Температура кипения – 444,67С, плавления – 112,85С. Неметалл.
Химические свойства серы
Сера взаимодействует с простыми веществами – неметаллами, проявляя при этом свойства восстановителя. Непосредственно сера взаимодействует только с фтором. Реакции взаимодействия с другими металлами происходят при нагревании:
S + F 2 = SF 6 ;
2S + Cl 2 = S 2 Cl 2 ;
S + Cl 2 = SCl 2 ;
5S + 2P = P 2 S 5 ;
S + H 2 = H 2 S;
S + O 2 = SO 2 ;
2S + Br 2 = S 2 Br 2 .
В реакциях взаимодействия с простыми веществами – металлами сера проявляет свойства окислителя. Эти реакции протекают при нагревании и очень бурно:
2Na + S = Na 2 S;
2Al + 3S = Al 2 S 3 ;
Сера вступает в реакции взаимодействия со сложными веществами. Она способна растворяться в концентрированных кислотах и расплавах щелочей, причем в последнем случае сера диспропорционирует. Эти реакции происходят при кипении реакционной смеси:
3S + 6KOH = K 2 SO 3 +2K 2 S + 3H 2 O;
S + 6HNO 3 = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O;
S + 2H 2 SO 4 = 3SO 2 + 2H 2 O.
При взаимодействии серы с сульфидами металлов происходит образование полисульфидов:
Na 2 S + S = Na 2 S 2 .
Физические свойства серы
Сера – кристаллическое вещество желтого цвета. Существует в виде двух аллотропных модификаций – α-серы (ромбическая кристаллическая решетка) и β-серы (моноклинная кристаллическая решетка), а также аморфной формы – пластическая сера (рис. 1). В кристаллическом состоянии сера построена из неплоских циклических молекул S 8 . Сера плохо растворяется в этаноле, хорошо в сероуглероде и жидком аммиаке. Не реагирует с жидкой водой и йодом.
Рис. 1. Формы существования серы.
Получение и применение серы
В промышленных масштабах серу получают из природных месторождений самородной серы. Сера является сырьем для производства серной кислоты. Е1 используют в бумажной промышленности, в сельском хозяйстве, в производстве резины, красителей, пороха и т.д. Широкое применение сера нашла в медицине, например, сера входит в состав различных мазей и присыпок, применяемых при кожных заболеваниях и т.д.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
Cера в природе
Самородная сера
Украина, Поволжье, Центральная Азия и др
Сульфиды
PbS - свинцовый блеск
Cu 2 S – медный блеск
ZnS – цинковая обманка
FeS 2 – пирит, серный колчедан, кошачье золото
H 2 S – сероводород (в минеральных источниках и природном газе)
Белки
Волосы, кожные покровы, ногти…
Сульфаты
CaSO 4 x 2 H 2 O - гипс
MgSO 4 x 7 H 2 O – горькая соль (английская)
Na 2 SO 4 x 10 H 2 O – глауберова соль (мирабилит)
Физические свойства
Твердое кристаллическое вещество желтого цвета , нерастворима в воде, водой не смачивается (плавает на поверхности), t ° кип = 445°С
Аллотропия
Для серы характерны несколько аллотропных модификаций:
|
Ромбическая (a - сера) - S 8 t ° пл. = 113° C ; ρ = 2,07 г/см 3 . Наиболее устойчивая модификация. |
Моноклинная (b - сера) - S 8 темно-желтые иглы, t ° пл. = 119° C ; ρ = 1,96 г/см3. Устойчивая при температуре более96°С; при обычных условиях превращается в ромбическую. |
Пластическая S n коричневая резиноподобная (аморфная) масса.Неустойчива, при затвердевании превращается в ромбическую. |
|
|
|
|
c остальными металлами (кроме Au , Pt ) - при повышенной t ° : 2Al + 3S – t ° -> Al 2 S 3 Zn + S – t
°->
ZnS ОПЫТ Cu + S – t
°->
CuS ОПЫТ 2) С некоторыми неметаллами сера образует бинарные соединения: H 2 + S -> H 2 S 2P + 3S -> P 2 S 3 C + 2S -> CS 2 |
1) c кислородом: S + O 2 – t ° -> S +4 O 2 2S + 3O 2 – t ° ; pt -> 2S +6 O 3 2) c галогенами (кроме йода): S + Cl 2 -> S +2 Cl 2 3) c кислотами - окислителями: S + 2H 2 SO 4 (конц) -> 3S +4 O 2 + 2H 2 O S + 6HNO 3 (конц) -> H 2 S +6 O 4 + 6NO 2 + 2H 2 O Применение Вулканизация каучука, получение эбонита, производство спичек, пороха, в борьбе с вредителями сельского хозяйства, для медицинских целей (серные мази для лечения кожных заболеваний), для получения серной кислоты и т.д. Применение серы и её соединений ЗАДАНИЯ №1. Закончите уравнения реакций:S + O 2 S + Na S + H 2 Расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель, восстановитель. №2. Осуществите превращения по схеме: №3. Закончите уравнения реакций, укажите, какие свойства проявляет сера (окислителя или восстановителя):
Al + S =(при нагревании) S + H 2 = (150-200) S + O 2 = (при нагревании) S + F 2 = (при обычных условиях) S + H 2 SO 4 (к) = S + KOH = S + HNO 3 =Это интересно... Содержание серы в организме человека массой 70 кг - 140 г. В сутки человеку необходимо 1 г серы. Серой богаты горох, фасоль, овсяные хлопья, пшеница, мясо, рыба, плоды и сок манго. Сера входит в состав гормонов, витаминов, белков, она есть в хрящевой ткани, в волосах, ногтях. При недостатке серы в организме наблюдается хрупкость ногтей и костей, выпадение волос. Следите за своим здоровьем! Знаете ли вы... ·Соединения серы могут служить лекарственными препаратами ·Сера – основа мази для лечения грибковых заболеваний кожи, для борьбы с чесоткой. Тиосульфат натрия Na 2 S 2 O 3 используется для борьбы с нею ·Многие соли серной кислоты содержат кристаллизационную воду: ZnSO 4 ×7H 2 O и CuSO 4 ×5H 2 O. Их применяют как антисептические средства для опрыскивания растений и протравливания зерна в борьбе с вредителями сельского хозяйства ·Железный купорос FeSO 4 ×7H 2 O используют при анемии ·BaSO 4 применяют при рентгенографическом исследовании желудка и кишечника ·Алюмокалиевые квасцы KAI(SO 4) 2 ×12H 2 O - кровоостанавливающее средство при порезах ·Минерал Na 2 SO 4 ×10H 2 O носит название «глауберова соль» в честь открывшего его в VIII веке немецкого химика Глаубера И.Р. Глаубер во время своего путешествия внезапно заболел. Он ничего не мог есть, желудок отказывался принимать пищу. Один из местных жителей направил его к источнику. Как только он выпил горькую соленую воду, сразу стал есть. Глаубер исследовал эту воду, из нее выкристаллизовалась соль Na 2 SO 4 ×10H 2 O. Сейчас ее применяют как слабительное в медицине, при окраске хлопчато- бумажных тканей. Соль также находит применение в производстве стекла ·Тысячелистник обладает повышенной способностью извлекать из почвы серу и стимулировать поглощение этого элемента с соседними растениями ·Чеснок выделяет вещество – альбуцид, едкое соединение серы. Это вещество предотвращает раковые заболевания, замедляет старение, предупреждает сердечные заболевания. |
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Пластическая сера - это одна из аллотропных модификаций химического элемента серы, а именно ее существование в виде простого вещества в аморфном состоянии.
Пластическая сера представляет собой замкнутые или открытые цепи соединяющейся между собой серы. Это вещество коричневого цвета (рис. 1), получаемое при резком охлаждении расплава серы. Через несколько часов после получения пластическая сера становится хрупкой и приобретает желтый цвет постепенно превращаясь в ромбическую модификацию.
Рис. 1. Пластическая сера. Внешний вид.
Химическая формула пластической серы
Химическая формула пластической серы может иметь вид S 4 или S 6 . Она показывает, что в составе молекулы этого вещества находится четыре или шесть атомов серы (Ar = 32 а.е.м.). По химической формуле можно вычислить молекулярную массу пластической серы:
Mr(S 4) = 4×Ar(S) = 4×32 = 128;
Mr(S 6) = 6×Ar(S) = 6×32 = 192.
Структурная (графическая) формула пластической серы
Более наглядной является структурная (графическая) формула пластической серы. Она показывает то, как связаны атомы между собой внутри молекулы. Структурная формула белого фосфора имеет вид:
Электронная формула
Электронная формула пластической серы показывает распределение электронов в атоме по энергетическим подуровням:
16 S 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 .
Она также показывает, что сера относится к элементам р-семейства, а также число валентных электронов — на внешнем энергетическом уровне находится 6 электронов (3s 2 3p 4).
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Найдите химическую формулу вещества, в состав которого входит 10 массовых частей кальция, 7 массовых частей азота и 24 массовых части кислорода. |
| Решение | Найдем молярные массы кальция азота и кислорода (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Известно, что M = Mr, значит M(Ca)= 40 г/моль, М(N) = 14 г/моль, а М(О) = 16 г/моль. n (Ca) = m (Ca) / M (Ca); n (Ca) = 10 / 40 = 0,25 моль. n (N) = m (N) / M (N); n (N) = 7 / 14 = 0,5 моль. n (O) = m (O) / M (O); n (O) = 24 / 16 = 1,5 моль. Найдем мольное отношение: n(Ca) :n(N): n (O) = 0,25: 0,5: 1,5= 1: 2: 6, т.е. формула соединения кальция азота и кислорода имеет вид CaN 2 O 6 или Ca(NO 3) 2 .Это нитрат кальция. |
| Ответ | Ca(NO 3) 2 |
ПРИМЕР 2
| Задание | В фосфиде кальция массой 3,62 г содержится 2,4 г кальция.Определите формулу этого соединения. |
| Решение | Для того, чтобы узнать, в каких отношениях находятся химические элементы в составе молекулы необходимо найти их количество вещества. Известно, что для нахождения количества вещества следует использовать формулу:
Найдем молярные массы кальция и фосфора (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Известно, что M = Mr, значит M(Ca)= 40 г/моль, а М(P) = 31 г/моль. Определим массу фосфора в составе фосфида кальция: m(P) = m (Ca x P y) - m(Ca); m(P) = 3,62 - 2,4 = 1,22 г. Тогда, количество вещества этих элементов равно: n (Ca) = m (Ca) / M (Ca); n (Ca) = 2,4 / 40 = 0,06 моль. n (P) = m (P) / M (P); n (P) = 1,22 / 31 = 0,04 моль. Найдем мольное отношение: n(Ca) :n(P)= 0,06: 0,04 = 1,5: 1 = 3: 2, т.е. формула фосфида кальция имеет вид Ca 3 P 2 . |
| Ответ | Ca 3 P 2 |
