Вулканическая сера. Применение серы в сельском хозяйстве и горнохимической отрасли

Чистая желтая сера

Минерал из класса самородных элементов. Сера представляет собой пример хорошо выраженного энантиоморфного полиморфизма. В природе образует 2 полиморфные модификации: a-сера ромбическая и b-сера моноклинная. При атмосферном давлении и температуре 95,6°С a-сера переходит в b-серу. Сера жизненно необходима для роста растений и животных, она входит в состав живых организмов и продуктов их разложения, ее много, например, в яйцах, капусте, хрене, чесноке, горчице, луке, волосах, шерсти и т.д. Она присутствует также в углях и нефти.

Смотрите так же:

СТРУКТУРА

Самородная сера обычно представлена a-серой, которая кристаллизуется в ромбической сингонии, ромбо-дипирамидальный вид симметрии. Кристаллическая сера имеет две модификации; одну из них, ромбическую, получают из раствора серы в сероуглероде (CS 2) испарением растворителя при комнатной температуре. При этом образуются ромбовидные просвечивающие кристаллы светложелтого цвета, легко растворимые в CS 2 . Эта модификация устойчива до 96° С, при более высокой температуре стабильна моноклинная форма. При естественном охлаждении расплавленной серы в цилиндрических тиглях вырастают крупные кристаллы ромбической модификации с искаженной формой (октаэдры, у которых частично «срезаны» углы или грани). Такой материал в промышленности называется комовая сера. Моноклинная модификация серы представляет собой длинные прозрачные темножелтые игольчатые кристаллы, также растворимые в CS 2 . При охлаждении моноклинной серы ниже 96° С образуется более стабильная желтая ромбическая сера.

СВОЙСТВА

Самородная сера жёлтого цвета, при наличии примесей — жёлто-коричневая, оранжевая, бурая до чёрной; содержит включения битумов, карбонатов, сульфатов, глины. Кристаллы чистой серы прозрачны или полупрозрачны, сплошные массы просвечивают в краях. Блеск смолистый до жирного. Твердость 1-2, спайности нет, излом раковистый. Плотность 2,05 -2,08 г/см 3 , хрупкая. Легко растворима в канадском бальзаме, в скипидаре и керосине. В HCl и H 2 SO 4 нерастворима. HNO 3 и царская водка окисляют серу, превращая её в H 2 SO 4 . Сера существенно отличается от кислорода способностью образовывать устойчивые цепочки и циклы из атомов.
Наиболее стабильны циклические молекулы S 8 , имеющие форму короны, образующие ромбическую и моноклинную серу. Это кристаллическая сера - хрупкое вещество жёлтого цвета. Кроме того, возможны молекулы с замкнутыми (S 4 , S 6) цепями и открытыми цепями. Такой состав имеет пластическая сера, вещество коричневого цвета, которая получается при резком охлаждении расплава серы (пластическая сера уже через несколько часов становится хрупкой, приобретает жёлтый цвет и постепенно превращается в ромбическую). Формулу серы чаще всего записывают просто S, так как она, хотя и имеет молекулярную структуру, является смесью простых веществ с разными молекулами.
Плавление серы сопровождается заметным увеличением объёма (примерно 15 %). Расплавленная сера представляет собой жёлтую легкоподвижную жидкость, которая выше 160 °C превращается в очень вязкую тёмно-коричневую массу. Наибольшую вязкость расплав серы приобретает при температуре 190 °C; дальнейшее повышение температуры сопровождается уменьшением вязкости и выше 300 °C расплавленная сера снова становится подвижной. Это связано с тем, что при нагревании серы она постепенно полимеризуется, увеличивая длину цепочки с повышением температуры. При нагревании серы свыше 190 °C полимерные звенья начинают рушиться.
Сера может служить простейшим примером электрета. При трении сера приобретает сильный отрицательный заряд.

МОРФОЛОГИЯ

Образует усечённо-дипирамидальные, реже дипирамидальные, пинакоидальные или толстопризматические кристаллы, а также плотные скрытокристаллические, сливные, зернистые, реже тонковолокнистые агрегаты. Главные формы на кристаллах: дипирамиды (111) и (113), призмы (011) и (101), пинакоид (001). Также сростки и друзы кристаллов, скелетные кристаллы, псевдосталактиты, порошковатые и землистые массы, налёты и примазки. Для кристаллов характерны множественные параллельные срастания.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Сера образуется при вулканических извержениях, при выветривании сульфидов, при разложении гипсоносных осадочных толщ, а также в связи с деятельностью бактерий. Главные типы месторождений самородной серы — вулканогенные и экзогенные (хемогенно-осадочные). Экзогенные месторождения преобладают; они связаны с гипсо-ангидритами, которые под воздействием выделений углеводородов и сероводорода восстанавливаются и замещаются серно-кальцитовыми рудами. Такой инфильтрационно-метасоматический генезис имеют все крупнейшие месторождения. Самородная сера часто образуется (кроме крупных cкоплений) в результате окисления H 2 S. Геохимические процессы её образования существенно активизируются микроорганизмами (сульфатредуцирующими и тионовыми бактериями). Сопутствующие минералы — кальцит, арагонит, гипс, ангидрит, целестин, иногда битумы. Среди вулканогенных месторождений самородной серы главное значение имеют гидротермально-метасоматические (например, в Японии), образованные сероносными кварцитами и опалитами, и вулканогенно-осадочные сероносные илы кратерных озёр. Образуется также при фумарольной деятельности. Образуясь в условиях земной поверхности, самородная сера является всё же не очень устойчивой и, постепенно окисляясь, даёт начало сульфатам, гл. образом гипсу.
Используется в производстве серной кислоты (около 50% добываемого количества). В 1890 г. Герман Фраш предложил плавить серу под землёй и извлекать на поверхность через скважины, и в настоящее время месторождения серы разрабатывают главным образом путём выплавки самородной серы из пластов под землёй непосредственно в местах её залегания. Сера также в больших количествах содержится в природном газе (в виде сероводорода и сернистого ангидрида), при добыче газа она откладывается на стенках труб, выводя их из строя, поэтому её улавливают из газа как можно быстрее после добычи.

ПРИМЕНЕНИЕ

Примерно половина производимой серы используется в производстве серной кислоты. Серу применяют для вулканизации каучука, как фунгицид в сельском хозяйстве и как сера коллоидная - лекарственный препарат. Также сера в составе серобитумных композиций применяется для получения сероасфальта, а в качестве заместителя портландцемента - для получения серобетона. Сера находит применение для производства пиротехнических составов, ранее использовалась в производстве пороха, применяется для производства спичек.

Сера (англ. Sulphur) — S

КЛАССИФИКАЦИЯ

Strunz (8-ое издание)	1/B.03-10
Nickel-Strunz (10-ое издание)	1.CC.05
Dana (7-ое издание)	1.3.4.1
Dana (8-ое издание)	1.3.5.1
Hey’s CIM Ref.	1.51

Можно выделить следующие генетические типы: 1) магматические, 2) карбонатитовые, 3) скарновые, 4) гидротермальные и пневматолитовые, 5) вулканогенно-осадочные, 6) подземноводные и газонефтяные, 7) осадочные.

К магматическим месторождениям серы следует относить ликвационные медно-никелевые месторождения, сера в которых формирует сульфиды , , , и других металлов и извлекается попутно при переработке руд цветных металлов. Примеры - Талнахское и другие месторождение в России, Сёдбери в Канаде.

К карбонатитовым месторождениям серы относятся редко встречаемые гипс-барит-флюоритовые, связанные с апикальными частями карбонатитовых комплексов. Сера извлекается из . Пример - месторождение Амба-Донгар в Индии.

К скарновым месторождениям серы относятся медные и полиметаллические месторождения, сера которых также представлена сульфидами различных металлов: железа, меди, , и др. Извлекаются они попутно с получением металлов. Примеры - Турьинские медные рудники Урала, полиметаллические месторождения Кара- Мазара в Средней Азии.

Среди гидротермальных месторождений серы следует выделять плутоногенные и вулканогенные. К плутоногенным относятся медные н полиметаллические месторождения, сера которых формирует сульфиды железа и цветных металлов; извлекается она попутно. Примеры - полиметаллические месторождения Забайкалья. Среди гидротермальных вулканогенных месторождений выделяется ряд формаций. К этому типу следует относить формации самородной серы в вулканических образованиях. Это и метасоматические залежи (точнее, импрегнационно-метасоматические, так как часть серы формируется не путем замещения, а путем выполнения пустот) серы в приповерхностных зонах вулканических построек, преимущественно среди опалитов, и месторождения серных потоков и кратерных расплавов, а также месторождения, формирующиеся из серосодержащих газов и горячих вод непосредственно в поверхностных условиях.

Для импрегнационно-метасоматических месторождений, играющих ведущую роль в вулканогенной группе, характерна определенная метасоматическая зональность, при этом среди характерных пород здесь наблюдаются и сами серные руды - сероносные опалиты, и алунитовые породы, пропилиты и монтмориллонитизированные вулканиты. Примеры - Новое на Курильских островах, Мелитойваямское на Камчатке, ряд месторождений Японии. Этот тип месторождений возникает при воздействии сероносных газов и растворов на вулканические постройки, при этом интенсивно выщелачивается ряд металлов, в том числе железо и , а кремнезем остается и формирует существенно опаловые породы - опалиты.

Нередко наряду с самородной серой и серосодержащим минералом алунитом отмечается и сульфид серы - мельниковит. Месторождения серных потоков возникают при расплавлении ранее возникших серных залежей при активизации вулканов. Например, серный поток, вынесший 200 тыс. т серы, наблюдался в Японии на вулкане Сиеретоко-Иоцан. В некоторых вулканах в кратерах имеются серные расплавы (например, на островах Галапагос). Поверхностные небольшие месторождения серы, в том числе сульфуриты, формируются из серосодержащих вод и газов. Они известны на вулкане Менделеева и ряде вулканов Японии.

К вулканогенно-осадочным месторождениям серы относятся кратерно-озерные месторождения самородной серы, а также месторождения колчеданных руд, формирующиеся при поступлении сероносных вулканогенных гидротерм в морские бассейны. Примером кратерно-озерных месторождений служит одно из крупных месторождений Индонезии Телага Бодае. К колчеданным вулканогенно-осадочным месторождениям принадлежит ряд месторождений Испании и Португалии, играющих заметную роль в получении сульфидной серы. К этому типу можно отнести и некоторые месторождения цветных металлов, из руд которых сера извлекается как попутный компонент.

Существенное значение в добыче серы имеют подземноводные и газонефтяные месторождения серы . Подземно-водные месторождения возникают при метасоматическом замещении гипсов и ангидритов серокальцитовыми рудами. Процесс этот осуществляется на определенном расстоянии от поверхности земли, т. е. может начаться только после определенного уровня денудации, вызывающего приближение продуктивных горизонтов гипсов и ангидритов к поверхности. При этом существенную роль играют процессы эрозии, в частности деятельность древних долин, приближающих сульфатоносные слои к поверхности, а также наличие разрывных нарушений, облегчающих миграцию вод, в том числе подъем глубинных вод. К этому типу месторождений относятся наиболее крупные месторождения серы России, стран Ближнего Востока и др.

Разновидностью месторождений данного типа являются месторождения серы в кепроках соляных куполов. Кепроки, или остаточные шляпы, возникают при растворении верхних частей растущих: соляных куполов. Строение их зональное: непосредственно выше солей, в области фронта их растворения, представленного «соляным зеркалом», располагаются гипсы и ангидриты, выше - зона карбонатных пород, а над ней нередко отмечаются скопления глин, как наиболее труднорастворимого остатка соляной толщи. Осернению подвергаются породы зоны сульфатов кальция (см. рис. 30). Пример этого подтипа месторождений - месторождения серы Мексиканского залива.

В газовых месторождениях сера входит в состав сероводорода, который попутно извлекается при добыче природных горючих газов. Такие месторождения известны в Канаде, Франции, России (Оренбургские месторождения газа). Месторождения сернистых нефтей известны в ряде стран. Сера извлекается попутно при переработке .

К осадочным месторождениям серы относятся гипсоангидритовые месторождения, из которых получают серу в ряде стран, а также колчедансодержащие каменные и бурые и скопления пирита и марказита в песчаниках и глинистых породах, в том числе в глинистых . Из угля соединения серы извлекают как в процессе обогащения углей, так и при получении кокса. Пример - Подмосковный буроугольный бассейн. Скопления, в том числе желваки железного колчедана, известны в песчано-глинистых отложениях ряда стран, в том числе , Россия и др. Иногда отмечаются сплошные залежи колчеданов (не желваки или караваи), правда в таком случае не исключается эффузивно-осадочный генезис этих пластов и линз сплошных колчеданных руд.

В некоторых случаях отмечается формирование осадочных скоплений самородной серы, однако промышленные скопления этого типа пока не установлены.

Сера (Sulfur) является элементом периодической системы химических элементов и относится к группе халькогенов. Данный элемент является активным участником образования многих кислот и солей. Водородные и кислотные соединения содержат серу, как правило, в составе различных ионов. Большое количество солей, в состав которых входит сера, практически не растворяются в воде.

Сера в природе является достаточно распространенным элементом. По своему химическому содержанию в земной коре ей присвоен шестнадцатый номер, по нахождению в водоемах - шестой. Она может встречаться как в свободном, так и в связанном состоянии.

К наиболее важным природным минералам элемента относятся: железный колчедан (пирит) - FeS 2 , цинковая обманка (сфалерит) - ZnS, галенит - PbS, киноварь - HgS, антимонит - Sb 2 S 3 . Также шестнадцатый элемент периодической системы встречается в составе нефти, природного угля, природных газов, а также сланцев. Нахождение серы в водной среде представляется сульфат-ионами. Именно ее наличие в пресной воде является причиной постоянной жесткости. Также она является одним из важнейших элементов жизнедеятельности высших организмов, является частью структуры многих белков, а также концентрируется в волосах.

Таблица 1. Свойства серы

Характеристика	Значение
Свойства атома
Название, символ, номер	Сера / Sulfur (S), 16
Атомная масса (молярная масса)	[комм. 1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	3s2 3p4
Радиус атома	127 пм
Химические свойства
Валентный радиус	102 пм
Радиус иона	30 (+6e) 184 (-2e) пм
Электроотрицательность	2,58 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	0
Степень окисления	+6, +4, +2, +1, 0, -1, −2
Энергия ионизации (первый электрон)	999,0 (10,35) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	2,070 г/см³
Температура плавления	386 К (112,85 °С)
Температура кипения	717,824 К (444,67 °С)
Уд. теплота плавления	1,23 кДж/моль
Уд. теплота испарения	10,5 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	22,61 Дж/(K·моль)
Молярный объём	15,5 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	орторомбическая
Параметры решётки	a=10,437 b=12,845 c=24,369 Å
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 0,27 Вт/(м·К)
Номер CAS	7704-34-9

Серная руда

Нельзя сказать о том, что свободное состояние серы в природе является частым явлением. Самородная сера встречается довольно редко. Зачастую она является одной из составляющих некоторых руд. Серной рудой называется порода, в состав которой входит самородная сера. Серные вкрапления в породах могут образовываться вместе с сопутствующими породами или позже них. Время их образования влияет на направление поисковых и разведочных работ. Специалисты выделяют несколько теорий образования серы в рудах.

1. Теория сингенеза. Согласно данной теории сера и вмещающие породы были образованы одновременно. Местом их формирования были мелководные бассейны. Сульфаты, содержащиеся в воде, с помощью особых бактерий были восстановлены до сероводорода. Далее происходило его поднятие вверх до окислительной зоны, в которой сероводород окислялся до элементарной серы. Она опускалась на дно, оседая в иле, который через время превращался в руду.
2. Теория эпигенеза, которая утверждает, что образование вкраплений серы происходило позже основных пород. В соответствии с данной теорией считается, что происходило проникновение подземных вод в толщи пород, в результате чего воды обогащалась сульфатами. Далее данные воды соприкасались с месторождениями нефти или газа, что приводило к восстановлению ионов сульфатов с помощью углеводородов до сероводорода, который, поднимаясь к поверхности и окисляясь, выделял самородную серу в пустотах и трещинах пород.
3. Теория метасоматоза. Данная теория является одной из подвидов теории эпигенеза. В настоящее время она все чаще находит подтверждения. Ее суть заключается в превращении гипса (CaSO 4 -H 2 O) и ангидрита (CaSO 4) в серу и кальцит (СаСО 3-). Теорию предложили два ученых Миропольский и Кротов еще в первой половине двадцатого века. Спустя несколько лет было найдено месторождение Мишрак, которое подтверждало образование серы именно таким путем. Однако, до настоящего времени остается неясным сам процесс превращения гипса в серу и кальцит. В связи с этим, теория метасоматоза не является единственно правильной. Кроме этого, сегодня на планете есть озера, имеющие сингенетические отложения серы, однако, в иле не обнаружены гипс или ангидрит. К таким озерам относится Серное озеро, расположенное вблизи Серноводска.

Таким образом, однозначной теории происхождения серных вкраплений в рудах не существует. Образование вещества во многом зависит от условий и явлений, протекающих в земных недрах.

Месторождения серы

Сера добывается в местах локализации серной руды - месторождениях. По некоторым данным, мировые запасы серы составляют порядка 1,4 миллиардов тонн. На сегодняшний день месторождения серы найдены во многих уголках Земли - в Туркмении, в США, Поволжье, вблизи левых берегов Волги, которые пролегают от Самары и т.д. Иногда полоса породы может распространяться на несколько километров.

Большими серными запасами славятся Техас и Луизиана. Отличающиеся своей красотой серные кристаллы также располагаются в Романье и Сицилии (Италия). Родиной моноклинной серы считается остров Вулькано. Также залежами шестнадцатого элемента периодической системы Менделеева славится Россия, в частности Урал.

Серные руды классифицируются в соответствии с количеством содержащейся в них серы. Так, среди них различают богатые руды (от 25% серы) и бедные (около 12% вещества). Серные месторождения, в свою очередь, распределяются по следующим типам:

1. Стратиформные месторождения (60%). Данный тип месторождений связан с сульфатно-карбонатными толщами. Рудные тела располагаются непосредственно в сульфатных породах. Они могут достигать в размере сотен метров и иметь мощность в несколько десятков метров;
2. Солянокупольные месторождения (35%). Для данного типа характерны серные залежи серого цвета;
3. Вулканогенные (5%). К этому типу относятся месторождения, образованные вулканами молодой и современной структуры. Форма рудного элемента, залегающего в них, пластообразная или линзовидная. Такие месторождения могут содержать порядка 40% серы. Они характерны для Тихоокеанского вулканического пояса.

Добыча серы

Сера добывается одним из нескольких возможных способов, выбор которого зависит от условий залегания вещества. Основными являются всего два - открытый и подземный.

Открытый способ добычи серы является наиболее популярным. Весь процессы добычи вещества данным способом начинается со снятия значительного количества породы экскаваторами, после чего происходит дробление самой руды. Полученные рудные глыбы транспортируются на фабрику для дальнейшего обогащения, после чего отравляются на предприятие, где происходит плавка серы и получения вещества из концентратов.

Кроме этого, также иногда применяется метод Фраша, который заключается в выплавке серы еще под землей. Данный способ целесообразно использоваться в местах глубокого залегания вещества. После расплавки под землей, происходит выкачивание вещества наружу. Для этого формируются скважины, являющиеся основным инструментом для выкачки расплавленного вещества. Метод основан на легкости плавления элемента и небольшой его плотности.

Существует также метод разделения на центрифугах. Однако, он отличается своим одним большим недостатком, основанным на том, что сера, полученная с помощью такого метода, имеет много примесей и требует дополнительной очистки. В результате, метод считается достаточно затратным.

Кроме указанных методов добыча серы в отдельных случаях может также производиться:

• скважинным методом;
• пароводяным методом;
• фильтрационным методом;
• термическим методом;
• экстракционным методом.

Стоит отметить, что вне зависимости от метода, используемого во время извлечения вещества из земных недр, необходимо особое внимание уделять технике безопасности. Это связано с присутствием вместе с залежами серы сероводорода, который является ядовитым для человека и способен воспламеняться.

Халькогены — группа элементов, к которой относится сера. Ее химический знак — S — первая буква латинского названия Sulfur. Состав простого вещества записывают с помощью этого символа без индекса. Рассмотрим основные моменты, касающиеся строения, свойств, получения и применения данного элемента. Характеристика серы будет представлена максимально подробно.

Общие признаки и различия халькогенов

Сера относится к подгруппе кислорода. Это 16-я группа в современной длиннопериодной форме изображения периодической системы (ПС). Устаревший вариант номера и индекса — VIA. Названия химических элементов группы, химические знаки:

• кислород (О);
• сера (S);
• селен (Se);
• теллур (Te);
• полоний (Po).

Внешняя электронная оболочка вышеперечисленных элементов устроена одинаково. Всего она содержит 6 которые могут участвовать в образовании химической связи с другими атомами. Водородные соединения отвечают составу H 2 R, например, H 2 S — сероводород. Названия химических элементов, образующих с кислородом соединения двух типов: сера, селен и теллур. Общие формулы оксидов этих элементов — RO 2 , RO 3 .

Халькогенам соответствуют простые вещества, которые значительно отличаются по физическим своствам. Наиболее распространенные в земной коре из всех халькогенов — кислород и сера. Первый элемент образует два газа, второй — твердые вещества. Полоний — радиоактивный элемент — редко встречается в земной коре. В группе от кислорода до полония неметаллические свойства убывают и возрастают металлические. Например, сера — типичный неметалл, а теллур обладает металлическим блеском и электропроводностью.

Элемент № 16 периодической системы Д.И. Менделеева

Относительная атомная масса серы — 32,064. Из природных изотопов наиболее распространен 32 S (более 95% по массе). Встречаются в меньших количествах нуклиды с атомной массой 33, 34 и 36. Характеристика серы по положению в ПС и строению атома:

• порядковый номер — 16;
• заряд ядра атома равен +16;
• радиус атома — 0,104 нм;
• энергия ионизации —10,36 эВ;
• относительная электроотрицательность — 2,6;
• степень окисления в соединениях — +6, +4, +2, -2;
• валентности — II(-),II(+), IV(+), VI (+).

Сера находится в третьем периоде; электроны в атоме располагаются на трех энергетических уровнях: на первом — 2, на втором — 8, на третьем — 6. Валентными являются все внешние электроны. При взаимодействии с более электроотрицательными элементами сера отдает 4 или 6 электронов, приобретая типичные степени окисления +6, +4. В реакциях с водородом и металлами атом притягивает недостающие 2 электрона до заполнения октета и достижения устойчивого состояния. в этом случае понижается до -2.

Физические свойства ромбической и моноклинной аллотропных форм

При обычных условиях атомы серы соединяются между собой под углом в устойчивые цепи. Они могут быть замкнуты в кольца, что позволяет говорить о существовании циклических молекул серы. Состав их отражают формулы S 6 и S 8 .

Характеристика серы должна быть дополнена описанием различий между аллотропными модификациями, обладающими разными физическими свойствами.

Ромбическая, или α-сера — наиболее стабильная кристаллическая форма. Это ярко-желтые кристаллы, состоящие из молекул S 8 . Плотность ромбической серы составляет 2,07 г/см3. Светло-желтые кристаллы моноклинной формы образованы β-серой с плотностью 1,96 г/см3. Температура кипения достигает 444,5°С.

Получение аморфной серы

Какого цвета сера в пластическом состоянии? Это темно-коричневая масса, совершенно не похожая на желтый порошок или кристаллы. Для ее получения нужно расплавить ромбическую или моноклинную серу. При температуре выше 110°С образуется жидкость, при дальнейшем нагревании она темнеет, при 200°С становится густой и вязкой. Если быстро вылить расплавленную серу в холодную воду, то она застынет с образованием зигзагообразных цепей, состав которых отражает формула S n .

Растворимость серы

Некоторые модификации в сероуглероде, бензоле, толуоле и жидком аммиаке. Если медленно охладить органические растворы, то образуются игольчатые кристаллы моноклинной серы. При испарении жидкостей выделяются прозрачные лимонно-желтые кристаллы ромбической серы. Они хрупкие, их легко можно смолоть в порошок. Сера не растворяется в воде. Кристаллы опускаются на дно сосуда, а порошок может плавать на поверхности (не смачивается).

Химические свойства

В реакциях проявляются типичные неметаллические свойства элемента № 16:

• сера окисляет металлы и водород, восстанавливается до иона S 2- ;
• при сгорании на воздухе и кислороде образуются ди- и триоксид серы, которые являются ангидридами кислот;
• в реакции с другим более электроотрицательным элементом — фтором — сера тоже теряет свои электроны (окисляется).

Свободная сера в природе

По распространенности в земной коре сера находится на 15 месте среди химических элементов. Среднее содержание атомов S в составляет 0,05% от массы земной коры.

Какого цвета сера в природе (самородная)? Это светло-желтый порошок с характерным запахом или желтые кристаллы, обладающие стеклянным блеском. Залежи в виде россыпи, кристаллические пласты серы встречаются в районах древнего и современного вулканизма: в Италии, Польше, Средней Азии, Японии, Мексике, США. Нередко при добыче находят красивые друзы и гигантские одиночные кристаллы.

Сероводород и оксиды в природе

В районах вулканизма на поверхность выходят газообразные соединения серы. Черное море на глубине свыше 200 м является безжизненным из-за выделения сероводорода H 2 S. Формула оксида серы двухвалентной — SO 2 , трехвалентной — SO 3 . Перечисленные газообразные соединения присутствуют в составе некоторых месторождений нефти, газа, природных вод. Сера входит в состав каменного угля. Она необходима для построения многих органических соединений. При гниении белков куриного яйца выделяется сероводород, поэтому часто говорят, что у этого газа запах тухлых яиц. Сера относится к биогенным элементам, она необходима для роста и развития человека, животных и растений.

Значение природных сульфидов и сульфатов

Характеристика серы будет неполной, если не сказать, что элемент встречается не только в виде простого вещества и оксидов. Наиболее распространенные природные соединения — это соли сероводородной и серной кислот. Сульфиды меди, железа, цинка, ртути, свинца встречаются в составе минералов халькопирита, пирита, сфалерита, киновари и галенита. Из сульфатов можно назвать натриевую, кальциевую, бариевую и магниевую соли, которые образуют в природе минералы и горные породы (мирабилит, гипс, селенит, барит, кизерит, эпсомит). Все эти соединения находят применение в разных отраслях хозяйства, используются как сырье для промышленной переработки, удобрения, стройматериалы. Велико медицинское значение некоторых кристаллогидратов.

Получение

Вещество желтого цвета в свободном состоянии встречается в природе на разной глубине. При необходимости серу выплавляют из горных пород, не поднимая их на поверхность, а нагнетая на глубину перегретый и Еще один метод связан с возгонкой из раздробленных горных пород в специальных печах. Другие способы предусматривают растворение сероуглеродом или флотацию.

Потребности промышленности в сере велики, поэтому для получения элементарного вещества используются его соединения. В сероводороде и сульфидах сера находится в восстановленной форме. Степень окисления элемента равна -2. Проводят окисление серы, повышая это значение до 0. Например, по методу Леблана сульфат натрия восстанавливают углем до сульфида. Затем из него получают сульфид кальция, обрабатывают его углекислым газом и парами воды. Образующийся сероводород окисляют кислородом воздуха в присутствии катализатора: 2H 2 S + O 2 = 2H 2 O +2S. Определение серы, полученной разными способами, порой дает низкие показатели чистоты. Рафинирование или очистку проводят дистилляцией, ректификацией, обработкой смесями кислот.

Применение серы в современной промышленности

Сера гранулированная идет на различные производственные нужды:

1. Получение серной кислоты в химической промышленности.
2. Производство сульфитов и сульфатов.
3. Выпуск препаратов для подкормок растений, борьбы с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур.
4. Серосодержащие руды на горно-химических комбинатах перерабатывают для получения цветных металлов. Сопутствующим производством является сернокислотное.
5. Введение в состав некоторых сортов сталей для придания особых свойств.
6. Благодаря вулканизации каучука получают резину.
7. Производство спичек, пиротехники, взрывчатых веществ.
8. Использование для приготовления красок, пигментов, искусственных волокон.
9. Отбеливание тканей.

Токсичность серы и ее соединений

Пылевидные частицы, обладающие неприятным запахом, раздражают слизистые оболочки носовой полости и дыхательных путей, глаза, кожу. Но токсичность элементарной серы считается не особенно высокой. Вдыхание сероводорода и диоксида может вызвать тяжелое отравление.

Если при обжиге серосодержащих руд на металлургических комбинатах отходящие газы не улавливают, то они поступают в атмосферу. Соединяясь с каплями и парами воды, оксиды серы и азота дают начало так называемым кислотным дождям.

Сера и ее соединения в сельском хозяйстве

Растения поглощают сульфат-ионы вместе с почвенным раствором. Снижение содержания серы ведет к замедлению метаболизма аминокислот и белков в зеленых клетках. Поэтому сульфаты применяют для подкормок сельскохозяйственных культур.

Для дезинфекции птичников, подвалов, овощехранилищ простое вещество сжигают или обрабатывают помещения современными серосодержащими препаратами. Оксид серы обладает антимикробными свойствами, что издавна находит применение в производстве вин, при хранении овощей и фруктов. Препараты серы используют в качестве пестицидов для борьбы с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур (мучнистой росой и паутинным клещом).

Применение в медицине

Большое значение изучению лечебных свойств желтого порошка придавали великие врачеватели древности Авиценна и Парацельс. Позже было установлено, что человек, не получающий достаточное количество серы с пищей, слабеет, испытывает проблемы со здоровьем (к ним относятся зуд и шелушение кожи, ослабление волос и ногтей). Дело в том, что без серы нарушается синтез аминокислот, кератина, биохимических процессов в организме.

Медицинская сера включена в состав мазей для лечения заболеваний кожи: акне, экземы, псориаза, аллергии, себореи. Ванны с серой могут облегчить боли при ревматизме и подагре. Для лучшего усвоения организмом созданы водорастворимые серосодержащие препараты. Это не желтый порошок, а мелкокристаллическое вещество белого цвета. При наружном использовании этого соединения его вводят в состав косметического средства для ухода за кожей.

Гипс давно применяется при иммобилизации травмированных частей тела человека. назначают как слабительное лекарство. Магнезия понижает артериальное давление, что используется в лечении гипертонии.

Сера в истории

Еще в глубокой древности неметаллическое вещество желтого цвета привлекало внимание человека. Но только в 1789 году великий химик Лавуазье установил, что порошок и кристаллы, найденные в природе, состоят из атомов серы. Считалось, что неприятный запах, возникающий при ее сжигании, отпугивает всякую нечисть. Формула оксида серы, который получается при горении, — SO 2 (диоксид). Это токсичный газ, его вдыхание опасно для здоровья. Несколько случаев массового вымирания людей целыми деревнями на побережьях, в низинах ученые объясняют выделением из земли либо воды сероводорода или диоксида серы.

Изобретение черного пороха усилило интерес к желтым кристаллам со стороны военных. Многие битвы были выиграны благодаря умению мастеров соединять серу с другими веществами в процессе изготовления Важнейшее соединение — серную кислоту — тоже научились применять очень давно. В средние века это вещество называли купоросным маслом, а соли — купоросами. Медный купорос CuSO 4 и железный купорос FeSO 4 до сих пор не утратили своего значения в промышленности и сельском хозяйстве.

Добыча серы значительно увеличилась после того, как был изобретён чёрный порох. Ведь сера (вместе с углём и селитрой) - непременный его компонент. В наше время сера - один из важнейших видов сырья для многих химических производств. Ежегодное мировое потребление серы составляет около 20 млн. тонн. Её промышленными потребителями являются самые различные производства: сернокислотное, бумажное, резиновое, спичечное и др. Сера широко используется также для борьбы с вредителями сельского хозяйства, в пиротехнике, и отчасти в медицине. По содержанию в земной коре(0,03%) сера относится к весьма распространённым элементам. Однако большие скопления самородной серы встречаются не так уж часто. Чаще она присутствует некоторых рудах. Руда самородной серы - это порода с вкраплениями чистой серы. Когда образовались эти вкрапления - одновременно с сопутствующими породами или позже? От ответа на этот вопрос зависит направление поисковых и разведочных работ. Но, несмотря на тысячелетия общения с серой, человечество до сих пор не имеет однозначного ответа. Серные руды добывают разными способами - в зависимости от условий залегания. Но в любом случае приходится уделять много внимания технике безопасности. Залежам серы почти всегда сопутствуют скопления ядовитых газов-соединений серы. К тому же нельзя забывать о возможности её самовозгорания

Серные руды добывают разными способами--в зависимости от условий залегания. Но в любом случае приходится уделять много внимания технике безопасности. Залежам серы почти всегда сопутствуют скопления ядовитых газов -- соединений серы. К тому же нельзя забывать о возможности ее самовозгорания.

Добыча руды открытым способом происходит так. Шагающие экскаваторы снимают пласты пород, под которыми залегает руда. Взрывами рудный пласт дробят, после чего глыбы руды отправляют на обогатительную фабрику, а оттуда--на сероплавильный завод, где из концентрата извлекают серу. Методы извлечения--различны. О некоторых из них будет рассказано ниже. А здесь уместно кратко описать скважинный метод добычи серы из-под земли, позволивший Соединенным Штатам Америки и Мексике стать крупнейшими поставщиками серы.

В конце прошлого века на юге Соединенных Штатов были открыты богатейшие месторождения серной руды. Но подступиться к пластам было непросто: в шахты (а именно шахтным способом предполагалось разрабатывать месторождение) просачивался сероводород и преграждал доступ к сере. Кроме того, пробиться к сероносным пластам мешали песчаные плывуны. Выход нашел химик Герман Фраш, предложивший плавить серу под" землей и через скважины, подобные нефтяным, выкачивать ее на поверхность. Сравнительно невысокая (меньше 120° С) температура плавления серы подтверждала реальность идеи Фраша. В 1890 году начались испытания, приведшие к успеху.

В принципе установка Фраша очень несложна: труба в трубе. В пространство между трубами подается перегретая вода и по нему идет в пласт. А по внутренней, обогреваемой со всех сторон, трубе поднимается расплавленная сера. Современный вариант установки Фраша дополнен третьей -- самой узкой трубой. Через нее в скважину подается сжатый воздух, который помогает поднять расплавленную серу на поверхность. Одно из основных достоинств метода Фраша -- в том, что он позволяет уже на первой стадии добычи получить сравнительно чистую серу. При разработке богатых руд этот метод весьма эффективен.

Раньше считалось, что метод подземной выплавки серы применим только в специфических условиях «соляных куполов» тихоокеанского побережья США и Мексики. Однако опыты, проведенные в Польше и СССР, опровергли это мнение. В народной Польше этим методом уже добывают большое количество серы; в 1968. году пущены первые серные скважины и в СССР.

А руду, полученную в карьерах и шахтах, приходится перерабатывать (часто с предварительным обогащением), используя для этого различные технологические приемы.

Известно несколько методов получения серы из серных руд: пароводяные, фильтрационные, термические, центрифугальные и экстракционные.

Термические методы извлечения серы -- самые старью. Еще в XVIII веке в Неаполитанском королевстве выплавляли серу в кучах --«сольфатарах». До сих пор в Италии выплавляют серу в примитивных печах -- «калькаронах». Тепло, необходимое для выплавления серы из руды, получают, сжигая часть добытой серы. Процесс этот малоэффективен, потери достигают 45%.

Италия стала родиной и пароводяных методов извлечения серы из руд. В 1859 году Джузеппе Джилль получил патент на свой аппарат -- предшественник нынешних автоклавов. Автоклавный метод (значительно усовершенствованный, конечно) используется и сейчас во многих странах.

В автоклавном процессе обогащенный концентрат серной руды, содержащий до 80% серы, в виде жидкой пульпы с реагентами подается насосами в автоклав. Туда же под давлением подается водяной пар. Пульпа нагревается до 130° С. Сера, содержащаяся в концентрате, плавится и отделяется от породы. После недолгого отстоя выплавленная сера сливается. Затем из автоклава выпускаются «хвосты»--взвесь пустой породы в воде? Хвосты содержат довольно много серы и вновь поступают на обогатительную фабрику.

В России автоклавный способ был впервые применен инженером К. Г. Паткановым в 1896 году.

Современные автоклавы -- это огромные аппараты высотой с четырехэтажный дом. Такие автоклавы установлены, в частности, на сероплавильном заводе Роздольского горнохимического комбината в Прикарпатье.

На некоторых производствах, например на крупном серном комбинате в Тарнобжеге (Польша), пустую породу отделяют от расплавленной серы на специальных фильтрах. Метод разделения на специальных центрифугах разработан недавно в нашей стране. Словом, «руду золотую (точнее -- золотистую) отделять от породы пустой» можно по-разному.

По-разному и удовлетворяют свои потребности в сере разные страны. Мексика и США используют в основном метод Фраша. Италия, занимающая по добыче серы третье место среди капиталистических государств, продолжает добывать и перерабатывать (разными методами) серные руды сицилийских месторождений и провинции Марко. У Японии есть значительные запасы серы вулканического происхождения. Франция и Канада, не имеющие самородной серы, развили крупное производство, ее из газов. Нет собственных серных месторождений и в Англии и Германии. Свои потребности в серной кислоте они покрывают за счёт переработки серосодержащего сырья (преимущественно пирита), а элементарную серу импортируют.

Россия полностью удовлетворяют свои потребности благодаря собственным источникам сырья. После открытия и освоения богатых Прикарпатских месторождений СССР и Польша значительно увеличили производство серы. Эта отрасль промышленности продолжает развиваться. Были построены новые крупные предприятия на Украине, реконструированы старые комбинаты на Волге и в Туркмении, расширено производство серы из природного газа и отходящих газов.