"Химия", Габриелян О.С.
Сера — химический элемент S с порядковым номером 16 и простое вещество, образованное его атомами. В обычных условиях её молекулы состоят из восьми атомов, а кристаллы имеют ромбическую или моноклинную форму. Сера жёлтая, хрупкая, плохо проводит электрический ток и не растворяется в воде. Она реагирует с металлами и водородом как окислитель, а при горении в кислороде становится восстановителем.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Сера — химический элемент с символом S и простое вещество, состоящее только из атомов серы. Элемент обозначает вид атомов, а простое вещество — конкретный материал, поэтому нельзя полностью отождествлять эти понятия. Такое различие помогает правильно понимать формулы и уравнения реакций.
Аллотропия — существование одного химического элемента в виде нескольких простых веществ, отличающихся строением и свойствами. Например, сера образует несколько кристаллических форм. Термин нужен, чтобы объяснить, почему один и тот же элемент может иметь разные внешние признаки и устойчивость.
Ромбическая сера — жёлтая кристаллическая форма серы, устойчивая при комнатной температуре. Её кристаллы имеют ромбическую форму, откуда происходит название. Именно эту форму обычно имеют образцы серы при обычных условиях.
Моноклинная сера — кристаллическая форма серы, устойчивая при нагревании выше температуры перехода ромбической серы. Её кристаллы отличаются строением от ромбических. Это не новый элемент, а другая аллотропная форма того же вещества.
Сера находится в 16-й группе периодической таблицы, поэтому на внешнем уровне её атома шесть электронов. До устойчивой внешней оболочки не хватает двух электронов, и в реакциях с металлами или водородом сера обычно принимает их, проявляя степень окисления −2. С кислородом, который сильнее притягивает электроны, сера, наоборот, отдаёт электронную плотность и повышает степень окисления.
В обычных условиях атомы серы соединяются в замкнутые восьмиатомные молекулы S₈. Такая кольцевая частица достаточно устойчива, потому что связи между соседними атомами образуют замкнутую цепь. Если молекулы одинакового состава укладываются в кристалле по-разному, возникают разные аллотропные формы.
Ромбическая сера устойчива при температурах ниже примерно 95,6 °C. При нагревании до этой температуры и выше меняется расположение молекул в кристаллической решётке, поэтому ромбическая форма переходит в моноклинную. При охлаждении моноклинная сера становится менее устойчивой и снова превращается в ромбическую.
Жёлтый цвет и хрупкость связаны с особенностями поглощения света и расположения молекул в кристаллической решётке. В кристалле нет свободных электронов, которые могли бы легко перемещаться, поэтому сера плохо проводит электрический ток. Молекулы S₈ неполярны, а вода состоит из полярных молекул, поэтому сера практически не растворяется в воде.
В реакции с железом сера принимает электроны: Fe + S → FeS, поэтому выступает окислителем. С водородом происходит похожий процесс: H₂ + S → H₂S, образуется сероводород. При горении сера отдаёт электроны кислороду: S + O₂ → SO₂; здесь сера является восстановителем, а кислород — окислителем.
| Форма или реакция | Условия и признаки | Уравнение или характеристика |
|---|---|---|
| Ромбическая сера | Жёлтые кристаллы, устойчива при комнатной температуре | Аллотропная форма серы; молекулы S₈ |
| Моноклинная сера | Устойчива при нагревании примерно выше 95,6 °C | При охлаждении переходит в ромбическую |
| Взаимодействие с металлами | Обычно требуется нагревание; образуются сульфиды | Fe + S → FeS |
| Взаимодействие с водородом | При нагревании образуется газообразный продукт | H₂ + S → H₂S |
| Горение в кислороде | Сера горит голубым пламенем, выделяется газ с резким запахом | S + O₂ → SO₂ |
Сначала определите, идёт ли речь о форме вещества или о химической реакции. Затем по средней колонке восстановите условия и признаки, а по последней проверьте формулу и роль серы.
В уравнениях обращайте внимание не только на продукты, но и на изменение степеней окисления. Это позволяет установить, кто является окислителем, а кто восстановителем.
Задача 1. Запишите уравнение реакции серы с железом, расставьте коэффициенты и укажите тип реакции. Нужно определить состав продукта по валентностям элементов и проверить сохранение числа атомов.
Ответ: Fe + S → FeS. Это реакция соединения, потому что из двух простых веществ образуется одно сложное вещество.
Задача 2. Запишите уравнение горения серы в кислороде и определите окислитель и восстановитель. При горении образуется диоксид серы SO₂, поэтому сначала составляем уравнение S + O₂ → SO₂.
Ответ: S + O₂ → SO₂; окислитель — кислород, восстановитель — сера.
Задача 3. Какую массу серы нужно сжечь, чтобы получить 6,4 г SO₂? Реакция протекает полностью, поэтому количество серы связано с количеством диоксида серы соотношением 1:1.
Ответ: для получения 6,4 г диоксида серы нужно сжечь 3,2 г серы.
Ошибка: считать серу и химический элемент серу одним понятием. Её допускают, потому что оба понятия обозначаются словом «сера». Проверка: спросите себя, говорится о виде атомов или о конкретном веществе с формулой S₈.
Ошибка: записывать обычную молекулу серы как S. Так делают по аналогии с символом элемента. Проверка: если речь идёт о простом веществе при обычных условиях, используйте формулу S₈.
Ошибка: считать ромбическую и моноклинную серу разными элементами. Причина — различие кристаллов и свойств. Проверка: состав обеих форм одинаков, меняется только строение, значит, это аллотропные формы одного элемента.
Ошибка: полагать, что сера всегда только окислитель. Такое обобщение возникает после реакций с металлами и водородом. Проверка: сравните степени окисления; в реакции S + O₂ → SO₂ сера отдаёт электроны и является восстановителем.
Для понимания свойств серы нужны знания о строении атома, электронных оболочках и положении элементов в периодической таблице. Также потребуется умение определять степени окисления и находить окислитель с восстановителем. Эти сведения пригодятся при изучении оксидов серы, сернистой и серной кислот, а также круговорота серы в природе.
Почему у серы есть несколько аллотропных форм?
Атомы одного элемента могут соединяться и располагаться по-разному. Поэтому образуются простые вещества с одинаковым составом, но разным строением и свойствами.
Чем ромбическая сера отличается от моноклинной?
Это разные кристаллические формы серы. Ромбическая устойчива при комнатной температуре, а моноклинная — при нагревании примерно от 95,6 до 119 °C.
Почему молекулу серы записывают как S₈?
В обычных условиях устойчивой частицей серы является кольцевая молекула из восьми атомов. Поэтому формула простого вещества записывается как S₈, а не просто S.
Как определить, является ли сера окислителем или восстановителем?
Нужно сравнить степени окисления серы до и после реакции. Если сера принимает электроны и её степень окисления уменьшается, она окислитель; если отдаёт электроны и степень окисления увеличивается, она восстановитель.
Что образуется при горении серы в кислороде?
Образуется диоксид серы SO₂ — бесцветный газ с резким удушливым запахом. Уравнение реакции: S + O₂ → SO₂.
§ 26. Сера
