Сірка

РОЗДІЛ 2 НЕМЕТАЛІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЇХ СПОЛУКИ

ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ГРУПИ (ХАЛЬКОГЕНИ)

§ 26. Сірка

Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу:

Характеризувати будову алотропних видозмін Сульфуру, фізичні та хімічні властивості, способи добування, практичне значення сірки; складати рівняння та схеми електронного балансу відповідних хімічних реакцій.

Сірка. Вважають, що українська назва речовини “сірка” походить від санскритського (давньоіндійського) сіра – світло-жовтий. У старослов’янській мові “сера” –

будь-яка горюча речовина.

-Пригадайте з уроків географії місцезнаходження покладів сірки в Україні.

Фізичні властивості. Сірка існує у природі у вільному і зв’язаному станах. За стандартних умов – це крихка кристалічна речовина жовтого кольору, нерозчинна у воді й важча за неї. Проте порошок сірки у воді не тоне, залишаючись на поверхні, оскільки не змочується водою. Якщо додати до води незначну кількість спирту або ацетону, сірка осідає на дно. Вона добре розчиняється в сірковуглеці, бензині та інших органічних розчинниках.

Алотропні видозміни Сульфуру. Як і Оксиген Сульфур здатний до

утворення алотропних видозмін, які відрізняються одна від одної будовою молекулярної кристалічної гратки і відповідно властивостями.

Усього відомо понад десять алотропних видозмін Сульфуру, найбільш стійкими серед них є ромбічна, моноклінна і пластична сірка.

Утворенню алотропних видозмін сприяє здатність атомів Сульфуру утворювати ланцюги -S-S-S-S-S-S-S-S-, які можуть давати циклічні молекули з восьми атомів, що нагадують корону. З таких молекул складаються молекулярні кристали ромбічної та моноклінної сірки (мал. 38, а).

Відрізняються кристалічні алотропні модифікації Сульфуру формою кристалів, у яких молекули упаковані по – різному: більш щільне упакування характерне для ромбічної сірки (мал. 38, в). У вільному стані у природі існує ромбічна сірка. Різна будова кристалів ромбічної і моноклінної сірки зумовлює різницю їхніх фізичних властивостей (табл. 9).

Мал. 38. Форми молекул сірки: а – кристалічної, б – пластичної; її кристалів: в – ромбічної, г – моноклінної

Т а б л и ц я 9

Властивості ромбічної та моноклінної сірки

Властивості простих речовин	Сірка
Ромбічна	Моноклінна
Колір	Лимонно-жовтий	Блідо-жовтий, майже безбарвний
Густина	2,07 г/см3	1,96 г/см3
Температура Плавлення	112,8 °С	119,3 °С

На прикладі алотропії Сульфуру можна пересвідчитись у переході видозмін одна в одну.

Для добування моноклінної сірки необхідно нагріти в пробірці шматочок ромбічної сірки до плавлення – появи рухливої світло-жовтої рідини, яка також складається з молекул складу S8. Потім охолодити розплавлену сірку до часткового тверднення і злити ту, що не застигла. На стінках пробірки залишаються довгі голчасті кристали моноклінної сірки, яка через певний час перетворюється на ромбічну.

Щоб добути пластичну сірку, треба нагрівати ромбічну сірку в пробірці до кипіння за температури 445 °С. За цих умов циклічні молекули руйнуються. Якщо киплячу сірку обережно вилити тонкою цівкою в склянку з холодною водою, то утвориться темно-коричнева, гумоподібна пластична сірка, яка складається з молекул, утворених довгими ланцюгами атомів (мал. 38, б). Вона нестійка і через декілька годин перетворюється на ромбічну.

Добування. Природне джерело – самородна сірка. Значну кількість сірки також добувають з дигідроген сульфіду, що є супутником природного газу і нафти, а також промислових газів, що містять H2S і SO2.

Хімічні властивості. Сірка – типовий, достатньо хімічно активний неметал, хоча менш активний порівняно з киснем і галогенами (чому?). Тому більшість реакцій за участю сірки відбувається при нагріванні.

– Розглянуті у параграфі хімічні властивості сірки є загальними для усіх алотропних видозмін Сульфуру, тому в рівняннях реакцій формула сірки записується S.

У реакціях залежно від природи іншого реагенту сірка виявляє або окиснювальні, або відновні властивості, що пояснюється проміжним

Значенням ступеня окиснення

Окиснювальні властивості сірка проявляє в реакціях з металами (окрім золота, платини, іридію), воднем, деякими неметалами:

За стандартних умов з сіркою взаємодіють лужні та лужноземельні метали, а також ртуть. З переважною більшістю металів реакції відбуваються при нагріванні. Продуктами реакцій є сульфіди:

Реакцію сірки із ртуттю з утворенням меркурій(ІІ) сульфіду використовують для видалення слідів розлитої ртуті, яка є сильною отрутою. Для цього місця з найменшими краплинками ртуті посипають порошком сірки:

S + Hg = HgS

При пропусканні крізь розплавлену сірку водню утворюється дигідроген сульфід, або сірководень, – задушливий газ із характерним запахом тухлих яєць:

Під час нагрівання сірка реагує із вуглецем, силіцієм, фосфором з утворенням відповідно CS2 – карбон(IV) сульфіду, SiS2 – силіцій(IV) сульфіду, P2S3 – фосфор(III) сульфіду.

– Складіть схеми електронного балансу для наведених рівнянь реакцій.

Відновні властивості. Залежно від сили окисника й умов проведення реакції ступінь окиснення Сульфуру підвищується по-різному:

Під час нагрівання сірка реагує з киснем повітря, утворюючи сульфур(IV) оксид SO2. Процес горіння супроводжується утворенням невеликої кількості сульфур (IV) оксиду SO3.

Сірка взаємодіє з галогенами (крім йоду), утворюючи сполуки різ ного складу: сульфур (VІ) флуориду SF6 (хімічно інертної “хімічної платини”), сульфур(IV) хлориду SCl4:

При нагріванні сірка реагує з концентрованими кислотами – окисниками:

– Складіть схеми електронного балансу для наведених рівнянь реакцій.

Проміжний ступінь окиснення Сульфуру S зумовлює здатність сірки до реакції самоокиснення – самовідновлення. Прикладом такої реакції є розчинення сірки у лугах з утворенням сульфіду і сульфіту відповідного металічного елемента:

Застосування. Сірка використовується переважно як сировина для виробництва сульфатної кислоти H2SO4 і кальцій гідрогенсульфіту Ca(HSO3)2, необхідного для переробки целюлози. Сірку використовують також у виробництві гуми (вулканізація каучуку), органічних барвників, ліків, препаратів для захисту рослин. Вона входить до складу пороху та інших піротехнічних сумішей. У вигляді мазей очищену сірку застосовують для лікування шкіри. Також її використовують для добування так званого сухозлітного золота SnS2, яким покривають куполи церков, “золотять” скульптури та елементи архітектурних споруд (мал. 39).

Коротко про головне

Сульфуру відповідають декілька алотропних видозмін, які відрізняються будовою молекул і кристалів гратки. Найбільш стійкими є ромбічна, моноклінна і пластична сірка. Фізичні властивості зумовлені молекулярною кристалічною граткою алотропних видозмін Сульфуру. За хімічними властивостями сірка – типовий неметал. Більшість реакцій проходить при нагріванні. Як окисник сірка реагує з металами з утворенням сульфідів та воднем – при цьому утворюється дигідроген сульфід (сірководень). А як відновник реагує з киснем з утворенням сульфур(ІV) оксиду, галогенами (крім йоду) – при цьому утворюються галогеніди Сульфуру різного складу, а також з концентрованими кислотами. Більшість сірки використовується для добування сульфатної кислоти.

Мал. 39. Застосування сірки: а – виробництво гуми; б – сірка-фунгіцид; в – виготовлення мазей; г – сухозлітне золото (інтер’єр Одеського оперного театру)

Для допитливих. Сірка – речовина, яка відома людству з найдавніших часів. Про неї згадується у Старому та Новому завітах, творах Гомера (VIII ст. до н. е.). Сірку вважали речовиною зі світу підземних богів. Її куріння використовували в релігійних обрядах. Вона здавна входила до складу різних горючих сумішей: “грецького вогню” (V ст. до н. е.), пороху (XIII ст., Китай). У 941 р. під стінами Царгороду “грецьким вогнем” було знищено флот київського князя Ігоря. Літописець, розповідаючи про цю подію, зазначає, що греки пускали вогонь, ніби блискавку на небі, яка спалювала воїнів Ігоря, через що вони не подолали ворога. У часи алхімії сірка вважалася обов’язковою складовою (“батьком”) усіх металів. У XVIII ст. її елементарну природу встановив французький учений А. Лавуазьє.