Сульфур как химический элемент¶

Сульфур (от лат. sulphur; русское название — сера, химический символ S) — химический элемент 16-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы VI группы) третьего периода периодической системы, атомный номер 16, атомная масса 32,06. Относится к группе халькогенов — элементов, склонных образовывать соединения с металлами. В свободном виде представляет собой кристаллическое вещество жёлтого цвета, неметалл, практически нерастворимое в воде. Латинское название sulphur используется в международной номенклатуре и в ряде языков как основное обозначение элемента.

¶Общая характеристика

Сульфур — типичный неметалл с электронной конфигурацией внешнего уровня 3s²3p⁴. До завершения октета ему не хватает двух электронов, поэтому в соединениях он чаще всего проявляет степени окисления −2, +4 и +6. Элемент встречается в природе как в самородном состоянии, так и в виде сульфидных и сульфатных минералов. По распространённости в земной коре занимает одно из ведущих мест среди неметаллов.

Простое вещество сера существует в нескольких аллотропных модификациях, различающихся строением кристаллической решётки и свойствами. Наиболее известны ромбическая (α-сера) и моноклинная (β-сера) формы, а также пластическая и аморфная разновидности.

¶История

Сера известна человечеству с древнейших времён — это один из немногих элементов, знакомых в свободном виде. Упоминания о ней встречаются в текстах античных авторов, в том числе у Гомера и Плиния Старшего. Вещество применялось для окуривания, дезинфекции, в религиозных обрядах, а также в составе зажигательных смесей.

Алхимики считали серу одним из двух «начал» (вместе с ртутью), из которых, по их представлениям, состоят все металлы. Сера фигурировала в символике горения и летучести.

Как самостоятельный химический элемент сера была признана в конце XVIII века, когда Антуан Лавуазье включил её в список простых веществ, не поддающихся разложению. В 1810-х годах Жозеф Луи Гей-Люссак и Жак Тенар установили её элементарную природу окончательно.

¶Нахождение в природе

В природе сульфур распространён широко. Основные формы нахождения:

• Самородная сера — отложения вулканического и осадочного происхождения.
• Сульфиды — пирит (FeS₂), галенит (PbS), сфалерит (ZnS), киноварь (HgS), халькопирит (CuFeS₂).
• Сульфаты — гипс (CaSO₄·2H₂O), ангидрит, барит (BaSO₄), мирабилит.
• Сероводород и его производные — в нефти, природном газе, попутных водах.

Значительные запасы связаны с месторождениями нефти и газа, где сера присутствует в виде сероводорода и меркаптанов и извлекается при очистке углеводородного сырья.

¶Физические и химические свойства

Чистая сера — хрупкое кристаллическое вещество жёлтого цвета, плохой проводник тепла и электричества. Температура плавления ромбической модификации около 112 °C, кипения — около 445 °C. При нагревании сера плавится, затем темнеет и загустевает, образуя вязкую массу из длинных полимерных цепочек, а при дальнейшем нагреве вновь становится подвижной.

Химически сера довольно активна, особенно при нагревании:

• реагирует с металлами, образуя сульфиды (например, с железом — FeS);
• горит в кислороде синим пламенем с образованием диоксида серы SO₂;
• взаимодействует с водородом с образованием сероводорода H₂S;
• реагирует с галогенами, образуя галогениды.

Соединения серы играют ключевую роль в химии: серная кислота H₂SO₄ — один из важнейших продуктов химической промышленности.

¶Получение

Основные промышленные способы получения серы:

1. Извлечение из природного газа и нефти — при очистке от сероводорода (процесс Клауса), в результате чего получают элементарную серу.
2. Выплавка из самородных руд — с помощью перегретого водяного пара или автоклавной плавки.
3. Окисление сульфидов — при переработке сульфидных руд.

Крупнейшие объёмы серы в мире производятся как побочный продукт нефтегазовой отрасли.

¶Применение

Сера и её соединения применяются в самых разных отраслях:

Вулканизация — процесс сшивания молекул каучука с помощью серы — была открыта Чарльзом Гудьиром в 1839 году и стала основой современной резиновой промышленности.

¶Биологическая роль

Сера — биогенный элемент, входящий в состав аминокислот (цистеин, метионин), белков, витаминов (тиамин, биотин) и коферментов. Она участвует в формировании дисульфидных связей, поддерживающих пространственную структуру белков. Организмы получают серу из сульфатов и серосодержащих аминокислот.

¶Воздействие на человека и окружающую среду

Сера малотоксична, но её соединения могут быть опасны. Сероводород H₂S — сильный яд, поражающий нервную систему. Диоксид серы SO₂, выделяющийся при сжигании серосодержащего топлива, загрязняет атмосферу и служит причиной кислотных дождей. Для снижения выбросов применяются установки сероочистки дымовых газов.

Пыль серы при вдыхании раздражает дыхательные пути; при работе с ней используются средства индивидуальной защиты.

¶Интересные факты

• Сера — одно из первых веществ, использованных человеком для дезинфекции помещений.
• В Библии сера упоминается как символ очищения и кары.
• Самородная сера часто встречается у кратеров вулканов, где она осаждается из вулканических газов.
• Название химического элемента происходит от санскритского слова, означающего «жёлтый».