Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Сера. Аллотропия серы. Физические и химические свойства серы. Применение

Положение кислорода и серы в периодической системе химических элементов, строение их атомов. Озон – аллотропная модификация кислорода

ПОДГРУППА КИСЛОРОДА (ХАЛЬКОГЕНЫ) В подгруппу кислорода входят элементы: кислород, сера, селен, теллур, полоний. ХАЛЬКОГЕНЫ В ПРИРОДЕ Положение в таблице Свойства элементов VI-A подгруппы.

Элемент	Кислород O	Сера S	Селен Se	Теллур Te	Полоний Po
Свойство
Порядковый номер элемента
Относительная атомная масса	15,999	32,067	78,96	127,60	208,982
Температура плавления,С⁰	-219
Температура кипения,С⁰	-183
Плотность г/см³	1,27 (твёрдый)	2,1	4,8	6,2	9,4
Степени окисления	-2 (со фтором +2, в перикисях -1)	-2, +4, +6	-2, +4, +6	-2, +4, +6	-2, +4, +6

Строение атома кислорода	Строение атома серы
O+8)₂)₆ 1s²2s²2p⁴ P - элемент	S+16)₂)₈)₆ 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴ P - элемент

Кислород и сера имеют одинаковое строение внешнего энергетического уровня –ns²np⁴, где n – номер периода.

Кислород O₂

(К.В. Шееле 1772 г., Дж. Пристли 1774 г.)

Самый распространенный элемент на Земле в воздухе - 21% по объему; в земной коре - 49% по массе; в гидросфере - 89% по массе; в составе живых организмов-- до 65% по массе.

АЛЛОТРОПИЯ КИСЛОРОДА

Строение атома

	P₁¹ = 8; n₀¹ = 8; ē = 8
1s²2s²2p⁴

Физические свойства

Газ - без цвета, вкуса и запаха; в 100V H₂O растворяется 3V O₂ (н.у.); t°кип= -183°С; t°пл = -219°C; D_{по воздуху}= 1,1, т.е. тяжелее воздуха.

Способы получения

1. Промышленный способ (перегонка жидкого воздуха).

2. Лабораторный способ (разложение некоторых кислородосодержащих веществ)

2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂ (при нагревании)

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂ (при нагревании, в присутствии катализатора MnO₂)

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ (в присутствии катализатора MnO₂)

Способы собирания


Вытеснением воды	Вытеснением воздуха

Химические свойства

Взаимодействие веществ с кислородом называется окислением.

С кислородом реагируют все элементы, кроме Au, Pt, He, Ne и Ar, во всех реакциях (кроме взаимодействия со фтором) кислород - окислитель.

С неметаллами

C + O₂→CO₂

S + O₂ → SO₂

2H₂ + O₂ → 2H₂O

С металлами

2Mg + O₂ → 2MgO

2Cu + O₂ →2CuO (при нагревании)

Со сложными веществами

4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂

2H₂S + 3O₂ → 2SO₂ + 2H₂O

CH₄ + 2O₂→CO₂ + 2H₂O

Горение в кислороде

Озон O₃

Озон - аллотропная модификация кислорода

Физические свойства

Газ, запах свежей хвои, бесцветный, растворим в воде; t°кип= -112°С; t°пл= -193°C.

Получение

3O₂ → 2O₃ – Q

1. Во время грозы (в природе), (в лаборатории) в озонаторе

2. Действием серной кислоты на пероксид бария

3BaO₂ + 3H₂SO₄ → 3BaSO₄ + 3H₂O + O₃

Получение и обнаружение озона

Химические свойства

Озон химически активнее кислорода. Активность озона объясняется тем, что при его разложении образуется молекула кислорода и атомарный кислород, который активно реагирует с другими веществами.

O₃ → O₂ + O (озон неустойчив)

Например, озон легко реагирует с серебром, тогда как кислород не соединяется с ним даже при нагревании:

6Ag + O₃ → 3Ag₂O

Т. е. озон - сильный окислитель:

2KI + O₃ + H₂O → 2KOH + I₂ + O₂

Озон в природе

Обесцвечивает красящие вещества, отражает УФ - лучи, уничтожает микроорганизмы. Озон является постоянным компонентом атмосферы Земли и играет важную роль для поддержания на ней жизни. В приземных слоях земной атмосферы концентрация озона чрезвычайно мала и составляет величину порядка 10-7 — 10-6%. Однако с увеличением высоты концентрация озона резко возрастает, проходя через максимум на высоте 20—30 км. Общее содержание озона в атмосфере может быть охарактеризовано слоем озона, приведённого к нормальным условиям (0°С, 1 атм), и составляет толщину около 0,4—0,6 см. Общее содержание озона в атмосфере переменное, и колеблется в зависимости от времени года и географической широты. Как правило, концентрация озона больше в высоких широтах и максимальна весной, а минимальна осенью. Известно, что атмосферный озон играет ключевую роль для поддержания жизни на земле, выступая в качестве защитной составляющей для живых организмов от жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца. С другой стороны, озон является весьма эффективным парниковым газом, и, поглощая инфракрасное излучение поверхности Земли, препятствует её охлаждению. Установлено, что нахождение и перемещение масс озона в атмосфере Земли существенно влияет на метеорологическую обстановку на планете.

Применение озона обусловлено его свойствами

1. сильного окисляющего агента:

· для стерилизации изделий медицинского назначения

· при получении многих веществ в лабораторной и промышленной практике

· для отбеливания бумаги

· для очистки масел

2. сильного дезинфицирующего средства:

· для очистки воды и воздуха от микроорганизмов (озонирование)

· для дезинфекции помещений и одежды

Одним из существенных достоинств озонирования, по сравнению с хлорированием, является отсутствие токсинов после обработки. Тогда как при хлорировании возможно образование существенного количества токсинов и ядов, например, диоксина.

Сера. Аллотропия серы. Физические и химические свойства серы. Применение

СЕРА S Cера в природе Самородная сера Украина, Поволжье, Центральная Азия и др Сульфиды PbS - свинцовый блеск Cu₂S – медный блеск ZnS – цинковая обманка FeS₂ – пирит, серный колчедан, кошачье золото H₂S – сероводород (в минеральных источниках и природном газе) Белки Волосы, кожные покровы, ногти… Сульфаты CaSO₄x 2H₂O - гипс MgSO₄ x 7H₂O – горькая соль (английская) Na₂SO₄ x 10H₂O – глауберова соль (мирабилит) Физические свойства Твердое кристаллическое вещество желтого цвета, нерастворима в воде, водой не смачивается (плавает на поверхности), t°_кип = 445°С Аллотропия Для серы характерны несколько аллотропных модификаций:

Ромбическая (a - сера) - S₈ t°_пл. = 113°C; ρ = 2,07 г/см³. Наиболее устойчивая модификация.	Моноклинная (b - сера) - S₈ темно-желтые иглы, t°_пл. = 119°C; ρ = 1,96 г/см3. Устойчивая при температуре более 96°С; при обычных условиях превращается в ромбическую.	Пластическая S_n коричневая резиноподобная (аморфная) масса. Неустойчива, при затвердевании превращается в ромбическую.
		ПОЛУЧЕНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОЙ СЕРЫ

Взаимопревращение аллотропных модификаций серы

Строение атома серы

Размещение электронов по уровням и подуровням

	Основное состояние 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴
Размещение электронов по орбиталям (последний слой)	Степень окисления	Валентность
	+2, -2	В основном состоянии II
	+4	Первое возбуждённое состояние IV
	+6	Второе возбуждённое состояние VI

Получение серы

1. Промышленный метод - выплавление из руды с помощью водяного пара.

2. Неполное окисление сероводорода (при недостатке кислорода).

2H₂S + O₂ = 2S + 2H₂O

3. Реакция Вакенродера

2H₂S + SO₂ = 3S + 2H₂O

Химические свойства серы

Сера - окислитель S⁰ + 2ē -> S^-2

Сера - восстановитель S - 2ē -> S⁺²; S - 4ē -> S⁺⁴; S - 6ē -> S⁺⁶

1) Сера реагирует со щелочными металлами без нагревания: 2Na + S -> Na₂S ОПЫТ c остальными металлами (кроме Au, Pt) - при повышенной t°: 2Al + 3S –^t°-> Al₂S₃ Zn + S –^t°-> ZnS ОПЫТ Cu + S –^t°-> CuS ОПЫТ 2) С некоторыми неметаллами сера образует бинарные соединения: H₂ + S -> H₂S 2P + 3S -> P₂S₃ C + 2S -> CS₂

1) c кислородом: S + O₂ –^t°-> S⁺⁴O₂ 2S + 3O₂ –^t^°;^pt-> 2S⁺⁶O₃ 2) c галогенами (кроме йода): S + Cl₂ -> S⁺²Cl₂ 3) c кислотами - окислителями: S + 2H₂SO₄(конц) -> 3S⁺⁴O₂ + 2H₂O S + 6HNO₃(конц) -> H₂S⁺⁶O₄ + 6NO₂ + 2H₂O Реакции диспропорционирования: 4) 3S⁰ + 6KOH -> K₂S⁺⁴O₃ + 2K₂S^-2 + 3H₂O