Сера - удивительный химический элемент, который известен человечеству с древности. Его уникальные физико-химические свойства находят широкое применение в промышленности и сельском хозяйстве. Однако не все знают, что плотность серы сильно зависит от ее агрегатного состояния. Давайте разберемся, как меняется плотность серы в различных формах и почему это так важно.
Физические свойства серы
Сера в твердом состоянии существует в двух кристаллических модификациях - ромбической и моноклинной. Их плотность различается:
- Ромбическая сера имеет плотность 2,07 г/см3 при комнатной температуре.
- Моноклинная сера более плотная - ее плотность составляет 1,96 г/см3.
При нагревании до температуры плавления 113°C объем серы увеличивается примерно на 15%. Это связано с разрывом серных цепочек в кристаллической решетке и образованием коротких фрагментов.
Вязкость расплавленной серы сильно зависит от температуры. В интервале 160-190°C сера превращается в густую темно-коричневую массу. При дальнейшем нагревании вязкость уменьшается, а цвет снова становится желтым. Это объясняется изменением длины полимерных цепей серы.
Плотность жидкой серы
Плотность расплавленной серы при температуре 150°C составляет 1,812 г/см3. Для сравнения, плотность воды при комнатной температуре - 1 г/см3. То есть жидкая сера почти в 2 раза тяжелее воды. При застывании плотность серы увеличивается.
Пары серы образуются при нагревании жидкой серы выше температуры 444,6°C. Их плотность гораздо меньше - порядка 0,0032 г/см3 при 800°C. То есть 1 литр паров серы весит всего 3,2 грамма. Это объясняется большим межмолекулярным расстоянием и высокой подвижностью атомов.
Химические свойства и соединения серы
В отличие от кислорода, сера способна образовывать длинные и разветвленные цепи атомов. Наиболее распространена и устойчива кольцевая молекула S8. Но существуют и другие аллотропные модификации: S6, S4, S3.
Сера - хороший окислитель, как и O2, но более сильные окислители, такие как кислород и галогены, окисляют ее.
Основные оксиды серы - сернистый ангидрид SO2 и серный ангидрид SO3. Их плотность составляет 2,62 г/см3 и 1,92 г/см3 соответственно. SO3 активно поглощает влагу воздуха, образуя серную кислоту.
Серная кислота и ее концентрация
Концентрированная серная кислота имеет плотность 1,84 г/см3. Разбавленные водные растворы H2SO4 менее плотные. Например, 10%-ый раствор плотностью 1,07 г/см3. Концентрация кислоты влияет на ее свойства.
Сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов хорошо растворимы в воде. А вот сульфаты тяжелых металлов (Pb, Ba, Hg) малорастворимы и выпадают в осадок.
Сероводород H2S - бесцветный газ с резким запахом тухлых яиц. Он ядовит, так как блокирует дыхательные ферменты. В отличие от него, сероуглерод CS2 - безвредная жидкость, которая широко используется в промышленности.
Применение серы
Около половины всей производимой серы используется для получения серной кислоты H2SO4. Она применяется в химической промышленности для синтеза удобрений, красителей, взрывчатых веществ.
Еще одно важное применение - вулканизация каучука. Сера образует поперечные связи между макромолекулами, повышая прочность и износостойкость резины.
Сера как фунгицид
В сельском хозяйстве серу используют для борьбы с грибковыми болезнями растений. Она обладает фунгицидным действием. Распыленный порошок серы оседает на листьях, подавляя рост патогенных грибов.
Коллоидная сера в медицине
Коллоидная сера представляет собой взвесь частиц размером менее 1 мкм. Такая сера применяется наружно как противовоспалительное и антисептическое средство. Например, при лечении ожогов, ран, угрей.
Другие области применения серы
Сера используется для изготовления спичек, фейерверков и других пиротехнических смесей. Она легко воспламеняется при трении или нагревании.
Серные лампы широко применялись для уличного освещения. В них происходит электрическое испарение серы с последующим возбуждением паров и свечением.
Добыча и транспортировка серы
Основные запасы самородной серы сосредоточены в районах вулканической активности. Также ее добывают химическим способом из серных руд и нефтегазового сырья.
Плотность твердой гранулированной серы составляет около 2000 кг/м3. Это облегчает ее транспортировку автомобильным или железнодорожным транспортом.
Плотность жидкой серы при 150°C - 1812 кг/м3. Ее перевозят в специальных подогреваемых железнодорожных цистернах или танкерах.
Упаковка и хранение серы
Для длительного хранения твердую гранулированную серу фасуют в бумажные мешки, пластиковые мешки или картонные коробки. Материал упаковки должен быть инертным, чтобы избежать взаимодействия.
Сера хранится в сухих закрытых складских помещениях при температуре не выше 30°C. При более высокой температуре возможно самовозгорание серы.
Техника безопасности при работе с серой
Многие соединения серы токсичны. К примеру, сероводород и сернистый газ подавляют дыхательную систему. Предельно допустимая концентрация серы в воздухе рабочей зоны составляет 6 мг/м3.
Концентрация пыли серы выше 20 г/м3 может привести к взрыву. Также взрывоопасна смесь паров серы с воздухом.
Особенности горения серы
Горение серы возможно только в расплавленном состоянии при температуре выше 113°C. Пламя почти невидимое, с температурой около 1000°C. Это затрудняет обнаружение возгорания.
История применения серы
Еще в древности сера использовалась жрецами в религиозных обрядах. Считалось, что горящая сера очищает воздух и прогоняет злых духов.
Позже сера стала одним из трех основных компонентов пороха наряду с древесным углем и селитрой. Это позволило создать более мощный взрывчатый состав.
