Сера. Свойства серы. Применение серы

Как была открыта Сера

История серы как химического элемента началась задолго до ее элементарного открытия. О ней было известно еще в древнем Египте , Китае и доклассической Греции. Первое упоминание о сере датируется 5 тысячелетием до Нашей Эры. Уже в те времена Китайцы и Египтиане использовали серу для отбеливания текстиля, в качестве лекарства и дезинфекции. О таком химическом элементе как сера упоминал древний поэт Гомер в своей Одиссее. В древних войнах ее использовали в огнестрельном оружии или как ускоритель пламени. В дальнейшем с помощью серы началось развитие и соверженствование взрывчатых веществ. Первые образцы китайского пороха были разработаны с помощью оксидов серы.

Открытие самого химического элемента, скорее всего, можно считать начавшимся в 1746 году. В этом году английский изобретатель Джон Робак разработал одним из первых процесс получения серной кислоты в свинцовой камере. В ноябре 1777 года Антуан Лавуазье предположил, что в основе серной кислоты лежит новый химический элемент. Дальнейшие опыты проводили такие исследователи как Хэмфри Дэви (1809), Джозеф Луи Гей-Люссак и Луи Жаком Тернаром (1810). Кому именно принадлежит открытие непонятно, но Якоб Берцелиус в 1814 году в своем труде выделил серу под названием Sulphur, как новый химический элемент. Из-за этого у него и появилось обозначение S.

Читайте: Фосфор как химический элемент таблицы Менделеева

Сера! Новые рецепты использования.

Биологическая роль

Сера является важным биогенным элементом. Входит в состав значительного числа аминокислот. Составной элемент при образовании белковых структур. В бактериальном фотосинтезе минерал принимает участие в окислительно-восстановительных реакциях организма, является источником энергии. В человеческом теле на один килограмм веса приходится около двух граммов серы.

Сера в чистом виде ядовитым веществом не является, в отличие от летучих газов, к которым относится сернистый, серный ангидрид, сероводород и так далее.

Где и как добывают Серу

Такой химический элемент как сера может быть найден в природе либо в относительно чистом виде, либо в виде соединений. До 19 века для получения серы использовался так называемый «Сицилийский процесс». Его суть заключается в том, что серную руду, добытую на глубине, помещали на постамент с отверстием внизу и закидывали ее камнями. Камни нагревали до момента пока сера не начинала плавиться и стекать в отверстие. Плавиться серная руда начинала при температуре около 115°C. Этот процесс был не самым эффективным. Часть серы в ходе процесса сгорала, да и сера получалась не самая чистая. Процесс улучшался четыре раза пока не разработали новый метод.

На смену «Сицилийскому методу» пришел «метод Фраша», который действовал до конца XX века. Он заключается в том, что в месторождении серы сверлятся три скважины. В одну из крайних скважин подаются пары воды с большой температурой. Это делается для того, чтобы сера расплавилась и начала перетекать в среднюю скважину. В другую боковую скважину подается нагретый воздух под огромным давлением. Это действие заставляет расплавленую серу подниматься в центральной скважине на поверхность. Там дело остается за малым – собрать серу. Такой метод позволяет получать довольно чистую серу. Чистота добытой серы обычно составляла от 99.7% до 99.8%, что впринципе достаточно. Этим методом некоторые страны получали даже миллионы тонн очищеной серы в год.

На сегодняшний день серу отделяют при добыче нефти, природного газа и связанных с ними ископаемых ресурсов. При добыче этих полезных ресурсов сероводород выделяется как побочный продукт. Его собирают и с помощью гидродесульфурации очищают до элементарной серы. Этот процесс носит название «Процесс Клауса». Ежегодно таким способом добывается 69 млн. тонн серы. Лидерами по производству серы является Китай, США, Канада и Россия.

Читайте: Кремний как химический элемент таблицы Менделеева

Месторождения и добыча

Основной источник для получения серы – ее месторождения. В целом во всем мире насчитывается 1,4 млрд т запасов этого вещества. Ее добывают как при открытом и подземном способе выработки, так и с помощью выплавки из-под земли.

Добыча серы в вулкане Кава Иджен

Если применим последний случай, то используется вода, которую перегревают и расплавляют ею серу. В бедных рудах элемент содержится примерно в 12 %. Богатых – 25% и больше.

Распространенные типы месторождений:

1. Стратиформный – до 60%.
2. Солянокупольный – до 35 %.
3. Вулканогенный – до 5%.

Первый тип связан с толщами, несущими название сульфатно-карбонатных. При этом рудные тела, которые имеют мощность до нескольких десятков метров и с размером до сотни метров находятся в сульфатных породах.

Также эти пластовые залежи можно найти посреди пород сульфатного и карбонатного происхождения. Второй тип характеризуется залежами серого цвета, которые приурочиваются к соляным куполам.

Последний тип связывают с вулканами, имеющими молодую и современную структуру. При этом рудный элемент имеет пластообразную, линзовидную форму. В нем сера может содержаться в размере 40 %. Этот тип месторождения распространен в Тихоокеанском вулканическом поясе.

Месторождение серы в Евразии находится в Туркмении, в Поволжье и других местах. Породы серы находят возле левых берегов Волги, которые тянутся от Самары. Ширина полосы пород достигает нескольких километров. При этом их можно найти вплоть до Казани.

Кристаллы серы могут иметь различные оттенки желтого

На фото сера в горной породе

В Техасе и Луизиане в кровлях соляных куполов находят огромное количество серы. Особо красивые Италийские кристаллы этого элемента находят Романьи и Сицилии. А на острове Вулькано находят моноклинную серу. Элемент, который был окислен пиритом, нашли на Урале в Челябинской области.

Для добычи серы хим элемента используют разные способы. Все зависит от условия его залегания. При этом, конечно же, особое внимание уделяют безопасности.

Так как вместе с серной рудой скопляется сероводород, то необходимо особо серьезно подходить к любому способу добычи, ведь этот газ ядовитый для человека. Также и сера имеет свойство возгораться.

Чаще всего пользуются открытым способом. Так с помощью экскаваторов снимаются значительные части пород. Затем с помощью взрывов дробится рудная часть. Глыбы отправляются на фабрику для обогащения. Затем – на завод по плавке серы, где и получают серу из концентрата.

Серу часто перевозят морским транспортом

В случае глубокого залегания серы во многих объемах, используют метод Фраша. Сера расплавляется, находясь еще под землей. Затем, как и нефть выкачивается наружу через пробитую скважину. Такой подход основывается на том, что элемент легко плавится и имеет небольшую плотность.

Также известен способ разделения на центрифугах. Только этот способ имеет недостаток: сера получается с примесями. И тогда необходимо проводить ее дополнительную очистку.

В некоторых случаях используют скважный метод. Другие возможности добычи серного элемента:

• Пароводяной.
• Фильтрационный.
• Термический.
• Центрифугальный.
• Экстракционный.

Распространенность Серы

Распространенность такого химического элемента как сера достаточно высокая. Во Вселенной по массе она занимает десятую позицию. Двухатомную серу впервые обнаружили в хвосте кометы. После того как ее обнаружили и в других кометах, предполагается что атомы серы присутствуют в каждой комете. Так же сера является компонентом межзвездных космических облаков. Еще можно отметить, что серу в больших количествах обнаруживают и в нашей солнечной системе. Например, облака Венеры по большей части состоят из диоксида серы и капель серной кислоты. Так же космические исследовательные зонды обнаруживали серу на таких планетах как Марс, Юпитер, Европа и Ио. Она находится там либо в виде соединений с разного рода металлами, либо в виде серной кислоты.

Что же касается Земли, то тут можно отметить, что сера является пятым по популярности химическим элементом на нашей планете. Она может встречаться как в чистом виде в качестве минерала, так и в виде соединения с другими элементами. Элементарная сера в чистом виде не так широко распространена, но есть довольно крупные месторождения. Такие месторождения находятся в Сицилии, Польше, Ираке, Иране, Техасе и Мексике. Что касается химических соединений, то серу довольно часто находят в соединении с такими минералами как ангидрит, арагонит, кальцит, целестин, гипс и галит. В общей сложности масса серы составляет около 1% от общей массы Земли. Что же касается именно серосодержащих минералов, то их количество около 1000. Наибольшую ценность представляют пирит, марказит, халькопирит, галенит, сфалерит и патронит. В последнем минерале содержание серы превышает 73%.

Читайте: Алюминий как химический элемент таблицы Менделеева

Сера и ее соединения — востребованные во многих сферах деятельности реактивы

Сера широко распространена в природе в чистом виде, в рудах, в нефти, природных водах, газах, угле, сланцах. Она играет важную роль в метаболизме человека, в хемосинтезе и бактериальном фотосинтезе растений, входит в состав белков и витаминов.

Физические и химические свойства реактива

Сера — простое вещество, элемент таблицы Менделеева, типичный неметалл. Чистая сера в нормальных условиях — вещество желтого цвета, без запаха и вкуса, состоящее из мелких хрупких кристаллов. Устойчива в нескольких аллотропных состояниях, которые объясняются способностью вещества к естественной полимеризации. Сера не растворяется в воде, плохо проводит ток и тепло, растворяется в сероуглероде, бензоле, дихлорэтане и некоторых других органических растворителях. При нагревании активно взаимодействует с большинством металлов и неметаллов. Горюча и взрывоопасна. Производства серы и склады требуют особых мер предосторожностей, включая использование инструментов из неискрящих материалов и специальных ультрафиолетовых датчиков для обнаружения пламени.

Применение серы

Сера и ее соединения чрезвычайно востребованы во многих областях производства.

Чистая сера:

— Необходима для того, чтобы превратить каучук в резину. Этот процесс называют вулканизацией каучука. Резиновая промышленность потребляет до 10% общего объема получаемой серы. — Входит в состав лекарственных средств против паразитов и заболеваний кожи (чесотка, псориаз и др), средств для ванн против ревматизма и подагры, некоторых лекарств, принимаемых внутрь. — Применяется в химической промышленности: почти 50% всей производимой в мире серы идет для получения серной кислоты, еще четверть — для получения сульфитов; до 15% используется в производстве инсектицидов для борьбы с вредителями винограда, хлопчатника и некоторых других культур.

Сера требуется для:

— изготовления красок и ультрамарина для лако-красочной промышленности, полимеров и синтетических волокон, диоксида серы, сероуглерода, сульфатов, люминофоров, эбонита, удобрений; — изготовления многих пиротехнических и взрывчатых смесей, в том числе пороха и состава для спичечных головок; — изготовления бумаги; — создания некоторых сталей с особыми свойствами; — дезинфекции овощехранилищ, птичников, подвалов в сельском хозяйстве; — виноделия, при хранении овощей и фруктов.

Серосодержащие руды часто являются сырьем для получения цветных металлов.

Серная кислота применяется: — в электротехнической промышленности для производства аккумуляторов; — для очистки нефтепродуктов; — для очистки проволоки и металлического листа от окалины, для травления металлических поверхностей; — в изготовлении лекарственных средств и красителей; — в химической промышленности в качестве сырья для производства широкого спектра химических веществ, для осушения газов, для повышения концентрации азотной кислоты. Оксид серы используется для: — получения серной и азотной кислоты, олеума, сульфитов, тиосульфатов; — дезинфекции помещений в сельском хозяйстве, в виноделии, в консервировании плодово-ягодной продукции; — отбеливания тканей (шерсти, шелка). Сероводород находит применение в производстве чистой серы и серной кислоты, сульфитов и тиосульфатов. «ПраймКемикалсГрупп», интернет-магазин химических реактивов в Москве и Московской области, предлагает купить серу, оборудование и посуду для лабораторий и производства. Возможен самовывоз со склада в Мытищах или доставка. Хороший сервис, демократичные цены.

Применение Серы

Из-за ее широкой распространенности применение серы очень широкое. Большая часть добываемой серы перерабатывается в серную кислоту. Основное применение этой кислоты заключается в обработке фосфатных руд для производства удобрений. Еще можно отметить, что серная кислота применяетчя для очистки нефти и сточных вод, а так же для добычи полезных ископаемых. Другие применения элементарной серы заключаются в изготовлении целофана и вискозы, вулканизации каучука. Так же сера используется для отбеливания бумаги и сохранения некоторых продуктов питания. В пример можно привести сухофрукты. Новой тенденцией применения серы является использование ее в качестве удобрений. Все дело в том, что сера усиливает действие других удобрений на основе азота и фосфора.

Так же можно отметить применение серы в медицине и пищевой промышленности. В медицине есть категория антибактериальных препаратов как сульфаниламидные препараты. Еще известно, что сульфат магния в гидративной форме используется как слабительное. Что же касается агропромышленности, то элементарная сера используется в качестве фунгицида для винограда, клубники, некоторых овощей и других культур. Фунгицид представляет собой средство которое защищает растение и его корень от грибковых болезней.

Читайте: Магний как химический элемент таблицы Менделеева

Получение

С. до­бы­ва­ют из са­мо­род­ных руд, по­лу­ча­ют окис­ле­ни­ем H2S или вос­ста­нов­ле­ни­ем SO2. Для до­бы­чи из руд час­то ис­поль­зу­ют гео­тех­но­ло­гич. ме­тод – вы­плав­ку С. пу­тём по­да­чи в руд­ный пласт го­ря­че­го во­дя­но­го па­ра; за­тем сжа­тым воз­ду­хом рас­плав под­ни­ма­ют на по­верх­ность. Др. ме­то­ды вклю­ча­ют вы­плав­ку из дроб­лё­ной ру­ды в ка­мер­ных пе­чах, воз­гон­ку, из­вле­че­ние из руд се­ро­уг­ле­ро­дом, об­ра­бот­ку в ав­то­кла­вах го­ря­чим па­ром и др. С. по­лу­ча­ют из сырой нефти и отходов нефтепереработки, пром. га­зов (ге­не­ра­тор­ный, кок­со­вый, га­зы неф­те­пе­ре­ра­бот­ки) и при­род­ных га­зов, со­дер­жа­щих H2S, пу­тём об­ра­бот­ки га­зов ще­лоч­ны­ми рас­тво­ра­ми с по­сле­дую­щим окис­ле­ни­ем. По­пут­ное из­вле­че­ние С. при пе­ре­ра­бот­ке суль­фид­ных руд за­клю­ча­ет­ся в вос­ста­нов­ле­нии SO2 кок­сом. Из са­мо­род­ных руд по­лу­ча­ет­ся при­род­ная ко­мо­вая С., из H2S и SO2 – гaзовая ко­мо­вая; при­род­ная ко­мо­вая С., очи­щен­ная пе­ре­гон­кой, – ра­фи­ни­ро­ван­ная С., скон­ден­си­ро­ван­ная из па­ров вы­ше tпл и раз­ли­тая из жид­ко­го со­стоя­ния в фор­мы – че­рен­ко­вая С., скон­ден­си­ро­ван­ная в твёр­дое со­стоя­ние из па­ров – «сер­ный цвет». Вы­со­ко­дис­перс­ная С. на­зыва­ет­ся кол­ло­ид­ной. Для очи­ст­ки С. ис­поль­зу­ют хи­мич. ме­то­ды (об­ра­бот­ка кон­цен­трир. HNO3 и H2SO4, про­мыв­ка, суб­ли­ма­ция в ва­куу­ме); глу­бо­кую очи­ст­ку ве­дут дис­тил­ля­ци­ей и рек­ти­фи­ка­ци­ей. Вы­со­ко­чис­тая С. со­дер­жит 10–5–10–6% при­ме­сей. Объ­ём ми­ро­во­го про­из-ва С. ок. 69 млн. т/год.

Интересные факты

Интересных фактов связанных с серой достаточно много. Стоит начать с того, что сера является либо седьмым, либо восьмым самым распространенным элементом по массе в организме человека. Сера является важным компонентом всех живых клеток. Так же стоит отметить, что этот химический элемент является довольно активным. Он способен реагировать со всеми металлами кроме платины, иридия и золота. В воздухе сера воспламеняется при 250°C и горит синим пламенем с образованием диоксида. Еще можно добавить, что у серы имеется 23 изотопа и только 4 из них стабильных. Сера может применяться в качестве примесей с никелем в различного рода смазках.

Распространённость в природе

С. – рас­про­стра­нён­ный хи­мич. эле­мент, со­дер­жа­ние в зем­ной ко­ре 0,034% по мас­се, в во­де мо­рей и океа­нов 0,09%. Встре­ча­ет­ся в сво­бод­ном со­стоя­нии (се­ра само­род­ная) и в ви­де суль­фид­ных (пи­рит, ан­ти­мо­нит, га­ле­нит, ки­но­варь, сфа­ле­рит, ко­вел­лин, халь­ко­зин, вис­му­тин, халь­ко­пи­рит и др.) и суль­фат­ных (ба­рит, ан­гид­рит, гипс, ми­ра­би­лит и др.) ми­не­ра­лов; см. так­же Суль­фи­ды при­род­ные, Суль­фа­ты при­род­ные, Суль­фид­ные ру­ды. Со­еди­не­ния С. при­сут­ст­ву­ют в уг­лях, слан­цах, неф­ти, при­род­ных га­зах. С. – био­ген­ный эле­мент, вхо­дит в со­став бел­ков, ви­та­ми­нов.