Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2013 » Август » 16 » Сера
17:54
Сера

Несмотря на то, что сера не является широко распространенным в природе элементом, она является очень важным сырьем для химической промышленности. Содержание серы в земной коре составляет около 0,1% по массе. Большая часть серы входит в состав сульфидных руд и различных сульфатов. В первую очередь, это широко известный гипс CaSO4, горькая соль MgSO4, обуславливающая горечь морской воды и находящая применение в качестве слабительного. Сульфат натрия имеет классическое название Глауберова соль и также применяется в качестве слабительного и водовыводящего средства. В химии, сульфат натрия используется для сушки органических растворителей. Оба эти применения обусловлены высокой гигроскопичностью сульфатов.

Из сульфидных руд наибольшую известность имеют: халькопирит CuFeS2, железный колчедан FeS2, свинцовый блеск PbS,цинковый блеск ZnS и кадмиевая обманка CdS. Обманками назвали некоторые сульфиды металлов, так как, несмотря на металлический блеск, из них в те времена не умели получать металлы.

Все сульфиды являются ценными рудами для получения металлов и соединений серы. Соединяясь с металлом при высокой температуре, сера проявляет валентность 2-, так как, является ярко выраженным неметаллом.

Кроме минеральных солей, сера встречается в свободном виде, как правило, это месторождения вулканического происхождения. Большая часть из них залегает осадочными пластами под землей (штат Луизиана, средняя Азия, Кавказ, Камчатка и др.). Иногда, в результате размывания и выветривания породы, а также, тектонических подъемов почвы, прослойки серы оказываются на поверхности и даже, возвышаются в виде холмов (пустыня Каракум).

Основной путь образования самородной серы при вулканической активности заключается в газофазной реакции между оксидом четырехвалентной серы и сероводородом. При этом получается парообразная сера и пары воды. Сероводород выделяется в случае встречи грунтовых вод с магмой, богатой расплавленными сульфидами переходных металлов.

В античности, характерный запах сероводорода и оксидов серы отождествляли с подземным царством мертвых или адом. Что вполне логично, так как, по поверьям людей тех времен,  жерла вулканов – это входы в подземное царство.

При гниении органических веществ, сера, содержащаяся в белковых молекулах, выделяется в виде сероводорода. Некоторые равнинные озера имеют микрофлору, обитающую у дна, способную связывать серу из минеральных веществ в значительных количествах. После гибели этих организмов (от бактерий до рачков длинной до нескольких миллиметров), выделяется много сероводорода. Вода этих озер является целебной, но, в разумных количествах. Так как, сероводород усиливает сердечную активность и ускоряет самоочищение организма. В больших количествах, сероводород может вызвать инфаркт и другие осложнения.

Многие растения для самозащиты от болезней и различных вредителей, синтезируют и накапливают соединения серы, имеющие связи сера-кислород и сера-углерод. К таким растениям относятся: чеснок, лук, хрен, петрушка и многие другие. Эти соединения обобщенно называют растительными тиоэфирами. Для них характерны лакриматорные (слезоточивые) свойства и токсичность для микроорганизмов и многих грибов. Из макро животных, их не переносят многие кольчатые и гладкие черви и насекомые.

В промышленности достаточно широко применяются методы получения серы из диоксида серы, получаемого при обжиге руд и пиролизе углей. Для восстановления этих соединений используют углерод кокса.

Кроме того, при переработке пирита, получают некоторое количество парообразной серы нагреванием пирита без доступа воздуха до 600-700оС. Температура кипения серы около 445оС, поэтому, ее пары поднимаются вверх и оседают на стенках холодной камеры из легированной стали. Раньше, такие камеры изготавливали из термостойкой керамики. Аналогичной технологией возгонки производят очистку сырцовой серы от минеральных примесей. Полученный мелкокристаллический, рыхлый порошок серы называют серный цвет и используют в пиротехнике, для производства дымного пороха, в фармацевтике и для борьбы с вредителями сельского хозяйства.

При кипячении с водой, мелкий порошок серы постепенно диспропорционирует и окисляется кислородом воздуха, при этом получается смесь сероводорода, серной и сернистой кислоты, а также, следовые количества других серосодержащих кислот. После остывания раствора над осадком серы, он приобретает слабый розовый цвет при добавлении лакмуса.

Основной источник серы для промышленных нужд – это добыча самородной серы. В природе встречаются горные породы с различным содержанием серы (5-95%), при этом, классическим методом добычи является выплавка. Первоначально, для этого накладывали куски породы в высокую кучу и раскладывали вокруг костер. От жара костра, сера плавилась и стекала в нижнюю часть. После гашения костра, оставалось выбрать застывшие капельки серы из растрескавшейся и просушенной породы. При таком методе сгорает много продукта, поэтому он не используется с начала 20-го века.

На сегодняшний день, два основных метода добычи серы: метод А.П. Волкова и метод Фраша. Первый метод заключается в автоклавном нагреве мелких кусков породы до 150оС при 6 атм. При этом, сера плавится и стекает вниз автоклава, а пустая порода, смоченная водой, легко от нее отделяется. Основными направлениями модернизации данного метода является разработка непрерывной линии производства и отделение расплава серы от минеральной пульпы до сброса давления. Этот метод наиболее распространен, так как, позволяет перерабатывать породу с практически любым содержанием серы.

Метод Фраша применяется при глубинном залегании богатых месторождений серы (более 50% серы от массы породы). Для реализации метода, бурят скважину диаметром 200-500 мм. Пропускают в нее систему труб, состоящую из внешней трубы для подачи перегретого пара, средней трубы для откачки расплавленной серы и внутренней трубы для подачи нагретого воздуха, выдавливающего серу из скважины. Модернизация этого метода заключается в замене воздуха азотом и включение азота в оборотный цикл. Что позволит не только снизить потери серы на окисление и коррозию оборудования, отказаться от водяного пара, но и улучшить экологическую ситуацию.

Наибольшие запасы серы имеют: США, Япония, Италия, Россия, страны ближнего востока и центральной Азии.

Каменный уголь содержит до 1,5% серы по массе, что, с одной стороны повышает калорийность его как топлива и позволяет получать из него диоксид серы. А с другой стороны, ухудшает экологическую обстановку в регионах, где работают ТЭС и ТЭЦ на этом угле. Сера накопилась в угле за счет растительных тиоэфиров и белковых веществ животных и растений.

Существует три аллотропные модификации серы: пластическая, кубическая и ромбическая.

Наиболее устойчивой является ромбическая сера, в эту модификацию переходит любая сера при длительном хранении, также, в этом виде встречается самородная сера. Температура плавления ромбической серы 112,8оС, плотность 2,07 гр./см3. Моноклинная сера получается при медленном остывании больших количеств серы. Температура плавления моноклинной серы 119оС, плотность 1,96 гр./см3. Разница этих двух модификаций заключается в ориентации короноидальных циклических 8-ми атомных молекул в кристаллической решетке. Переход одной модификации серы в другую частично обуславливает растрескивание пороховых элементов и шашек твердого топлива, изготовленных из дымного пороха.

Третья модификация серы – пластическая, это наименее устойчивая модификация серы. Она переходит в ромбическую за несколько лет. В отличие от двух других модификаций, пластическая сера имеет линейную молекулу из 8-ми атомов серы. При растягивании и других видах деформирования, молекулы ориентируются вдоль линий растяжения или направления течения, что обуславливает некоторую эластичность. Первоначально, пластическая сера входила в составы лекарственных мазей и зажигательных смесей. Получить пластическую серу можно при быстром охлаждении в холодной воде струйки доведенной до кипения серы.

При комнатной температуре существуют 8-ми атомные молекулы серы, при повышении температуры они постепенно распадаются. В парах при 445оС существуют, в основном, четырехатомные молекулы. При 800оС, почти исключительно 2-х атомные. При температурах выше 1700оС обнаружен только одноатомный перегретый газ, граничащий с низкотемпературной плазмой.

С испокон веков, сера применяется для дезинфекции нежилых помещений и крупного рогатого скота, в составе мазей и пиротехнических смесей. На сегодняшний день, основное промышленное применение серы – производство серной кислоты и органический синтез. Много серы перерабатывается в монохлорид (S2Cl2) и дихлорид (SCl2) серы, используемые для вулканизации каучуков. Процесс вулканизации каучука был открыт еще в 19-м веке, и заключается в нагревании серы с каучуком, при этом происходит поперечная сшивка ММ. Что приводит к появлению трехмерной сетки и повышению молекулярной массы ММ. При добавлении большого количества серы (10-40%), получаются различные эбониты, имеющие свойства сшитых пластиков. В них, сшивка происходит по всем двойным связям. Поперечные мостики включают по 8 атомов серы. Для снижения температуры активации серной вулканизации, в процесс вводят полисульфиды щелочных металлов и галогениды серы, а также, другие активаторы.

Сера входит в состав ряда органических соединений, находящих самое различное применение.

Категория: Химия элементов | Просмотров: 2059 | Добавил: Chemadm | Теги: серный цвет, сульфиды, применение серы | Рейтинг: 4.8/20
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]