Соединения серы. Степени окисления серы в соединениях. Формулы соединения серы

Подгруппа халькогенов включает в себя серу - это второй из элементов, который способен образовывать большое число рудных месторождений. Сульфаты, сульфиды, оксиды прочие соединения серы являются очень широко распространенными, важными в промышленности и природе. Поэтому в данной статье мы рассмотрим, какими они бывают, что собой представляет сама сера, ее простое вещество.

Сера и ее характеристика

Данный элемент имеет следующее положение в периодической системе.

1. Шестая группа, главная подгруппа.
2. Третий малый период.
3. Атомная масса - 32,064.
4. Порядковый номер - 16, протонов и электронов столько же, нейтронов также 16.
5. Относится к элементам-неметаллам.
6. В формулах читается, как "эс", название элемента сера, латинское sulfur.

В природе встречаются четыре стабильных изотопа с массовыми числами 32,33,34 и 36. Данный элемент шестой по распространенности в природе. Относится к биогенным элементам, так как входит в состав важных органических молекул.

Электронное строение атома

Соединения серы обязаны своим разнообразием особенностям электронного строения атома. Оно выражается следующей конфигурационной формулой: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴.

Приведенный порядок отражает лишь стационарное состояние элемента. Однако известно, что если атому сообщить дополнительную энергию, то возможно расспаривание электронов на 3р и 3s-подуровне, с последующим очередным переходом на 3d, который остается свободным. В результате изменяется не только валентность атома, но и все возможные степени окисления. Их количество значительно увеличивается, равно, как и число различных веществ с участием серы.

Степени окисления серы в соединениях

Можно выделить несколько основных вариантов данного показателя. Для серы это:

• -2;
• +2;
• +4;
• +6.

Из них наиболее редко встречается S⁺², остальные рассредоточены повсеместно. От степени окисления серы в соединениях зависит химическая активность и окислительная способность всего вещества. Так, например, соединения с -2 - это сульфиды. В них рассматриваемый нами элемент типичный окислитель.

Чем выше значение степени окисления в соединении, тем более выраженными окисляющими способностями будет обладать вещество. В этом легко убедиться, если вспомнить две основные кислоты, которые образует сера:

• H₂SO₃ - сернистая;
• H₂SO₄ - серная.

Известно, что последняя гораздо более стабильное, сильное соединение, обладающее в высокой концентрации очень серьезной способностью к окислению.

Простое вещество

Как простое вещество сера представляет собой желтые красивые кристаллы ровной правильной удлиненной формы. Хотя это лишь одна из ее форм, потому что существует две основные аллотропные модификации этого вещества. Первая, моноклинная или ромбическая - это и есть желтое кристаллическое тело, не способное растворяться в воде, а лишь в органических растворителях. Отличается хрупкостью и красивой формой структуры, представленной в виде короны. Температура плавления - около 110⁰С.

Если же не пропустить промежуточный момент при нагревании такой модификации, то можно вовремя обнаружить другое состояние - пластическую серу. Она представляет собой резиноподобный тягучий раствор коричневого цвета, который при дальнейшем нагревании или резком охлаждении снова переходит в ромбическую форму.

Если же говорить о химически чистой сере, полученной путем многократных фильтраций, то она представляет собой ярко-желтые небольшие кристаллики, хрупкие и совсем нерастворимые в воде. Способны возгораться при контакте с влагой и кислородом воздуха. Отличаются достаточно высокой химической активностью.

Нахождение в природе

В природе встречаются естественные месторождения, из которых добываются соединения серы и она сама как простое вещество. Кроме того, она содержится:

• в минералах, рудах и горных породах;
• в организме животных, растений и человека, так как входит в состав многих органических молекул;
• в природных газах, нефти и угле;
• в горючих сланцах и природных водах.

Можно назвать несколько самых богатых на серу минералов:

• киноварь;
• пирит;
• сфалерит;
• антимонит;
• галенит и прочие.

Большая часть получаемой сегодня серы уходит на сернокислое производство. Еще одна часть используется для медицинских целей, сельского хозяйства, промышленных процессов производства веществ.

Физические свойства

Их можно описать несколькими пунктами.

1. В воде нерастворима, в сероуглероде или скипидаре - хорошо растворяется.
2. При длительном трении накапливает отрицательный заряд.
3. Температура плавления составляет 110 ⁰С.
4. Температура кипения 190 ⁰С.
5. При достижении 300 ⁰С переходит в жидкость, легкоподвижная.
6. Чистое вещество способно самовозгораться горючие свойства очень хорошие.
7. Сама по себе запах практически не имеет, однако водородные соединения серы издают резкий запах тухлых яиц. Так же, как и некоторые газообразные бинарные представители.

Физические свойства рассматриваемого вещества были известны людям с древности. Именно за свою горючесть сера и получила такое название. В войнах использовали удушающие и ядовитые испарения, которые формируются при сгорании этого соединения, как оружие против врагов. Кроме того, кислоты с участием серы также всегда имели важное промышленное значение.

Химические свойства

Тема: "Сера и ее соединения" в школьном курсе химии занимает не один урок, а несколько. Ведь их очень много. Это объясняется химической активностью данного вещества. Она может проявлять как окислительные свойства с более сильными восстановителями (металлы, бор и прочие), так и восстановительные с большинством неметаллов.

Однако, несмотря на такую активность, только с фтором взаимодействие идет при обычных условиях. Для всех остальных требуется нагревание. Можно обозначить несколько категорий веществ, с которыми способна взаимодействовать сера:

• металлы;
• неметаллы;
• щелочи;
• сильные окисляющие кислоты - серная и азотная.

Соединения серы: разновидности

Разнообразие их будет объясняется неодинаковым значением степени окисления основного элемента - серы. Так, можно выделить несколько основных типов веществ по этому признаку:

• соединения со степенью окисления -2;
• +4;
• +6.

Если же рассматривать классы, а не показатель валентности, то данный элемент образует такие молекулы, как:

• кислоты;
• оксиды;
• водородные соединения серы;
• соли;
• бинарные соединения с неметаллами (сероуглерод, хлориды);
• органические вещества.

Теперь рассмотрим основные из них и приведем примеры.

Вещества со степенью окисления -2

Соединения серы 2 - это ее конформации с металлами, а также с:

• углеродом;
• водородом;
• фосфором;
• кремнием;
• мышьяком;
• бором.

В этих случаях она выступает в роли окислителя, так как все перечисленные элементы более электроположительные. Рассмотрим особо важные из них.

1. Сероуглерод - CS₂. Прозрачная жидкость с характерным приятным ароматом эфира. Является токсичным, огнеопасным и взрывающимся веществом. Используется как растворитель, причем для большинства видов масел, жиров, неметаллов, нитрата серебра, смол и каучуков. Также является важной частью в производстве искусственного шелка - вискозы. В промышленности синтезируется в больших количествах.
2. Сероводород или сульфид водорода - H₂S. Газ, не имеющий окраски и сладкий на вкус. Запах резкий, крайне неприятный, напоминает тухлое яйцо. Ядовитый, угнетает дыхательный центр, так как связывает ионы меди. Поэтому при отравлении им наступает удушье и смерть. Широко используется в медицине, органических синтезах, производстве серной кислоты, а также в качестве энергетически выгодного сырья.
3. Сульфиды металлов находят широкое применение в медицине, в сернокислом производстве, получении красок, изготовлении люминофоров и прочих местах. Общая формула - Me_xS_y.

Соединения со степенью окисления +4

Соединения серы 4 - это преимущественно оксид и соответствующие ему соли и кислота. Все они являются достаточно распространенными соединениями, имеющими определенное значение в промышленности. Могут выступать и как окислители, но чаще проявляют восстановительные свойства.

Формулы соединения серы со степенью окисления +4 следующие:

• оксид - сернистый газ SO₂;
• кислота - сернистая H₂SO₃;
• соли имеют общую формулу Me_x(SO₃)_y.

Одним из самых распространенных является сернистый газ, или ангидрид. Он представляет собой бесцветное вещество, обладающее запахом горелой спички. В больших скоплениях формируется при извержении вулканов, его в этот момент легко определить по запаху.

Растворяется в воде с образование легко разлагающейся кислоты - сернистой. Ведет себя, как типичный кислотный оксид, образует соли, в которые входит в виде сульфит-иона SO₃^2-. Этот ангидрид - основной газ, который влияет на загрязнение окружающей атмосферы. Именно он влияет на образование кислотных дождей. В промышленности используется в сернокислом производстве.

Соединения, в которых у серы степень окисления +6

К таким относятся, прежде всего, серный ангидрид и серная кислота со своими солями:

• сульфатами;
• гидросульфатами.

Так как атом серы в них находится в высшей степени окисления, то и свойства этих соединений вполне объяснимы. Они сильные окислители.

Оксид серы (VI) - серный ангидрид - представляет собой летучую бесцветную жидкость. Характерная черта - сильная влагопоглотительная способность. На открытом воздухе дымит. При растворении в воде дает одну из сильнейших минеральных кислот - серную. Концентрированный раствор ее является тяжелой маслянистой слегка желтоватой жидкостью. Если же ангидрид растворить в серной кислоте, то получится особое соединение, называемое олеум. Он используется в промышленности при производстве кислоты.

Среди солей - сульфатов - большое значение имеет такие соединения, как:

• гипс CaSO₄·2H₂O;
• барит BaSO₄;
• мирабилит;
• сульфат свинца и прочие.

Они находят применение в строительстве, химических синтезах, медицине, изготовлении оптических приборов и стекол и даже пищевой промышленности.

Гидросульфаты находят широкое применение в металлургии, где используются в качестве флюса. А также именно они помогают переводить многие сложные окислы в растворимые сульфатные формы, что используется в соответствующих производствах.

Изучение серы в школьном курсе химии

Когда лучше всего происходит усвоение учащимися знаний о том, что такое сера, каковы ее свойства, что представляет собой соединение серы? 9 класс - лучший период. Это уже не самое начало, когда для детей все новое и непонятное. Это середина в изучении химической науки, когда основы, заложенные ранее, помогут полностью вникнуть в тему. Поэтому на рассмотрение данных вопросов выделяется именно второе полугодие выпускного класса. При этом вся тема делится на несколько блоков, в которых отдельно стоит урок "Соединения серы. 9 класс".

Это объясняется их многочисленностью. Также отдельно рассматривается вопрос о производстве серной кислоты в промышленности. В целом на данную тему отводится в среднем 3 часа.

А вот органические соединения серы выносятся на изучение только в 10 классе, когда рассматриваются вопросы органики. Также затрагиваются они и на биологии в старших классах. Ведь сера входит в состав таких органических молекул, как:

• тиоспирты (тиолы);
• белки (третичная структура, на которой происходит формирование дисульфидных мостиков);
• тиоальдегиды;
• тиофенолы;
• тиоэфиры;
• сульфоновые кислоты;
• сульфоксиды и прочие.

Их выделяют в особую группу сераорганических соединений. Они имеют важное значение не только в биологических процессах живых существ, но и в промышленности. Например, сульфоновые кислоты - основа многих лекарственных препаратов (аспирин, сульфаниламид или стрептоцид).

Кроме того, сера постоянный компонент таких соединений, как некоторые:

• аминокислоты;
• ферменты;
• витамины;
• гормоны.