Минерал сера: описание, свойства, применение и фото
Сера является элементом периодической системы Д. И. Менделеева, ее атомный номер – шестнадцать. Обладает неметаллическими свойствами. Обозначается латинской буквой S. Название, предположительно, имеет индоевропейский корень – «гореть».
Исторический ракурс
Когда была открыта сера и начата ее добыча, не выяснено. Известно лишь то, что о ней древние люди знали задолго до нашей эры. Ранние жрецы применяли ее при своих культовых обрядах, включали в состав окуривающих смесей. Минерал серу относили к продукту, который производили боги, в основном обитающие в подземном мире.
С давних пор, о чем свидетельствуют исторические документы, она использовалась как составляющий элемент горючих смесей, которые применялись в военных целях. Гомер также не обошел своим вниманием минерал серу. В одном из своих произведений он описал «испарения», которые оказывали пагубное воздействие на человека при горении.
Историки предполагают, что сера была составляющим элементом в так называемом «греческом огне», который наводил страх на врагов.
В восьмом веке в Китае ее стали применять для приготовления пиротехнических смесей, в том числе и в горючих веществах, напоминающих порох.
В средние века она была одним из трех главных элементов у алхимиков. Они активно применяли минерал самородную серу в своих изысканиях. Зачастую это приводило к тому, что опыты с ней приравнивались колдовству, а это в свою очередь приводило к гонениям со стороны инквизиции древних химиков и их последователей. Именно с тех времен, со средних веков и эпохи Возрождения, запах горящей серы, их газы, стали ассоциировать с деяниями нечистой силы и дьявольскими проявлениями.
Свойства
Самородный минерал сера имеет молекулярную решетку, какой нет у иных подобных элементов. Это приводит к тому, что у нее низкая твердость, отсутствует спайность, это достаточно хрупкий материал. Удельный вес серы составляет 2,7 граммов на сантиметр кубический. Минерал имеет плохую электро-, слабую теплопроводность и невысокую температуру плавления. Свободно загорается при воздействии открытого пламени, в том числе от спички, цвет пламени - голубой. Хорошо воспламеняется при температуре около 248 градусов Цельсия. При горении выделяет сернистый газ, который обладает резким удушливым запахом.
Описания минерала серы разнообразны. Она имеет оттенки светло-желтые, соломенные, медовые, зеленоватые. В сере, которая имеет в своей структуре органические вещества, наличествует бурая, серая или черная окраска. На фото минерал сера в твердом, чистом, кристаллическом виде всегда притягивает взгляд и легко узнаваем.
Вулканическая сера ярко-желтая, зеленоватая, оранжевая. В природе можно встретить ее в виде различных масс, плотных, землистых, порошковых. Встречаются в природе и кристаллические наросшие серные кристаллы, но достаточно редко.
Сера в природе
Природная сера в чистом состоянии встречается редко. Но в земной коре ее запасы очень значительны. В основном это руды, где в большом количестве присутствует серные прослойки.
До настоящего времени наука не определилась с причиной возникновения месторождений серы. Некоторые версии является взаимоисключающими. С учетом того, что сера проявляет высокую химическую активность, предполагается, что в процессе формирования поверхности земной коры она многократно связывалась и выделялась. Как шли эти реакции, доподлинно не установлено.
По одной из версий предполагается, что сера является следствием вымывания сульфатов, которые стали продуктами жизнедеятельности отдельных бактерий. Последние используют соединения минерала как пищу.
Исследователи рассматривают различные версии о процессах замещения серы в земной коре, которые приводят к ее выделению и накоплению. Но однозначно понять природу возникновения пока не получается.
Физические и химические свойства серы
Первые научные исследования были произведены лишь в XVIII веке. Тщательное изучение свойств минерала серы осуществил французский ученый Антуан Лавуазье. Так, он установил, что она кристаллизуется из расплавов, первоначально принимая игольчатые виды. Однако эта форма не стойкая. При уменьшении температуры сера перекристаллизуется, образуя объемные полупрозрачные образования лимонно-желтого или золотистого оттенка.
Месторождения, добыча серы
Основным источником добычи минерала серы являются месторождения. По расчетам исследователей-геологов следует, что ее мировые запасы насчитывают около 1,4 млрд тонн.
Древние люди, а также рудокопы Средневековья, добывали серу путем закапывания на глубину большой глиняной емкости. На нее помещали другую, в которой имелось отверстие в днище. Верхнюю емкость наполняли породой, в которой содержалось сера. Эту конструкцию нагревали. Сера начала плавиться и стекать в нижний сосуд.
В настоящее время добыча происходит путем открытой выработки, а также с применением способов выплавки из-под земли.
Крупные месторождения серы на территории Евразии имеются в Туркмении, в Поволжье, иных местах. Значительные залежи в России обнаружены на левых берегах реки Волги, которые протянулись от Самары до Казани.
При разработке минерала серы особое внимание уделяется безопасности. Это связано с тем, что руде всегда сопутствует скопление сероводорода, который очень вреден для дыхания. Сам минерал имеет свойство возгораться и образовывать взрывчатые составы.
Наиболее распространенный способ добычи - открытый. При этом горной техникой снимается верхняя часть пород. Взрывными работами осуществляется дробление рудной части. Потом фракции отправляются на предприятие для проведения процесса обогащения, а затем - на заводы по выплавке для получения чистой серы.
Если минерал залегает глубоко и объемы его значительны, используют для добычи метод Фраша.
В конце 1890 года инженером Фрашем было предложено осуществлять плавление серы под землей, а после превращения ее в жидкое состояние - выкачивать наружу. Процесс этот сопоставим с добычей нефти. С учетом достаточно невысокой температуры плавления серы, идея инженера успешно прошла испытания и началась промышленная добыча этого минерала таким способом.
Во второй половине XX века активно начал использоваться метод для добычи посредством использования токов высокой частоты. Их воздействие также приводит к расплавлению серы. Последующее нагнетание сжатого горячего воздуха позволяет ускорить подъем ее в жидком состоянии на поверхность.
В больших объемах сера содержится в природных газах. Для ее добычи подходит метод Клауса. Используются специальные серные ямы, в которых осуществляется дегазация. В результате получается твердый модифицированный продукт с большим серным содержанием.
Применение
Около половины всей добываемой серы идет на производство серной кислоты. Также этот минерал нужен для изготовления каучука, лекарств, в качестве фунгицидов в сельском хозяйстве. Нашел применение минерал и как структурный элемент в популярном сероасфальте и заменителе портландцемента - серобетоне. Активно используют при изготовлении различных пиротехнических составов, в производстве спичек.
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.
Пожароопасные свойства
Сера – это пожароопасный минерал. Тонко измельченные ее фракции способны самовозгораться в присутствии влаги, при наличии контактов с окислителями, а также при создании смесей с углем, жирами, маслами. Тушат серу распыленной водой и воздушно-механической пеной.