"Химия", Жилин Д.М., (изд. "БИНОМ. Лаборатория знаний")
Сера — неметалл 16-й группы, обозначаемый S. Она существует в нескольких аллотропных модификациях, поэтому её строение и свойства могут различаться. При обычной температуре устойчива жёлтая ромбическая сера, при нагревании образуется моноклинная, а при резком охлаждении расплава — пластическая. Сера не растворяется в воде, плохо проводит электрический ток, реагирует с металлами с образованием сульфидов и горит в кислороде с образованием диоксида серы. Знание её свойств необходимо для изучения сероводорода, оксидов и серной кислоты.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Сера — химический элемент 16-й группы периодической системы и простое вещество, состоящее из атомов серы. Обозначение элемента и простого вещества — S, порядковый номер элемента — 16. Положение в таблице сразу подсказывает, что сера относится к неметаллам и имеет шесть электронов на внешнем уровне.
Аллотропия — существование одного химического элемента в виде нескольких простых веществ. Их атомы одинаковы, но соединены или расположены по-разному, поэтому вещества отличаются цветом, прочностью, температурой перехода и другими свойствами. Это понятие помогает не считать ромбическую, моноклинную и пластическую серу разными элементами.
Ромбическая сера — жёлтая кристаллическая модификация серы, устойчивая при обычной температуре. Её частицы образуют упорядоченную структуру, поэтому вещество сохраняет твёрдость и хрупкость. Именно ромбическую серу обычно имеют в виду, говоря о сере без дополнительных уточнений.
Моноклинная сера — кристаллическая модификация, устойчивая при нагревании выше примерно 95,6 °C. При охлаждении ниже этой температуры она постепенно превращается в ромбическую. Название указывает на особенности кристаллической структуры, а не на новый химический элемент.
Сера находится в 16-й группе, поэтому её атом имеет шесть электронов на внешнем уровне: до устойчивой оболочки ему не хватает двух. В реакциях с активными металлами сера принимает эти электроны и получает степень окисления −2. С кислородом и некоторыми другими неметаллами она может иметь положительные степени окисления +4 и +6, а в простом веществе её степень окисления равна 0.
Аллотропные модификации возникают потому, что атомы серы способны образовывать разные частицы и структуры. В ромбической и моноклинной сере основными частицами являются замкнутые молекулы S8, но сами молекулы упакованы в кристалле по-разному. В пластической сере при быстром охлаждении образуются длинные цепи атомов, поэтому она не имеет обычной кристаллической упорядоченности.
При нагревании ромбическая сера сначала плавится, а около 95,6 °C становится более устойчивой моноклинная модификация. Если расплав серы быстро вылить в холодную воду, цепочки не успевают перестроиться в кристаллы и получается пластическая сера. При хранении она постепенно теряет эластичность и превращается в более устойчивую ромбическую.
Жёлтый цвет и хрупкость связаны с молекулярным строением и кристаллической решёткой серы. Между отдельными молекулами действуют сравнительно слабые силы, поэтому сера не образует металлическую решётку, не проводит электрический ток и легко раскалывается. Вода также плохо взаимодействует с молекулами серы, поэтому в школьном курсе её считают нерастворимой в воде.
В реакции с металлом сера принимает электроны, а металл их отдаёт, поэтому образуется сульфид: Fe + S → FeS. При горении в кислороде сера отдаёт электроны кислороду и переходит из степени окисления 0 в +4: S + O2 → SO2. Обе реакции являются окислительно-восстановительными: меняются степени окисления элементов.
| Характеристика | Ромбическая сера | Моноклинная сера | Пластическая сера |
|---|---|---|---|
| Внешний вид и строение | Жёлтые кристаллы, молекулы S8 упорядочены | Жёлтые игольчатые кристаллы, молекулы S8 упакованы иначе | Тёмно-жёлтая или коричневая эластичная масса, длинные цепи атомов |
| Условия получения | Кристаллизация расплава или охлаждение других модификаций | Нагревание ромбической серы выше 95,6 °C | Быстрое охлаждение расплавленной серы в воде |
| Устойчивость при обычной температуре | Устойчива | Неустойчива | Неустойчива |
| Изменение при хранении | Сохраняется | Постепенно превращается в ромбическую | Постепенно становится хрупкой и превращается в ромбическую |
Таблицу удобно читать сначала по строкам: так можно сравнить одну характеристику у всех модификаций. Если нужно определить вещество по условию задачи, сопоставьте его внешний вид и способ получения с первой и второй строками.
Главный вывод из таблицы: все три вещества состоят из атомов одного элемента S, но различаются строением и устойчивостью. При обычной температуре равновесной модификацией является ромбическая сера.
Назовите аллотропные модификации серы и укажите, какая из них устойчива при обычной температуре. Нужно перечислить формы существования элемента, а затем учесть условие температуры.
Ответ: ромбическая, моноклинная и пластическая; при обычной температуре устойчива ромбическая сера.
Составьте уравнения реакций серы с железом и кислородом, назовите продукты и определите степень окисления серы. Сначала определяем тип продукта, затем проверяем баланс атомов и степени окисления.
Ответ: Fe + S → FeS, SO2; S + O2 → SO2, степень окисления серы +4.
При сгорании 6,4 г серы образовался SO2. Найдите количество вещества и объём газа при нормальных условиях. Используем M(S) = 32 г/моль и молярный объём газа Vm = 22,4 л/моль.
Ответ: n(SO2) = 0,2 моль, V(SO2) = 4,48 л.
Ошибка 1. Ромбическую и моноклинную серу иногда принимают за разные элементы, потому что они имеют разные названия и вид. На самом деле это аллотропные формы одного элемента S. Проверка: одинаково ли обозначение элемента в формулах? В обоих случаях это сера.
Ошибка 2. Можно перепутать температуру перехода модификаций. При обычной температуре устойчива ромбическая сера, а выше примерно 95,6 °C — моноклинная. Проверяйте, не заменили ли вы условия устойчивости местами.
Ошибка 3. Иногда считают, что сера хорошо растворяется в воде, поскольку она является неметаллом. В школьном курсе сера считается нерастворимой в воде. Вспомните её молекулярное строение и отсутствие заметного взаимодействия с водой.
Ошибка 4. В реакции с металлом записывают оксид, хотя кислорода среди реагентов нет. Сера и металл образуют сульфид, например FeS. Проверяйте состав исходных веществ перед записью продукта.
Для понимания свойств серы нужны знания о строении атома, группах периодической системы, валентности и степенях окисления. По положению элемента можно объяснить наличие шести внешних электронов и предположить его поведение в реакциях.
Свойства серы пригодятся при изучении сероводорода, оксидов серы, серной кислоты и сульфидов. Умение определять степени окисления и составлять уравнения поможет связать эти вещества в единую цепочку превращений.
Почему у серы несколько аллотропных модификаций?
Атомы одного элемента могут соединяться и располагаться в веществе по-разному. У серы это приводит к образованию молекулярных колец S₈ или длинных цепей, поэтому модификации отличаются свойствами и устойчивостью.
Какая модификация серы устойчива при комнатной температуре?
При комнатной температуре наиболее устойчива ромбическая сера. Моноклинная постепенно превращается в ромбическую, а пластическая сера со временем также становится более устойчивой ромбической.
Как получить пластическую серу?
Серу нагревают до расплавления, а затем быстро выливают в холодную воду. Резкое охлаждение не позволяет частицам сразу образовать правильную кристаллическую структуру, поэтому получается эластичная пластическая сера.
Растворяется ли сера в воде?
В школьном курсе сера считается практически нерастворимой в воде. Это связано с тем, что её частицы плохо взаимодействуют с молекулами воды.
Какие вещества образуются при взаимодействии серы с металлами и кислородом?
С металлами сера образует сульфиды, например FeS. При горении в кислороде образуется диоксид серы SO₂.
§ 38. Сера
