Сера в природе известна в нескольких полиморфных кристаллических модификациях, в коллоидных выделениях, в жидком и газообразном состояниях. В природных условиях устойчивой модификацией является ромбическая сера (α-сера). При атмосферном давлении при температуре выше 95,6° α-сера переходит в моноклинную β-серу, при охлаждении снова становится ромбической. γ-сера также кристаллизующаяся в моноклинной сингонии, при атмосферном давлении неустойчива и переходит в α-серу. Структура γ-серы не изучена; в данную структурную группу она отнесена условно.
В статье рассмотренно несколько полиморфных модификаций серы: α-сера, β-сера, γ-сера
Химический состав
Нередко самородная сера является практически чистой. Сера вулканического происхождения часто содержит небольшие количества As, Se, Те и следы Тi. Сера многих месторождений загрязнена битумами, глиной, разными сульфатами и карбонатами. В ней наблюдаются включения газов и жидкости, содержащей маточный раствор с NaCl, СаСЬ, Na2SO4 и др. Содержит иногда до 5,18% Se (селенистая сера)
Разновидности 1. Волканит — (селенистая сера) оранжево-красного, красно-бурого цвета.
Кристаллографическая характеристика
Сингония. Ромбическая.
Класс. Дипирамидальный. Некоторые авторы считали, что сера кристаллизуется в ромбо-тетраэдрический класс так как иногда она имеет вид сфеноидов, но эта форма, по Руайе, объясняется влиянием асимметрической среды (активных углеводородов) на рост кристаллов.
Кристаллическая структура серы
Структура серы молекулярная: 8 атомов в решетке входят в одну молекулу. Молекула серы образует восьмерные кольца, в которых атомы чередуются на двух уровнях (вдоль оси кольца). 4 атома S одного уровня образуют квадрат, повернутый относительно другого квадрата на 45°. Плоскости квадратов параллельны оси с. Центры колец располагаются в ромбической ячейке по «алмазному» закону: в вершинах и центрах граней гранецентрированной ячейки и в центрах четырех октантов из восьми, на которые делится элементарная ячейка. В структуре серы выдержан принцип Юма-Розери, требующий для элементов менделеевской группы V1б координации 2 (= 8 — 6). В структуре теллура — селена, а также в моноклинной сере это достигается спиральным расположением атомов, в структуре ромбической серы (а также синтетических β-селене и β -теллуре) — их кольцевым расположением. Расстояние S — S в кольце равно 2,10 А, что в точности совпадает с расстоянием S — S в радикале S2пирита (и ковеллина) и немного больше расстояния S—S между атомами S из разных колец (3,3 А).
Пожароопасные свойства серы
Тонкоизмельчённая сера склонна к химическому самовозгоранию в присутствии влаги, при контакте с окислителями, а также в смеси с углём, жирами, маслами. Сера образует взрывчатые смеси с нитратами, хлоратами и перхлоратами. Самовозгорается при контакте с хлорной известью.
Средства тушения: распылённая вода, воздушно-механическая пена.
По данным В. Маршалла пыль серы относится к разряду взрывоопасных, но для взрыва необходима достаточно высокая концентрация пыли — порядка 20 г/м³ (20 000 мг/м³), такая концентрация во много раз превышает предельно допустимую концентрацию для человека в воздухе рабочей зоны — 6 мг/м³.
Пары образуют с воздухом взрывчатую смесь.
Горение серы
Горение серы протекает только в расплавленном состоянии аналогично горению жидкостей. Верхний слой горящей серы кипит, создавая пары, которые образуют слабо светящееся голубое пламя высотой до 5 см. Температура пламени при горении серы составляет 1820 °C.
Так как воздух по объёму состоит приблизительно из 21 % кислорода и 79 % азота и при горении серы из одного объёма кислорода получается один объём SO2, то максимальное теоретически возможное содержание SO2 в газовой смеси составляет 21 %. На практике горение происходит с некоторым избытком воздуха, и объёмное содержание SO2 в газовой смеси меньше теоретически возможного, составляя обычно 14—15 %.
Обнаружение горения
Обнаружение горения серы пожарной автоматикой является трудной проблемой. Пламя сложно обнаружить человеческим глазом или видеокамерой, спектр голубого пламени лежит в основном в ультрафиолетовом диапазоне. Тепловыделение при пожаре приводит к температуре ниже, чем при пожарах других распространённых пожароопасных веществ. Для обнаружения горения тепловым извещателем необходимо размещать его непосредственно близко к сере. Пламя серы не излучает в инфракрасном диапазоне. Таким образом оно не будет обнаружено распространёнными инфракрасными извещателями. Ими будут обнаруживаться лишь вторичные возгорания. Пламя серы не выделяет паров воды. Таким образом детекторы ультрафиолетовых извещателей пламени, использующие соединения никеля, не будут работать.
Для эффективного обнаружения пламени рекомендуется использовать ультрафиолетовые извещатели с детекторами на основе молибдена. Они имеют спектральный диапазон чувствительности 1850…2650 ангстрем, который подходит для обнаружения горения серы.
Пожарная безопасность
Для выполнения требований пожарной безопасности на складах серы необходимо:
- конструкции и технологическое оборудование должны регулярно очищаться от пыли;
- помещение склада должно постоянно проветриваться естественной вентиляцией при открытых дверях;
- дробление комков серы на решётке бункера должно производиться деревянными кувалдами или инструментом из неискрящего материала;
- конвейеры для подачи серы в производственные помещения должны быть снабжены металлоискателями;
- в местах хранения и применения серы необходимо предусматривать устройства (бортики, пороги с пандусом и т. п.), обеспечивающие в аварийной ситуации предотвращение растекания расплава серы за пределы помещения или открытой площадки;
- на складе серы запрещается: производство всех видов работ с применением открытого огня;
- складировать и хранить промасленную ветошь и тряпки;
- при ремонте применять инструмент из искродающего материала.
Пожары на складах серы
В декабре 1995 года на открытом складе серы предприятия, расположенного в городе Сомерсет-Уэст Западно-Капской провинции Южно-Африканской Республики, произошёл крупный пожар, погибли два человека.
16 января 2006 года около 17 часов на череповецком предприятии «Аммофос» загорелся склад с серой. Общая площадь пожара — около 250 квадратных метров. Полностью ликвидировать его удалось лишь в начале второго ночи. Жертв и пострадавших нет.
15 марта 2007 года рано утром на ООО «Балаковский завод волоконных материалов» произошёл пожар на закрытом складе серы. Площадь пожара составила 20 м2. На пожаре работало 4 пожарных расчёта с личным составом в 13 человек. Примерно через полчаса пожар был ликвидирован. Никто не пострадал.
4 и 9 марта 2008 года произошло возгорание серы в Атырауской области в хранилище серы ТШО на Тенгизском месторождении. В первом случае очаг возгорания удалось потушить быстро, во втором случае сера горела 4 часа. Объём горевших отходов нефтепереработки, к каковым по казахстанским законам отнесена сера, составил более 9 тысяч килограммов.
В апреле 2008 недалеко от посёлка Кряж Самарской области загорелся склад, на котором хранилось 70 тонн серы. Пожару была присвоена вторая категория сложности. К месту происшествия выехали 11 пожарных расчётов и спасатели. В тот момент, когда пожарные оказались около склада, горела ещё не вся сера, а только её небольшая часть — около 300 килограммов. Площадь возгорания вместе с участками сухой травы, прилегающими к складу, составила 80 квадратных метров. Пожарным удалось быстро сбить пламя и локализовать пожар: очаги возгорания были засыпаны землёй и залиты водой.
В июле 2009 года в Днепродзержинске горела сера. Пожар произошёл на одном из коксохимических предприятий в Баглейском районе города. Огонь охватил более восьми тонн серы. Никто из сотрудников комбината не пострадал.
В конце июля 2012 года под Уфой в поселке Тимашево загорелся склад с серой площадью 3200 квадратных метров. На место выехало 13 единиц техники, в тушении пожара задействован 31 пожарный. Произошло загрязнение атмосферного воздуха продуктами горения. Погибших и пострадавших нет.
Физические свойства
Оптические
- Цвет серно-желтый, соломенно- и медово-желтый, желто-бурый, от примесей красноватый, зеленоватый, серый; иногда от примесей битумов цвет коричневый или почти черный.
- Черта бесцветная.
- Блеск алмазный
- Отлив смолистый до жирного.
- Прозрачность. Прозрачна до просвечивающей.
Механические
- Твердость 1—2. Хрупка.
- Плотность 2,05—2,08.
- Спайность по (001), (110), (111) несовершенная. Отдельность по (111).
- Излом раковистый до неровного.
Свойства
Вам будет интересно:Школа Englishdom: отзывы учеников, виды курсов, советы преподавателей
Самородный минерал сера имеет молекулярную решетку, какой нет у иных подобных элементов. Это приводит к тому, что у нее низкая твердость, отсутствует спайность, это достаточно хрупкий материал. Удельный вес серы составляет 2,7 граммов на сантиметр кубический. Минерал имеет плохую электро-, слабую теплопроводность и невысокую температуру плавления. Свободно загорается при воздействии открытого пламени, в том числе от спички, цвет пламени — голубой. Хорошо воспламеняется при температуре около 248 градусов Цельсия. При горении выделяет сернистый газ, который обладает резким удушливым запахом.
Описания минерала серы разнообразны. Она имеет оттенки светло-желтые, соломенные, медовые, зеленоватые. В сере, которая имеет в своей структуре органические вещества, наличествует бурая, серая или черная окраска. На фото минерал сера в твердом, чистом, кристаллическом виде всегда притягивает взгляд и легко узнаваем.
Вулканическая сера ярко-желтая, зеленоватая, оранжевая. В природе можно встретить ее в виде различных масс, плотных, землистых, порошковых. Встречаются в природе и кристаллические наросшие серные кристаллы, но достаточно редко.
Химические свойства
Растворяется в сероуглероде, скипидаре, керосине.
Прочие свойства
Электропроводность при обычной температуре почти равна нулю. При трении сера электризуется отрицательно. В ультрафиолетовых лучах пластинка толщиной 2 мм непрозрачна. При атмосферном давлении температура плавл. 112,8°; температура кипения + 444,5°. Теплота плавления при 115° 300 кал/г-атом. Теплота испарения при 316° 11600 кал/г-атом. При атмосферном давлении при 95,6° α-сера переходит в β-серу с увеличением объема.
Сера фумарольная. Россия. Камчатка
Искусственное получение
Получается путем возгона или кристаллизацией из раствора.
Диагностические признаки
Легко узнается по желтому цвету, хрупкости, блеску и легкости воспламенения.
Сопутствующие минералы. Гипс, ангидрит, опал, ярозит, асфальт, нефть, озокерит, газообразный углеводород, сероводород, целестин, галит, кальцит, арагонит, барит, пирит.
Оптические свойства
| Тип | двухосный (+) |
| Показатели преломления | nα = 1.958 nβ = 2.038 nγ = 2.245 |
| Максимальное двулучепреломление | δ = 0.287 |
| Оптический рельеф | очень высокий |
| Плеохроизм | видимый |
| Рассеивание | относительно слабое r |
| Люминесценция в ультрафиолетовом излучении | не флюоресцентный |
Происхождение и нахождение в природе
Самородная сера встречается только в самой верхней части земной коры. Образуется при разнообразных процессах.
Большую роль в образовании месторождений серы играют животные и растительные организмы, с одной стороны, как аккумуляторы S, а с другой, как способствующие распаду H2S и других сернистых соединений. С деятельностью бактерий связывают образование серы в водах, илах, почвах, болотах и в нефтях; в последних она частью содержится в виде коллоидных частиц. Сера может выделяться из вод, содержащих H2S, под влиянием кислорода воздуха. В приморских районах местами сера выпадает при смешении пресной воды с соленой (из H2S морской воды, под действием кислорода, растворенного в пресных водах). Из некоторых природных вод сера выделяется в виде белой мути (р. Молочная в Куйбышевской обл, и др.). Из вод серных источников и из болотных вод, содержащих H2S и S, сера выпадает в северных районах России в зимний период в процессе вымораживания. Главным источником образования серы во многих месторождениях так или иначе является H2S, какого бы происхождения он ни был.
Значительные скопления серы наблюдаются в вулканических областях, в зоне окисления некоторых месторождений и среди осадочных толщ; месторождения последней группы служат основными источниками самородной серы, добываемой для практических целей. В вулканических областях сера выделяется как при извержениях вулканов, так и из фумарол, сольфатар, горячих источников и газовых струй. Иногда из кратера вулкана выливается расплавленная масса серы в виде потока (в Японии), причем сначала образуются β- или γ-сера превращающиеся позднее в α-серу с характерной зернистой структурой. При вулканических извержениях сера главным образом возникает при воздействии выделяющегося H2S на сернистый ангидрид или при окислении сероводорода кислородом воздуха; она может также возгоняться с парами воды. Пары S могут захватываться газами фумарол, струями углекислоты. Наблюдаемое впервые стадии вулканических извержений голубое пламя представляет облака горящей серы (Вулкано, на Липарских о-вах, Италия). Сероводородная стадия фумарол и сольфатар, сопровождающаяся образованием самородной серы, следует после стадии выделения фтористых и хлористых соединений и предшествует стадии углекислых выделений. Из сольфатар сера выделяется в виде рыхлых туфообразных продуктов, которые ветром и атмосферными осадками легко переносятся, образуя вторичные месторождения (Ков-Крик, шт. Юта в США).
Сера. Кристаллы в гипсе
История и происхождение названия
Происхождение названия
Слово «сера», известное в древнерусском языке с XV века, заимствовано из старославянского «сѣра» — «сера, смола», вообще «горючее вещество, жир». Этимология слова не выяснена до настоящих времен, поскольку первоначальное общеславянское название вещества утрачено и слово дошло до современного русского языка в искажённом виде.
По предположению Фасмера, «сера» восходит к лат. сera — «воск» или лат. serum — «сыворотка».
Латинское sulfur (происходящее из эллинизированного написания этимологического sulpur), предположительно, восходит к индоевропейскому корню *swelp — «гореть».
История открытия
Точное время открытия серы не установлено, но этот элемент использовался до нашей эры.
Сера использовалась жрецами в составе священных курений при религиозных обрядах. Она считалась произведением сверхчеловеческих существ из мира духов или подземных богов.
Очень давно сера стала применяться в составе различных горючих смесей для военных целей. Уже у Гомера описаны «сернистые испарения», смертельное действие выделений горящей серы. Сера, вероятно, входила в состав «греческого огня», наводившего ужас на противников.
Около VIII века китайцы стали использовать её в пиротехнических смесях, в частности, в смеси типа пороха. Горючесть серы, лёгкость, с которой она соединяется с металлами с образованием сульфидов (например, на поверхности кусков металла), объясняют то, что её считали «принципом горючести» и обязательной составной частью металлических руд.
Пресвитер Теофил (XII век) описывает способ окислительного обжига сульфидной медной руды, известный, вероятно, ещё в древнем Египте.
В период арабской алхимии возникла ртутно-серная теория состава металлов, согласно которой сера почиталась обязательной составной частью (отцом) всех металлов.
В дальнейшем она стала одним из трёх принципов алхимиков, а позднее «принцип горючести» явился основой теории флогистона. Элементарную природу серы установил Лавуазье в своих опытах по сжиганию.
С введением пороха в Европе началось развитие добычи природной серы, а также разработка способа получения её из пиритов; последний был распространён в древней Руси. Впервые в литературе он описан у Агриколы.
Кристаллы серы среди щёток арагонита
Месторождения
Месторождения серы вулканического происхождения обычно невелики; они имеются на Камчатке (фумаролы), на горе Алагез в Армянии, в Италии (сольфатары Слит Поццуоли), в Исландии, Мексике, Японии, США, на Яве, на Липарских о-вах и т. д. Выделение серы в горячих источниках сопровождается отложением опала, СаСО3, сульфатов и др. Местами сера замещает известняки около горячих источников, иногда выделяется в виде тончайшей мути. Горячие источники, отлагающие серу, наблюдаются в вулканических областях и в районах молодых тектонических нарушений, например, в России — на Кавказе, в Средней Азии, на Дальнем Востоке, на Курильских о-вах; в США — в Иеллоустонском национальном парке, в Калифорнии; в Италии, Испании, Японии и др. Нередко самородная сера образуется в процессе гипергенных изменений при разложении сульфидных минералов (пирита, марказита, мельниковита, галенита, антимонита и др.). Довольно большие скопления найдены в зоне окисления колчеданных залежей, например, в Сталинском месторождении Свердловской обл. и в Блявинском месторождении Оренбургской обл.; в последнем сера имеет вид плотной, но хрупкой массы слоистой текстуры, различной окраски. В месторождении Майкаин в Павлодарской области (Казахстан) крупные скопления самородной серы наблюдались между зоной ярозитов и зоной колчеданных руд. В небольших количествах самородная сера встречается в зоне окисления очень многих месторождений. Известно образование серы в связи с каменноугольными пожарами при самовозгорании пирита или марказита (порошковатая сера в ряде месторождений Урала), при пожарах в месторождениях нефтеносных сланцев (например, в Калифорнии).
В черном морском иле сера образуется при его посерении на воздухе за счет изменения находящегося в нем односернистого железа.
Наиболее крупные промышленные месторождения серы находятся среди осадочных пород, главным образом третичного или пермского возраста. Их образование связано с восстановлением серы сульфатов, преимущественно гипса, реже — ангидрита. Вопрос о происхождении серы в осадочных образованиях является спорным. Гипс под влиянием органических соединений, бактерий, свободного водорода и др. восстанавливается сначала, возможно, до CaS или Ca(HS)2, которые под действием углекислоты и воды переходят в кальцит с выделением сероводорода; последний при взаимодействии с кислородом дает серу. Скопления серы в осадочных толщах иногда имеют пластовый характер. Часто они приурочены к соляным куполам. В этих месторождениях сера сопровождается асфальтом, нефтью, озокеритом, газообразными углеводородами, сероводородом, целестином, галитом, кальцитом, арагонитом, баритом, пиритом и другими минералами. Известны псевдоморфозы серы по волокнистому гипсу (селениту). В России такого типа месторождения имеются в районе Средней Волги (Сюкеевское Татарстан, Алекееевское, Водинское Самарская обл. и др.), в Туркменистане (Гаурдак, Каракумы), в Урало- Эмбенском р-не Казахстана, где ряд месторождений приурочен к соляным куполам, в Дагестане (Аварская и Махачкалинская группы) и в других районах. Вне России крупные месторождения серы, приуроченные к осадочным толщам, имеются в Италии (Сицилия, Романья), в США (шт. Луизиана и Техас), Испании (около Кадиса) и в других странах.
Кристаллографические свойства
| Точечная группа | mmm (2/m 2/m 2/m) — ромбо-дипирамидальный |
| Пространственная группа | Fddd |
| Сингония | Ромбическая (орторомбическая) |
| Параметры ячейки | a = 10.468Å, b = 12.870Å, c = 24.49Å |
| Двойникование | Двойники по {101}, {011}, {110} довольно редки |
Источники:
https://mineralpro.ru/minerals/sulphur/#use
https://pcgroup.ru/blog/sera-i-ee-soedineniya-vostrebovannye-vo-mnogih-sferah-deyatelnosti-reaktivy/
Практическое применение серы
Применяется в целом ряде производств: в сернокислотном, бумажно-целлюлозном, резиновом, красочном, стекольном, цементном, спичечном, кожевенном и др. Большое значение сера имеет в сельском хозяйстве как инсектофунгисид для борьбы с вредителями на плантациях .винограда, чая, табака, хлопка, свеклы и пр. В виде сернистого ангидрида находит применение в холодильном деле, служит для беления тканей, для протравы в красильном деле и как дезинфицирующее средство.
Получение
| В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 18 октября 2014 года . |
В древности и в средние века серу добывали, вкапывая в землю большой глиняный горшок, на который ставили другой, с отверстием в дне. Последний заполняли породой, содержащей серу, и затем нагревали. Сера плавилась и стекала в нижний горшок.
В настоящее время серу получают главным образом путём выплавки самородной серы непосредственно в местах её залегания под землёй. Серные руды добывают разными способами — в зависимости от условий залегания. Залежам серы почти всегда сопутствуют скопления ядовитых газов — соединений серы. К тому же нельзя забывать о возможности её самовозгорания.
При добыче руды открытым способом экскаваторами снимают пласты пород, под которыми залегает руда. Взрывами рудный пласт дробят, после чего глыбы руды отправляют на сероплавильный завод, где из концентрата извлекают серу.
В 1890 г. Герман Фраш предложил плавить серу под землёй и через скважины, подобные нефтяным, выкачивать её на поверхность. Сравнительно невысокая (113 ) температура плавления серы подтверждала реальность идеи Фраша. В 1890 г. начались испытания, приведшие к успеху.
Известно несколько методов получения серы из серных руд: пароводяные, фильтрационные, термические, центрифугальные и экстракционные.
Гранулированная сера
Также сера в больших количествах содержится в природном газе в газообразном состоянии (в виде сероводорода, сернистого ангидрида). При добыче она откладывается на стенках труб и оборудования, выводя их из строя. Поэтому её улавливают из газа как можно быстрее после добычи. Полученная химически чистая мелкодисперсная сера является идеальным сырьём для химической и резиновой промышленности.
Серу из природного сернистого газа получают методом Клауса. Для этого используются так называемые серные ямы, где происходит дегазация серы, на выходе получают модифицированную серу — продукт, широко использующийся в производстве асфальта. Технологические установки для получения серы обычно включают в себя ямы недегазированной серы, ямы дегазации, ямы хранения дегазированной серы, а также налив жидкой серы и склад комовой серы. Стены ямы обычно делают из кирпича, дно заливают бетоном, а сверху закрывают яму алюминиевой крышей. Так как сера — это весьма агрессивная среда, ямы периодически приходится полностью реконструировать.
Крупнейшее месторождение самородной серы вулканического происхождения находится на острове Итуруп с запасами категории A+B+C1 — 4227 тыс. тонн и категории C2 — 895 тыс. тонн, что достаточно для строительства предприятия мощностью 200 тыс. тонн гранулированной серы в год.
Склад серы у химического цеха ММСК (1960-е гг.)
Производители
С 1939 по 1986 гг. крупнейшим производителем серы в СССР был Медногорский медно-серный комбинат (ММСК)[9]: в середине 1950-х гг. он выпускал до 250—280 тысяч тонн в год, что составляло 80 % серы, производившейся в стране.
«…Утром мы были на медносерном заводе. Около 80 процентов серы, выпускаемой в нашей стране, добывается на этом предприятии. „ — До пятидесятого года стране приходилось импортировать много серы из-за границы. Теперь нужда в импорте серы отпала, — говорил директор завода Александр Адольфович Бурба. — Но завод продолжает расширяться. Начали строить цех производства серной кислоты“. С высокой эстакады застывшим потоком повис ярко-жёлтый массив серы. То, что мы видим в небольших количествах в стеклянных баночках в лабораториях, здесь, на заводском дворе, лежало огромными глыбами».
— А. Софронов. В Оренбургских степях (журнал «Огонёк», 1956). [10]
В начале XXI века основными производителями серы в России являются предприятия ОАО Газпром: ООО Газпром добыча Астрахань и ООО Газпром добыча Оренбург, получающие её как побочный продукт при очистке газа[11].
Товарные формы
В промышленности реализовано получение серы в различных товарных формах[12][стр. 193—196]. Выбор той или иной формы определяется требованиями заказчика.
Комовая сера
до начала 1970-х годов была основным видом серы, выпускаемым промышленностью СССР. Её получение технологически просто и осуществляется подачей жидкой серы по обогреваемому трубопроводу на склад, где производится заливка серных блоков. Застывшие блоки высотой 1-3 метра разрушают на более мелкие куски и транспортируют заказчику. Метод, однако, имеет недостатки: невысокое качество серы, потери на пыль и крошку при рыхлении и погрузке, сложность автоматизации.
Жидкую серу
хранят в обогреваемых резервуарах и транспортируют в цистернах. Транспорт жидкой серы более выгоден, чем её плавление на месте. Достоинства получения жидкой серы — отсутствие потерь и высокая чистота. Недостатки — опасность возгорания, траты на обогрев цистерн.
Формованная сера
бывает чешуйчатая и пластинчатая. Чешуйчатую серу начали производить на НПЗ в 1950-х годах. Для получения используют вращающийся барабан, внутри он охлаждается водой, а снаружи кристаллизуется сера в виде чешуек толщиной 0,5-0,7 мм. В начале 1980-х вместо чешуйчатой стали выпускать пластинчатую серу. На движущуюся ленту подается расплав серы, который охлаждается по мере движения ленты. На выходе образуется застывший лист серы, который ломают с образованием пластинок. Сегодня эта технология считается устаревшей, хотя около 40 % канадской серы экспортируется именно в таком виде ввиду больших капиталовложений в установки для её получения.
Гранулированную серу
получают различными методами.
- Водная грануляция (пеллетирование) разработана в 1964 году английской . Процесс основан на быстром охлаждении капель серы, падающих в воду. Первое внедрение технологии — процесс «Салпел» в 1965 году. Крупнейший завод позже был построен в Саудовской Аравии в 1986 году. На нём каждая из трёх установок может производить до 3500 т гранулированной серы в сутки. Недостаток технологии — ограниченное качество гранул серы, обладающих неправильной формой и повышенной хрупкостью.
- Грануляция в кипящем слое разработана французской . Капли жидкой серы подаются вверх. Они охлаждаются водой и воздухом и смачиваются жидкой серой, которая застывает на образующихся гранулах тонким слоем. Конечный размер гранул 4-7 мм. Более прогрессивным является процесс «Прокор», который широко внедрён в Канаде. В нём применяются барабанные грануляторы. Однако этот процесс очень сложен в управлении.
- Воздушно-башенная грануляция разработана и внедрена в Финляндии в 1962 году. Расплав серы диспергируется с помощью сжатого воздуха в верхней части грануляционной башни. Капли падают и затвердевают, попадая на транспортную ленту.
Молотая сера
является продуктом размола комовой серы. Степень измельчения может быть различной. Его проводят сначала в дробилке, потом в мельнице. Таким способом возможно получение очень высокодисперсной серы с размером частиц менее 2 мкм. Грануляцию порошковой серы проводят в прессах. Необходимо использование связующих добавок, в качестве которых используют битумы, стеариновую кислоту, жирные кислоты в виде водной эмульсии с триэтаноламином и другие.
Коллоидная сера
— это разновидность молотой серы с размером частиц менее 20 мкм. Её применяют в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и в медицине как противовоспалительные и дезинфицирующие средства. Коллоидную серу получают различными способами.
- Способ получения путём размола широко распространён, поскольку не предъявляет высоких требований к сырью. Одним из лидеров по этой технологии является .
- Способ получения из расплавленной серы или её паров был внедрён в США в 1925 году. Технология подразумевает смешение с бентонитом, полученная смесь образует устойчивые суспензии с водой. Однако содержание серы в растворе невелико (не более 25 %).
- Экстракционные способы получения основаны на растворении серы в органических растворителях и дальнейшем испарении последних. Однако они не получили широкого распространения.
Высокочистую серу
получают используя химические, дистилляционные и кристаллизационные методы. Её применяют в электронной технике, при изготовлении оптических приборов, люминофоров, в производстве фармацевтических и косметических препаратов — лосьонов, мазей, средств против кожных болезней.
Биологическая роль
Сера — один из биогенных элементов. Сера входит в состав некоторых аминокислот (цистеин, метионин), витаминов (биотин, тиамин), ферментов. Сера участвует в образовании третичной структуры белка (формирование дисульфидных мостиков). Также сера участвует в бактериальном фотосинтезе (сера входит в состав бактериохлорофилла, а сероводород является источником водорода). Окислительно-восстановительные реакции серы — источник энергии в хемосинтезе[22].
В человеке содержится примерно 2 г серы на 1 кг веса.
Самородная сера на почтовой марке, 2009
Биологической действие
Чистая сера не ядовита, все же летучие серосодержащие соединения ядовиты (сернистый газ, серный ангидрид, сероводород и др.).
Распространенность Серы
Распространенность такого химического элемента как сера достаточно высокая. Во Вселенной по массе она занимает десятую позицию. Двухатомную серу впервые обнаружили в хвосте кометы. После того как ее обнаружили и в других кометах, предполагается что атомы серы присутствуют в каждой комете. Так же сера является компонентом межзвездных космических облаков. Еще можно отметить, что серу в больших количествах обнаруживают и в нашей солнечной системе. Например, облака Венеры по большей части состоят из диоксида серы и капель серной кислоты. Так же космические исследовательные зонды обнаруживали серу на таких планетах как Марс, Юпитер, Европа и Ио. Она находится там либо в виде соединений с разного рода металлами, либо в виде серной кислоты.
Что же касается Земли, то тут можно отметить, что сера является пятым по популярности химическим элементом на нашей планете. Она может встречаться как в чистом виде в качестве минерала, так и в виде соединения с другими элементами. Элементарная сера в чистом виде не так широко распространена, но есть довольно крупные месторождения. Такие месторождения находятся в Сицилии, Польше, Ираке, Иране, Техасе и Мексике. Что касается химических соединений, то серу довольно часто находят в соединении с такими минералами как ангидрит, арагонит, кальцит, целестин, гипс и галит. В общей сложности масса серы составляет около 1% от общей массы Земли. Что же касается именно серосодержащих минералов, то их количество около 1000. Наибольшую ценность представляют пирит, марказит, халькопирит, галенит, сфалерит и патронит. В последнем минерале содержание серы превышает 73%.
Читайте: Алюминий как химический элемент таблицы Менделеева
Сера
Сера — элемент VIa группы 3 периода периодической таблицы Д.И. Менделеева. Относится к группе халькогенов — элементов VIa группы.
Сера — S — простое вещество имеет светло-желтый цвет. Использовалась еще до нашей эры в составе священных курений при религиозных обрядах.
Основное и возбужденное состояние атома серы
Электроны s- и p-подуровня способны распариваться и переходить на d-подуровень. Как и всегда, количество валентных электронов отражает количество возможных связей у атома.
В разных электронных конфигурациях сера способна принимать валентности: II, IV и VI.
Природные соединения
- FeS2 — пирит, колчедан
- ZnS — цинковая обманка
- PbS — свинцовый блеск (галенит), Sb2S3 — сурьмяный блеск, Bi2S3 — висмутовый блеск
- HgS — киноварь
- CuFeS2 — халькопирит
- Cu2S — халькозин
- CuS — ковеллин
- BaSO4 — барит, тяжелый шпат
- CaSO4 — гипс
В местах вулканической активности встречаются залежи самородной серы.
Получение
В промышленности серу получают из природного газа, который содержит газообразные соединения серы: H2S, SO2.
H2S + O2 = S + H2O (недостаток кислорода)
SO2 + C = (t) S + CO2
Серу можно получить разложением пирита
FeS2 = (t) FeS + S
В лабораторных условиях серу можно получить слив растворы двух кислот: серной и сероводородной.
H2S + H2SO4 = S + H2O
Химические свойства
- Реакции с неметаллами
- Реакции с металлами
- Реакции с кислотами
- Реакции с щелочами
- Реакции с солями
На воздухе сера окисляется, образуя сернистый газ — SO2. Реагирует со многими неметаллами, без нагревания — только со фтором.
S + O2 = (t) SO2
S + F2 = SF6
S + Cl2 = (t) SCl2
S + C = (t) CS2
При нагревании сера бурно взаимодействует со многими металлами с образованием сульфидов.
K + S = (t) K2S
Al + S = (t) Al2S3
Fe + S = (t) FeS
При взаимодействии с концентрированными кислотами (при длительном нагревании) сера окисляется до сернистого газа или серной кислоты.
S + H2SO4 = (t) SO2 + H2O
S + HNO3 = (t) H2SO4 + NO2 + H2O
Сера вступает в реакции диспропорционирования с щелочами.
S + KOH = (t) K2S + K2SO3 + H2O
Сера вступает в реакции с солями. Например, в кипящем водном растворе сера может реагировать с сульфитами с образованием тиосульфатов.
Na2SO3 + S → (t) Na2S2O3
Сероводород — H2S
Бесцветный газ с характерным запахом тухлых яиц. Огнеопасен. Используется в химической промышленности и в лечебных целях (сероводородные ванны).
Получение
Сероводород получают в результате реакции сульфида алюминия с водой, а также взаимодействия разбавленных кислот с сульфидами.
Al2S3 + H2O = (t) Al(OH)3↓ + H2S↑
FeS + HCl = FeCl2 + H2S↑
Химические свойства
- Кислотные свойства
- Восстановительные свойства
- Качественная реакция
Сероводород плохо диссоциирует в воде, является слабой кислотой. Реагирует с основными оксидами, основаниями с образованием средних и кислых солей (зависит от соотношения основания и кислоты).
MgO + H2S = (t) MgS + H2O
KOH + H2S = KHS + H2O (гидросульфид калия, избыток кислоты)
2KOH + H2S = K2S + 2H2O
Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, способны вытеснить водород из кислоты.
Ca + H2S = (t) CaS + H2
Сероводород — сильный восстановитель (сера в минимальной степени окисления S2-). Горит в кислороде синим пламенем, реагирует с кислотами.
H2S + O2 = H2O + S (недостаток кислорода)
H2S + O2 = H2O + SO2 (избыток кислорода)
H2S + HClO3 = H2SO4 + HCl
Качественной реакцией на сероводород является реакция с солями свинца, при котором образуется сульфид свинца.
H2S + Pb(NO3)2 = PbS↓ + HNO3
Оксид серы — SO2
Сернистый газ — SO2 — при нормальных условиях бесцветный газ с характерным резким запахом (запах загорающейся спички).
Получение
В промышленных условиях сернистый газ получают обжигом пирита.
FeS2 + O2 = (t) FeO + SO2
В лаборатории SO2 получают реакцией сильных кислот на сульфиты. В ходе подобных реакций образуется сернистая кислота, распадающаяся на сернистый газ и воду.
K2SO3 + H2SO4 = (t) K2SO4 + H2O + SO2↑
Сернистый газ получается также в ходе реакций малоактивных металлов с серной кислотой.
Cu + H2SO4(конц.) = (t) CuSO4 + SO2 + H2O
- Кислотные свойства
- Восстановительные свойства
- Как окислитель
С основными оксидами, основаниями образует соли сернистой кислоты — сульфиты.
K2O + SO2 = K2SO3
NaOH + SO2 = NaHSO3
2NaOH + SO2 = Na2SO3 + H2O
Химически сернистый газ очень активен. Его восстановительные свойства продемонстрированы в реакциях ниже.
Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O = FeSO4 + H2SO4
SO2 + O2 = (t, кат. — Pt) SO3
В присутствии сильных восстановителей SO2 способен проявлять окислительные свойства (понижать степень окисления).
CO + SO2 = CO2 + S
H2S + SO2 = S + H2O
Сернистая кислота
Слабая, нестойкая двухосновная кислота. Существует лишь в разбавленных растворах.
Получение
SO2 + H2O ⇄ H2SO3
Химические свойства
- Диссоциация
- Кислотные свойства
- Окислительные свойства
- Восстановительные свойства
Диссоциирует в водном растворе ступенчато.
H2SO3 = H+ + HSO3-
HSO3- = H+ + SO32-
В реакциях с основными оксидами, основаниями образует соли — сульфиты и гидросульфиты.
CaO + H2SO3 = CaSO3 + H2O
H2SO3 + 2KOH = 2H2O + K2SO3 (соотношение кислота — основание, 1:2)
H2SO3 + KOH = H2O + KHSO3 (соотношение кислота — основание, 1:1)
С сильными восстановителями сернистая кислота принимает роль окислителя.
H2SO3 + H2S = S↓ + H 2O
Как и сернистый газ, сернистая кислота и ее соли обладают выраженными восстановительными свойствами.
H2SO3 + Br2 = H2SO4 + HBr
Оксид серы VI — SO3
Является высшим оксидом серы. Бесцветная летучая жидкость с удушающим запахом. Ядовит.
Получение
В промышленности данный оксид получают, окисляя SO2 кислородом при нагревании и присутствии катализатора (оксид ванадия — Pr, V2O5).
SO2 + O2 = (кат) SO3
В лабораторных условиях разложением солей серной кислоты — сульфатов.
Fe2(SO4)3 = (t) SO3 + Fe2O3
Химические свойства
- Кислотные свойства
- Окислительные свойства
Является кислотным оксидом, соответствует серной кислоте. При реакции с основными оксидами и основаниями образует ее соли — сульфаты и гидросульфаты. Реагирует с водой с образованием серной кислоты.
SO3 + 2KOH = K2SO4 + 2H2O (основание в избытке — средняя соль)
SO3 + KOH = KHSO4 + H2O (кислотный оксид в избытке — кислая соль)
SO3 + Ca(OH)2 = CaSO4 + H2O
SO3 + Li2O = Li2SO4
SO3 + H2O = H2SO4
SO3 — сильный окислитель. Чаще всего восстанавливается до SO2.
SO3 + P = SO2 + P2O5
SO3 + H2S = SO2 + H2O
SO3 + KI = SO2 + I2 + K2SO4
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию
.
Где содержится сера: продукты, содержащие серу
Чтобы получить необходимое количество этого вещества, нужно употреблять в пищу следующие продукты:
- Сыр
- Яйца
- Мясо
- Рыбу
- Хлеб
- Крупы
- Бобовые
- Брюссельскую капусту
- Белокочанную капусту
- Чеснок
- Лук
- Салат
- Репу
- Проростки пшеницы
Диетологи говорят, что наибольшее количество серы содержится в перепелиных яйцах. Недаром их считают панацеей для выведения радионуклидов из организма. Однако куриные яйца также содержат много серы.
