"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Сера — простое вещество-неметалл, молекулы которого обычно состоят из восьми атомов S₈. Один и тот же химический элемент может образовывать разные простые вещества — это явление называют аллотропией. Ромбическая, моноклинная и пластическая сера отличаются строением и свойствами: при обычной температуре устойчива ромбическая форма, а нагревание и быстрое охлаждение меняют состояние вещества. Знание этих превращений помогает объяснять поведение серы в природе и её реакции с металлами и кислородом.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Аллотропия — существование одного химического элемента в виде нескольких простых веществ, различающихся строением и свойствами. Например, у серы есть несколько таких форм. Понятие помогает объяснить, почему вещества из атомов одного элемента могут выглядеть и вести себя по-разному.
Ромбическая сера — кристаллическая аллотропная модификация серы, устойчивая при обычной температуре. В кристалле частицы упорядочены, а сама форма имеет жёлтый цвет. Её считают основной формой серы при комнатной температуре, поэтому с ней сравнивают другие модификации.
Моноклинная сера — кристаллическая модификация, устойчивая при нагревании примерно от 96 °C до температуры плавления. Она образуется при нагревании ромбической серы. Это понятие позволяет связать изменение температуры с переходом вещества из одной кристаллической формы в другую.
Пластическая сера — тёмная эластичная аморфная форма серы, образующаяся при быстром охлаждении расплава. Аморфной называют форму без упорядоченного кристаллического строения. Она неустойчива при обычной температуре и постепенно превращается в ромбическую серу.
У атома серы шесть электронов на внешнем уровне, поэтому атомам выгодно образовать устойчивые связи друг с другом. В простом веществе они чаще всего соединяются в замкнутые кольца из восьми атомов — молекулы S₈. Такое объединение объясняет молекулярное строение серы: вещество состоит не из отдельных атомов, а из молекул.
Аллотропные формы состоят из атомов одного и того же элемента, но их частицы устроены и расположены неодинаково. Различия в расположении молекул или в строении вещества влияют на то, как оно выглядит и ведёт себя при нагревании, охлаждении и механическом воздействии. Поэтому ромбическая, моноклинная и пластическая сера имеют разные физические свойства, хотя химический элемент в них один — сера.
При обычной температуре энергетически выгоднее ромбическая кристаллическая форма, поэтому она устойчива. При нагревании примерно до 96 °C строение кристаллов меняется и ромбическая сера переходит в моноклинную. При охлаждении ниже этой температуры условия снова благоприятствуют ромбической форме, и моноклинная постепенно превращается обратно.
Если нагреть серу до плавления, её частицы становятся подвижными в расплаве. Быстрое охлаждение не даёт им выстроиться в упорядоченные кристаллы, поэтому возникает эластичная аморфная пластическая сера. Со временем её строение меняется: материал твердеет, становится хрупким и переходит в более устойчивую ромбическую форму.
Сера — жёлтое твёрдое хрупкое вещество, практически не растворимое в воде и не проводящее электрический ток. Эти свойства связаны с её неметаллической природой и молекулярным строением: в сере нет подвижных заряженных частиц, которые переносили бы ток. В реакциях сера может соединяться с металлами, например с железом, а при горении в кислороде образует оксид серы(IV).
| Характеристика | Ромбическая сера | Моноклинная сера | Пластическая сера |
|---|---|---|---|
| Строение и форма частиц | Кристаллы; молекулы S₈ | Кристаллы; молекулы S₈ | Аморфное строение; цепочки атомов |
| Внешний вид и физическое состояние | Жёлтые кристаллы, твёрдая | Жёлтые игольчатые кристаллы, твёрдая | Тёмная, эластичная, твёрдая |
| Условия образования | Кристаллизация и хранение при обычной температуре | Нагревание ромбической серы выше примерно 96 °C | Быстрое охлаждение расплава |
| Устойчивость при обычной температуре | Устойчива | Неустойчива | Неустойчива |
| Изменения при охлаждении или хранении | Сохраняет форму | Постепенно переходит в ромбическую | Становится хрупкой и переходит в ромбическую |
Сравнивайте модификации по условиям образования и устойчивости: это помогает понять, какая форма получится при нагревании или охлаждении. Для определения вида серы учитывайте не только цвет, но и строение с условиями получения. Обратите внимание, что при обычной температуре устойчивой остаётся ромбическая форма.
Укажите, какая модификация серы устойчива при комнатной температуре и какая образуется при нагревании ромбической серы. Здесь нужно связать каждое условие с температурной устойчивостью модификаций. Важно не перепутать обычную температуру и нагревание выше переходной точки.
Ответ: при комнатной температуре устойчива ромбическая сера; при нагревании она переходит в моноклинную.
Составьте уравнение реакции серы с железом и назовите образующееся вещество. Металл и неметалл при взаимодействии образуют бинарное соединение, то есть вещество из двух элементов. В формуле продукта учитываем, что железо и сера соединяются в соотношении один к одному.
Ответ: Fe + S → FeS; образуется сульфид железа(II).
При сжигании 6,4 г серы в кислороде образовался оксид серы(IV). Найдите объём кислорода при нормальных условиях. Сначала по уравнению реакции устанавливаем соотношение количества серы и кислорода, а затем переводим количество кислорода в объём. При н. у. один моль газа занимает 22,4 л.
Ответ: для реакции требуется 4,48 л кислорода при н. у.
Ромбическую и моноклинную серу иногда принимают за разные химические элементы, потому что у них разные кристаллы и температурная устойчивость. На самом деле это модификации одного элемента: состав обеих форм — атомы серы. Проверьте себя: если речь идёт об изменении строения, а не о появлении атомов другого элемента, это аллотропия.
Пластическую серу ошибочно считают устойчивой формой, поскольку она заметно отличается внешне и обладает эластичностью. Она возникает при быстром охлаждении расплава, но со временем становится хрупкой и переходит в ромбическую. Чтобы не ошибиться, вспомните условия получения и проверьте, какая форма устойчива при комнатной температуре.
Утверждение, что сера проводит ток, обычно появляется из-за переноса свойств металлов на все твёрдые вещества. Сера — неметалл, и её твёрдая форма практически не проводит электрический ток. Проверяйте это по наличию подвижных заряженных частиц: в твёрдой сере их нет.
Формулу обычной молекулы серы иногда записывают как S, смешивая обозначение элемента с формулой молекулы. Символ S обозначает серу как элемент или отдельный атом, а молекула обычной серы преимущественно состоит из восьми атомов — S₈. Проверьте индекс: он показывает число атомов в одной молекуле.
Для изучения серы нужны понятия химического элемента, простого вещества, атома и молекулы, а также умение читать формулы и составлять уравнения реакций. Аллотропия встречается и у других элементов, например кислорода и углерода. Знание свойств серы помогает разбирать соединения серы, в частности её оксиды и серную кислоту.
Почему у одного химического элемента может быть несколько простых веществ?
Атомы одного элемента могут соединяться или располагаться по-разному. Поэтому образуются простые вещества с разным строением и свойствами; такое явление называется аллотропией.
Чем ромбическая сера отличается от моноклинной?
Это кристаллические модификации серы, различающиеся строением кристаллов и условиями устойчивости. Ромбическая устойчива при обычной температуре, а моноклинная — при нагревании примерно от 96 °C до температуры плавления.
Какая модификация серы устойчива при комнатной температуре?
При комнатной температуре наиболее устойчива ромбическая сера. Моноклинная и пластическая формы со временем переходят в неё.
Как получить пластическую серу?
Серу расплавляют, а затем быстро охлаждают, например выливая расплав в холодную воду. Получается тёмная эластичная масса, которая постепенно становится хрупкой.
Почему формула молекулы серы записывается как S₈?
Атомы серы в обычном простом веществе преимущественно образуют замкнутые кольца из восьми атомов. Поэтому формула такой молекулы — S₈, хотя символ S обозначает химический элемент или отдельный атом серы.
§ 17. Сера как простое вещество. Аллотропия и свойства серы
