Cера — химические свойства, получение, соединения. VIа группа. Сера. Аллотропия серы. Физические и химические свойства серы. Применение Аллотропия неметаллов сера
Положение кислорода и серы в периодической системе химических элементов, строение их атомов. Озон – аллотропная модификация кислорода
ПОДГРУППА КИСЛОРОДА (ХАЛЬКОГЕНЫ)
В подгруппу кислорода входят элементы: кислород, сера, селен, теллур, полоний.
ХАЛЬКОГЕНЫ В ПРИРОДЕ
Положение в таблице
Свойства элементов VI-A подгруппы.
Кислород и сера имеют одинаковое строение внешнего энергетического уровня –ns 2 np 4 , где n – номер периода. Кислород O 2 (К.В. Шееле 1772 г., Дж. Пристли 1774 г.) Самый распространенный элемент на Земле в воздухе - 21% по объему; в земной коре - 49% по массе; в гидросфере - 89% по массе; в составе живых организмов-- до 65% по массе. |
АЛЛОТРОПИЯ КИСЛОРОДА
Строение атома
Химические свойства
Взаимодействие веществ с кислородом называется окислением .
С кислородом реагируют все элементы, кроме Au, Pt, He, Ne и Ar, во всех реакциях (кроме взаимодействия со фтором) кислород - окислитель.
С неметаллами
S + O 2 → SO 2
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
С металлами
2Mg + O 2 → 2MgO
2Cu + O 2 →2CuO (при нагревании)
Со сложными веществами
4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
2H 2 S + 3O 2 → 2SO 2 + 2H 2 O
CH 4 + 2O 2 →CO 2 + 2H 2 O
Горение в кислороде
2. Действием серной кислоты на пероксид бария
3BaO 2 + 3H 2 SO 4 → 3BaSO 4 + 3H 2 O + O 3
Получение и обнаружение озона
Химические свойства
Озон химически активнее кислорода. Активность озона объясняется тем, что при его разложении образуется молекула кислорода и атомарный кислород, который активно реагирует с другими веществами.
O 3 → O 2 + O (озон неустойчив)
Например, озон легко реагирует с серебром, тогда как кислород не соединяется с ним даже при нагревании:
6Ag + O 3 → 3Ag 2 O
Т. е. озон - сильный окислитель:
2KI + O 3 + H 2 O → 2KOH + I 2 + O 2
Озон в природе
Обесцвечивает красящие вещества, отражает УФ - лучи, уничтожает микроорганизмы. Озон является постоянным компонентом атмосферы Земли и играет важную роль для поддержания на ней жизни. В приземных слоях земной атмосферы концентрация озона чрезвычайно мала и составляет величину порядка 10-7 - 10-6%. Однако с увеличением высоты концентрация озона резко возрастает, проходя через максимум на высоте 20-30 км. Общее содержание озона в атмосфере может быть охарактеризовано слоем озона, приведённого к нормальным условиям (0°С, 1 атм ), и составляет толщину около 0,4-0,6 см. Общее содержание озона в атмосфере переменное, и колеблется в зависимости от времени года и географической широты. Как правило, концентрация озона больше в высоких широтах и максимальна весной, а минимальна осенью. Известно, что атмосферный озон играет ключевую роль для поддержания жизни на земле, выступая в качестве защитной составляющей для живых организмов от жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца. С другой стороны, озон является весьма эффективным парниковым газом, и, поглощая инфракрасное излучение поверхности Земли, препятствует её охлаждению. Установлено, что нахождение и перемещение масс озона в атмосфере Земли существенно влияет на метеорологическую обстановку на планете.
Применение озона обусловлено его свойствами
1. сильного окисляющего агента:
· для стерилизации изделий медицинского назначения
· при получении многих веществ в лабораторной и промышленной практике
· для отбеливания бумаги
· для очистки масел
2. сильного дезинфицирующего средства:
· для очистки воды и воздуха от микроорганизмов (озонирование)
· для дезинфекции помещений и одежды
Одним из существенных достоинств озонирования, по сравнению с хлорированием, является отсутствие токсинов после обработки. Тогда как при хлорировании возможно образование существенного количества токсинов и ядов, например, диоксина.
Сера. Аллотропия серы. Физические и химические свойства серы. Применение
СЕРА S
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 2H 2 O - гипс
MgSO 4 x 7H 2 O – горькая соль (английская)
Na 2 SO 4 x 10H 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:
Взаимопревращение аллотропных модификаций серы |
Строение атома серы
Размещение электронов по уровням и подуровням
Получение серы
1. Промышленный метод - выплавление из руды с помощью водяного пара.
2. Неполное окисление сероводорода (при недостатке кислорода).
2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O
3. Реакция Вакенродера
2H 2 S + SO 2 = 3S + 2H 2 O
Химические свойства серы
Дата _____________ Класс ___________________
Тема: Сера. Аллотропия серы. Физические и химические свойства серы. Применение серы.
Цели урока:
рассмотреть вещество «сера», аллотропию серы, ознакомиться с физическими и химическими свойствами серы.
Ход урока
1. Организационный момент урока. 2. Изучение нового материалаCера 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 2H 2 O - гипс MgSO 4 x 7H 2 O – горькая соль (английская) Na 2 SO 4 x 10H 2 O – глауберова соль (мирабилит)Физические свойства
Твердое кристаллическое вещество , нерастворима в воде, водой не смачивается (плавает на поверхности), t ° кип = 445°САллотропия
Для серы характерны несколько аллотропных модификаций:Ромбическая (a - сера) - S 8
t ° пл. = 113° C; ρ= 2,07 г/см 3 . Наиболее устойчивая модификация.
Строение атома серы
Размещение электронов по уровням и подуровнямПолучение серы
1. Промышленный метод - выплавление из руды с помощью водяного пара. 2. Неполное окисление сероводорода (при недостатке кислорода). 2 H 2 S + O 2 = 2 S + 2 H 2 O3. Реакция Вакенродера 2 H 2 S+ SO 2 = 3 S+ 2 H 2 OХимические свойства серы
Сера - окислитель
S 0 + 2ē S -2
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. 3. Закрепление изученного материала №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:
H 2 S → S → Al 2 S 3 → Al(OH) 3
№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 =4. 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!
Соединения серы могут служить лекарственными препаратами;
Сера – основа мази для лечения грибковых заболеваний кожи, для борьбы с чесоткой. Тиосульфат натрия Na2S2O3 используется для борьбы с нею.
Многие соли серной кислоты содержат кристаллизационную воду: ZnSO4×7H2O и CuSO4×5H2O. Их применяют как антисептические средства для опрыскивания растений и протравливания зерна в борьбе с вредителями сельского хозяйства.
Железный купорос FeSO4×7H2O используют при анемии.
BaSO4 применяют при рентгенографическом исследовании желудка и кишечника.
Алюмокалиевые квасцы KAI(SO4) 2×12H2O - кровоостанавливающее средство при порезах.
Минерал Na2SO4×10H2O 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 Na2SO4×10H2O. 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.
Неметаллы.Аллотропия.
Неметаллы, химические элементы, которые образуют простые тела, не обладающие свойствами, характерными для металлов. К неметаллам относятся 22 элемента. Только два неметалла - углерод и сера - были известны в древности. В 13 в. был получен мышьяк, в 17 в. открыты водород и фосфор, в конце 18 в. - кислород, азот, хлор, теллур. В 1789 А. Л. Лавуазье включил эти неметаллы в список простых веществ (кроме хлора, который тогда считали окисленной соляной кислотой). В 1-й половине 19 в. были получены бром, иод, селен, кремний, бор. Изолировать фтор и открыть инертные газы удалось лишь в конце 19 в. Астат получен искусственно в 1940.
1. Положение неметаллов в ПС.
Неметаллы находятся в верхнем правом углу ПС над диагональю В – Аt.
Расположены в главных подгруппах 4 - 8 групп.
Физические свойства.
а) Агрегатное состояние.
- Твердые вещества: бор, углерод, кремний, фосфор, сера, мышьяк, селен, теллур, йод, астат;
- Жидкости: бром – красно – бурая жидкость с тяжелым неприятным запахом;
- Газы: водород, азот, кислород, фтор, хлор и инертные газы.
Особыми являются инертные или благородные газы. Инертные газы не имеют цвета и запаха. И являются одноатомными. Инертные газы считаются благородными. Обладают более высокой электропроводностью (по сравнению с другими) и, при прохождении через них тока, ярко светятся.
- Неон - огненно красным светом.
- Гелий - ярко-жёлтым светом.
- Аргон – синим светом.
- Криптон – светло- желтым светом.
- Ксенон – фиолетовым светом.
Несмотря на свою инертность, эти газы находят широкое применение:
Гелием заполняют воздушные шары и дирижабли.
Аргон в качестве защитной среды при сварке (дуговой, лазерной, контактной и т. п.) как металлов, так и неметаллов.
Все указанные неметаллы (водород, кислород, азот, фтор и хлор) имеют двухатомные молекулы. Водород, кислород и азот бесцветны, фтор имеет светло – зеленый цвет, хлор – желто – зеленый.
б) Не имеют металлического блеска (исключение – графит, йод)
в) Большинство не проводят электрический ток (кроме кремния и графита)
г) Хрупкие.
Аллотропия.
Явление, при котором один химический элемент образует несколько простых веществ.
Причины аллотропии:
Разный состав молекул (О2 и О3)
Разное строение (алмаз, графит)
Аллотропные видоизменения кислорода
О 3 = О 2 + О
Аллотропные видоизменения серы
Существует три аллотропные модификации серы: ромбическая, моноклинная и пластическая. Ромбическая и моноклинная модификации построены из циклических молекул S8, размещенных по узлам ромбической и моноклинной решеток. Молекула S8 имеет форму короны, длины всех связей – S – S – равны 0,206 нм и углы близки к тетраэдрическим 108°.
Пластическая модификация серы образована спиральными цепями из атомов серы с левой и правой осями вращения. Эти цепочки скручены и вытянуты в одном направлении.
При комнатной температуре устойчива ромбическая сера. При нагревании она плавится, превращаясь в желтую легкоподвижную жидкость, при дальнейшем нагревании жидкость загустевает, так как в ней образуются длинные полимерные цепочки. При медленном охлаждении расплава образуются темно-желтые игольчатые кристаллы моноклинной серы, а если вылить расплавленную серу в холодную воду, получится пластическая сера – резиноподобная структура, состоящая из полимерных цепочек. Пластическая и моноклинная сера неустойчивы и самопроизвольно превращаются в ромбическую.
Сера - одно из немногих веществ, которое было известно с древнейших времен, её использовали первые химики. Одна из причин известности серы - распространенность самородной серы в странах древнейших цивилизаций. Её разрабатывали греки и римляне, производство серы значительно увеличилось после изобретения пороха.
Сера расположена в 16 группе Периодической системы химических элементов Менделеева .
На внешнем энергетическом уровне атома серы содержится 6 электронов, которые имеют электронную конфигурацию 3s 2 3p 4 . В соединениях с металлами сера проявляет отрицательную степень окисления элементов -2, в соединениях с кислородом и другими активными неметаллами - положительные +2, +4, +6. Сера - типичный неметалл, в зависимости от типа превращения может быть окислителем и восстановителем.
Сера довольно широко распространена в природе. Её содержание в земной коре составляет 0,0048 %. Значительная часть серы встречается в самородном состоянии.
Также сера встречается в форме сульфидов : пирит, халькопирит и сульфатов: гипс, целестин и барит.
Много соединений серы содержится в нефти (тиофен C 4 H 4 S, органические сульфиды) и нефтяных газах (сероводород).
Существование аллотропных модификаций серы связано с её способностью образовывать устойчивые гомоцепи - S - S -. Устойчивость цепей объясняется тем, что связи - S - S - оказываются прочнее, чем связь в молекуле S 2 . Гомоцепи серы имеют зигзагообразную форму, поскольку в их образовании принимают участие электроны взаимно перпендикулярных р-орбиталей.
Существует три аллотропные модификации серы: ромбическая, моноклинная и пластическая. Ромбическая и моноклинная модификации построены из циклических молекул S 8 , размещенных по узлам ромбической и моноклинной решеток.
Молекула S 8 имеет форму короны, длины всех связей - S - S - равны 0,206 нм и углы близки к тетраэдрическим 108°.
В ромбической сере наименьший элементарный объем имеет форму прямоугольного параллелепипеда, а в случае моноклинной серы элементарный объем выделяется в виде скошенного параллелепипеда.
Кристалл ромбической серы. Кристалл моноклинной серы
Пластическая модификация серы образована спиральными цепями из атомов серы с левой и правой осями вращения. Эти цепочки скручены и вытянуты в одном направлении.
При комнатной температуре устойчива ромбическая сера. При нагревании она плавится, превращаясь в желтую легкоподвижную жидкость, при дальнейшем нагревании жидкость загустевает, так как в ней образуются длинные полимерные цепочки. При медленном охлаждении расплава образуются темно-желтые игольчатые кристаллы моноклинной серы, а если вылить расплавленную серу в холодную воду, получится пластическая сера - резиноподобная структура, состоящая из полимерных цепочек. Пластическая и моноклинная сера неустойчивы и самопроизвольно превращаются в ромбическую.
Распространенность в природе
Место серы в Периодической системе химических элементов Менделеева
Сера
Тема. Сера, азот, фосфор, углерод, кремний, их соединения, применение
Лекция 4
Сера – одно из немногих веществ, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ было известно с древнейших времен, её использовали первые химики. Одна из причин известности серы – распространенность самородной серы в странах древнейших цивилизаций. Её разрабатывали греки и римляне, производство серы значительно увеличилось после изобретения пороха.
Сера расположена в 16 группе Периодической системы химических элементов Менделеева.
На внешнем энергетическом уровне атома серы содержится 6 электронов, которые имеют электронную конфигурацию 3s 2 3p 4 . В соединениях с металлами сера проявляет отрицательную степень окисления элементов -2, в соединениях с кислородом и другими активными неметаллами – положительные +2, +4, +6. Сера – типичный неметалл, исходя из типа превращения должна быть окислителем и восстановителем.
Сера довольно широко распространена в природе. Её содержание в земной коре составляет 0,0048 %.Значительная часть серы встречается в самородном состоянии.
Также сера встречается в форме сульфидов: пирит, халькопирит и сульфатов: гипс, целестин и барит.
Много соединений серы содержится в нефти (тиофен C 4 H 4 S, органические сульфиды) и нефтяных газах (сероводород).
Существование аллотропных модификаций серы связано с её способностью образовывать устойчивые гомоцепи – S – S –. Устойчивость цепей объясняется тем, что связи – S – S – оказываются прочнее, чем связь в молекуле S 2 . Гомоцепи серы имеют зигзагообразную форму, поскольку в их образовании принимают участие электроны взаимно перпендикулярных р-орбиталей.
Существует три аллотропные модификации серы: ромбическая, моноклинная и пластическая. Ромбическая и моноклинная модификации построены из циклических молекул S 8 , размещенных по узлам ромбической и моноклинной решеток.
Молекула S 8 имеет форму короны, длины всех связей – S – S – равны 0,206 нм и углы близки к тетраэдрическим 108°.
В ромбической сере наименьший элементарный объём имеет форму прямоугольного параллелепипеда, а в случае моноклинной серы элементарный объём выделяется в виде скошенного параллелепипеда.
Кристалл ромбической серы Кристалл моноклинной серы
Пластическая модификация серы образована спиральными цепями из атомов серы с левой и правой осями вращения. Эти цепочки скручены и вытянуты в одном направлении.
При комнатной температуре устойчива ромбическая сера. При нагревании она плавится, превращаясь в желтую легкоподвижную жидкость, при дальнейшем нагревании жидкость загустевает, так как в ней образуются длинные полимерные цепочки. При медленном охлаждении расплава образуются темно-желтые игольчатые кристаллы моноклинной серы, а если вылить расплавленную серу в холодную воду, получится пластическая сера – резиноподобная структура, состоящая из полимерных цепочек. Пластическая и моноклинная сера неустойчивы и самопроизвольно превращаются в ромбическую.
Аллотропные модификации серы - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Аллотропные модификации серы" 2017, 2018.