Серни съединения: свойства и примери
Шестата група на периодичната система на Д. И. Менделеев, подгрупа на кислород, включва няколко елемента, наречени халкогени. Те включват сяра. Той е често срещан както в живата, така и в неживата природа и се среща в свободното състояние, както и в сложните неорганични и органични вещества. В нашата статия ще изследваме серните съединения и ще дадем примери за тяхното използване в индустрията.
Разпространението на сяра в природата
Елементът е приблизително 0,05 маса от земната кора. В Крим, Волжкия регион, държавите от Централна Азия, както и в Италия и САЩ, се добива проста субстанция под формата на естествена сяра. Като част от съединенията, елементът се намира в скали и минерали: в железни пирити, цинобър, оловен блясък и цинкова смес. Като макроелемент, молекулите на сярата са част от протеините на растенията, животните и хората. В малки количества, серни съединения могат да бъдат намерени в течни природни въглеводороди, като масло.
Характеристики на структурата на атома
Химическият символ на елемента е S, той се намира в третия период. Сярата е неметална, т.е. тя е p-елемент. На последното енергийно ниво на неговия атом е шест електрона. Те образуват две електронни двойки и още две отрицателно заредени частици остават несдвоени. Това състояние на атома е невъзбудено. Например, химичното съединение на сяра - сероводород H 2 S, съдържа частица S, имаща окислително състояние -2. В други вещества, като серен диоксид SO 2 , степента на окисление на елемента е +4. В възбуденото състояние на атома всичките шест електрона стават валентни. Например, в сярна киселина H 2 SO 4 сяра ще има окислително състояние +6.
Физически характеристики
Жълтото твърдо вещество, което се разпада лесно чрез механичен удар, не се омокря от вода - това е сяра. Неговите четири устойчиви изотопа са открити в природата. Той може да се разтвори в анилин, въглероден дисулфид, лошо провежда електрически ток и топлина. Помислете за алотропни серни съединения. Химия от следните видове: ромбични, пластмасови и моноклинни. Първият е представен от кристали под формата на октаедри, характерен за естествено вещество. Точка на топене е 113 °, плътност е 2,07 g / стз. За да получите част от моноклинната сяра, трябва да разтопите веществото и след това бавно да го охладите. Кристалите се образуват под формата на игли, тъмножълти на цвят, които запазват своите свойства (точка на топене 119 point, плътност - 1.96 g / cm 3 ) само при температура над 96 °.
Ако веществото продължи да се охлажда, то преминава в ромбична модификация. Има и друга форма - аморфна, кафява, пластмасова сяра. Външно, той е много подобен на каучук, може да приема всякаква форма и дори да се простира под формата на нишки. Веществото се получава чрез разпръскване на разтопена сяра в студена вода. Дълго време е във въздуха и втвърдява и губи пластичност, като става ромбична форма. Сярата се характеризира не само с твърдата или течната фаза, но и с газовото състояние. Така, при температура от 444,6 °, той кипи и се превръща в тъмнокафяви пари. Когато се охлажда рязко, се появява сярен цвят - прах, състоящ се от люспести кристали с малка сяра.
Молекулна структура
Твърдата ромбична сяра има молекули, състоящи се от осем атома. Те са свързани помежду си чрез ковалентни неполярни връзки, образувайки пръстеновидна структура, която се разрушава по време на отоплителния период. Веществото ще има формата на остатъци от вериги с частици S, образувана е полимерна структура с свойствата на каучука. Сярните изпарения могат да се разглеждат като системата, в която са инсталирани. химическо равновесие между молекули, съдържащи различни количества серни атоми: две, четири, шест или осем. Съществуването на различни физически форми на сяра може да се обясни със структурата на нейните молекули.
Кислородни серни съединения
Формулата на оксида на химичния елемент S зависи от това какво окислително състояние има серен атом в него. Например, S02 е серен диоксид, показващ степен на окисление от +4. Това газообразно вещество е безцветно и има задушаващ остър мирис. Още при -10 ° С преминава в течна фаза. При химичните процеси се държи като редуциращ агент. Серен диоксид се получава по няколко начина, например чрез изгаряне на сяра:
S + O2 → SO2 + Q
Серен диоксид може също да се произвежда при реакция на мед с концентрирана сулфатна киселина при нагряване:
Cu + 2H2S04 = CuS04 + S02 + 2H2O
Индустриален процес за производство на серен диоксид е изгарянето на пирит или други съдържащи сяра минерали, като оловен гланц или цинкова смес. Съединението се използва като основна суровина при производството на сулфатна киселина.
Серен триоксид
Продължавайки да разглеждаме кислородните съединения на сярата, ще се съсредоточим върху серния анхидрид. Тя е течност без цвят, при температура под + 17⁰ се превръща в твърди кристали. Показва силни хигроскопични свойства и, абсорбираща пари от вода, се превръща в сярна киселина:
S03 + H20 → H2SO4
Сярен анхидрид се съхранява в херметически затворени контейнери, обикновено в запечатани колби. Веществото има свойства киселинен оксид и е междинен продукт при производството на сулфати.
Соли на сероводород и сулфидни киселини
Съставът на компонентите на вулканични газове и минерални източници често включва молекули на H 2 S. Водородно сярно съединение - сероводород - газ с мирис на развалени яйца, отровни, добре разтворими във вода. Той е продукт на разпадането на протеини, присъстващи в растителни и животински организми. Газът се получава в лабораторията под капака на водород и сяра, като се нагрява сместа от първоначални реагенти. По-често срещаният начин за получаване на сероводород в лабораторията е ефектът от разреден хлорид или сулфатна киселина върху железен сулфид.
В технологията на производство, с образуването на сероводород, е необходимо да се спазват правилата за безопасност. Концентрацията на газ в цеха или в друго помещение не трябва да надвишава 0,01 на 1 литър въздух, тъй като веществото унищожава преди всичко човешката нервна система. Разтвор на сероводород във вода се нарича сулфидна киселина, слаб електролит и образува два вида соли: сулфиди и хидросулфиди. Сярните съединения, които съдържат атоми на алкални и алкалоземни метали, както и почти всички киселинни соли, са добре разтворими във вода. За да се определи наличието на свободни S 2 йони в разтвор, се провежда качествена реакция с разтворими соли, съдържащи оловни йони. Утаяването на черен оловен сулфид показва, че изпитваното вещество е сулфидна киселина или нейна сол.
Сулфидите се получават чрез преминаване на H2S през сулфатния разтвор на съответния метал. Повечето средни соли имат характерен цвят: например мангановият сулфид е розов, оловносъдържащите или медните соли са черни, а кадмиевият сулфид е жълт. Тази характеристика се използва в аналитичната химия за анализ на катиони.
Сулфатна киселина
Кое е най-важното сярно съединение в химията? Разбира се, това е сулфатна киселина. Той е тонажен химически продукт и се търси в повечето области на човешката дейност. Сярна киселина се използва в пречистването на петролни продукти, в производството на минерални торове, пластмаси, багрила, лекарства, както и в селското стопанство. Технологията за производство на H 2 SO 4 се състои от три етапа: производство на серен диоксид чрез изгаряне на пирит, неговото окисление до сярен анхидрид, неговата абсорбция от концентрирана сярна киселина и образуването на олеум. Разрежда се с вода и се получава сулфатна киселина с определена концентрация. Да се съхранява в специални стоманени резервоари, които могат да бъдат транспортирани до мястото на бъдеща употреба.