Сера. Важнейшие соединения серы. Применение соединений серы

Международный Казахско – Турецкий университет имени Х. А. Ясави

Инженерно–Педагогический факультет

Кафедра химии и экологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема: Сера. Важнейшие соединения серы. Применение соединений серы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          

                                                           

                                                                            Выполнил: Курбанов У.

Приняла: Жылысбаева Г.Н

     Группа: ЖХМ-015

 

 

                                                  Кентау 2011г

 

 

План:

1. Введение.
2. Сера:

• Природные минералы серы
• История открытия
• Получение
• Свойства
• Биологическая роль
• Пожароопасные свойства серы. Пожары на складах серы

3. Соединения серы:

• Оксид серы(IV). Токсичность и оказание первой помоши при отравлении оксид серы(IV).
• Оксид серы(VI). Токсичность и оказание первой помоши при отравлении оксид серы(VI).
• Гексафторид серы
• Серная кислота
• Токсичность соединений серной кислоты и оказание первой помоши при отравлении или ожжогах серной кислоты
• NFPA

4. Литература и WEB сайты.

 

Введение.

Сера (англ. Sulfur, фр. Soufre, нем. Schwefel) в самородном состоянии, а также в виде сернистых соединений известна с древнейших времён. С запахом горящей серы, удушающим действием сернистого газа и отвратительным запахом сероводорода человек познакомился, вероятно, ещё в доисторические времена. Именно из-за этих свойств сера использовалась жрецами в составе священных курений при религиозных обрядах.

Также в моей курсовой работе речь пойдёт о соединениях серы, о истории их открытия и получения и главное - о влиянии серы и её соединений на здоровье человека и на окружающую среду. И ещё,в моей курсовой работе можно встретить слова "NFPA 704". Если вы впервые встречаете эти слова, или немножко подзабыли приведу маленькую справку.

NFPA 704 — стандарт, поддерживаемый американской организацией NFPA. Он определяет т. н. «fire diamond», используемый персоналом аварийных служб для быстрого определения рисков, связанных с рядом опасных материалов. Это помогает определить, какие специальное оборудование, процедуры и меры предосторожности следует использовать при первои помощи и чрезвычайных ситуациях.

Надеюсь, что в моей курсовой работе есть то,что выделяет её среди сотен других работ, написанных такими же как и я студентами!

 

 

 

 

 

 

Сера — элемент шестой группы третьего периода главной подгруппы периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 16. Проявляет неметаллические свойства. Обозначается символом S (лат. Sulfur). В водородных и кислородных соединениях находится в составе различных ионов, образует многие кислоты и соли. Многие серосодержащие соли малорастворимы в воде.

 

Природные минералы серы

Сера является шестнадцатым по химической распространённости элементом в земной коре. Встречается в свободном (самородном) состоянии и связанном виде.

Важнейшие природные соединения серы: FeS₂ — железный колчедан или пирит, ZnS — цинковая обманка или сфалерит (вюрцит), PbS — свинцовый блеск или галенит, HgS — киноварь, Sb₂S₃ — антимонит. Кроме того, сера присутствует в нефти, природном угле, природных газах и сланцах. Сера — шестой элемент по содержанию в природных водах, встречается в основном в виде сульфат-иона и обуславливает «постоянную» жёсткость пресной воды. Жизненно важный элемент для высших организмов, составная часть многих белков, концентрируется в волосах.

История открытия

Сера (англ. Sulfur, фр. Soufre, нем. Schwefel) в самородном состоянии, а также в виде сернистых соединений известна с древнейших времён. С запахом горящей серы, удушающим действием сернистого газа и отвратительным запахом сероводорода человек познакомился, вероятно, ещё в доисторические времена. Именно из-за этих свойств сера использовалась жрецами в составе священных курений при религиозных обрядах. Сера считалась произведением сверхчеловеческих существ из мира духов или подземных богов. Очень давно сера стала применяться в составе различных горючих смесей для военных целей. Уже у Гомера описаны «сернистые испарения», смертельное действие выделений горящей серы. Сера, вероятно, входила в состав «греческого огня», наводившего ужас на противников. Около VIII в. китайцы стали использовать её в пиротехнических смесях, в частности, в смеси типа пороха. Горючесть серы, лёгкость, с которой она соединяется с металлами с образованием сульфидов (например, на поверхности кусков металла), объясняют то, что её считали «принципом горючести» и обязательной составной частью металлических руд. Пресвитер Теофил (XII в.) описывает способ окислительного обжига сульфидной медной руды, известный, вероятно, ещё в древнем Египте. В период арабской алхимии возникла ртутно-серная теория состава металлов, согласно которой сера почиталась обязательной составной частью (отцом) всех металлов. В дальнейшем она стала одним из трёх принципов алхимиков, а позднее «принцип горючести» явился основой теории флогистона. Элементарную природу серы установил Лавуазье в своих опытах по сжиганию. С введением пороха в Европе началось развитие добычи природной серы, а также разработка способа получения её из пиритов; последний был распространён в древней Руси. Впервые в литературе он описан у Агриколы. Таким образом, точно происхождение серы не установлено, но, как сказано выше, этот элемент использовался до Рождества Христова, а значит знаком людям с давних времён.

Получение

Серу получают главным образом  выплавкой самородной серы непосредственно  в местах её залегания под землёй. Серные руды добывают разными способами — в зависимости от условий залегания. Залежам серы почти всегда сопутствуют скопления ядовитых газов — соединений серы. К тому же нельзя забывать о возможности её самовозгорания.

Добыча руды открытым способом происходит так. Шагающие экскаваторы снимают  пласты пород, под которыми залегает руда. Взрывами рудный пласт дробят, после чего глыбы руды отправляют на сероплавильный завод, где из концентрата извлекают серу.

В 1890 г. Герман Фраш, предложил плавить серу под землёй и через скважины, подобные нефтяным, выкачивать её на поверхность. Сравнительно невысокая (113 °C) температура плавления серы подтверждала реальность идеи Фраша. В 1890 г. начались испытания, приведшие к успеху.

Известно несколько методов  получения серы из серных руд: пароводяные, фильтрационные, термические, центрифугальные  и экстракционные.

Также сера в больших количествах  содержится в природном газе в газообразном состоянии (в виде сероводорода, сернистого ангидрида). При добыче она откладывается на стенках труб и оборудования, выводя их из строя. Поэтому её улавливают из газа как можно быстрее после добычи. Полученная химически чистая мелкодисперсная сера является идеальным сырьём для химической и резиновой промышленности.

Крупнейшее месторождение самородной серы вулканического происхождения  находится на острове Итуруп с запасами категории A+B+C1 — 4227 тыс. тонн и категории C2 — 895 тыс. тонн, что достаточно для строительства предприятия мощностью 200 тыс. тонн гранулированной серы в год.

Свойства

Сера существенно отличается от кислорода способностью образовывать устойчивые цепочки и циклы из атомов. Наиболее стабильны циклические молекулы S₈, имеющие форму короны, образующие ромбическую и моноклинную серу. Это кристаллическая сера — хрупкое вещество жёлтого цвета. Кроме того, возможны молекулы с замкнутыми (S₄, S₆) цепями и открытыми цепями. Такой состав имеет пластическая сера, вещество коричневого цвета, которая получается при резком охлаждении расплава серы (пластическая сера уже через несколько часов становится хрупкой, приобретает жёлтый цвет и постепенно превращается в ромбическую). Формулу серы чаще всего записывают просто S, так как она, хотя и имеет молекулярную структуру, является смесью простых веществ с разными молекулами. В воде сера нерастворима, некоторые её модификации растворяются в органических растворителях, например сероуглероде, скипидаре. Плавление серы сопровождается заметным увеличением объёма (примерно 15 %). Расплавленная сера представляет собой жёлтую легкоподвижную жидкость, которая выше 160 °C превращается в очень вязкую тёмно-коричневую массу. Наибольшую вязкость расплав серы приобретает при температуре 190 °C; дальнейшее повышение температуры сопровождается уменьшением вязкости и выше 300 °C расплавленная сера снова становится подвижной. Это связано с тем, что при нагревании серы она постепенно полимеризуется, увеличивая длину цепочки с повышением температуры. При нагревании серы свыше 190 °C полимерные звенья начинают рушиться. Сера может служить простейшим примером электрета. При трении сера приобретает сильный отрицательный заряд.                                                                                                                    Серу применяют для производства серной кислоты, вулканизации каучука, как фунгицид в сельском хозяйстве и как сера коллоидная — лекарственный препарат. Также сера в составе серобитумных композиций применяется для получения сероасфальта, а в качестве заместителя портландцемента — для получения серобетона.

Химические

Горение серы

На воздухе сера горит, образуя сернистый ангидрид — бесцветный газ с резким запахом:

S + O₂ = SO₂

С помощью спектрального анализа  установлено, что на самом деле процесс окисления серы в двуокись представляет собой цепную реакцию и происходит с образованием ряда промежуточных продуктов: моноокиси серы S₂O₂, молекулярной серы S₂, свободных атомов серы S и свободных радикалов моноокиси серы SO.

Помимо кислорода, сера реагирует со многими неметаллами, однако при комнатной температуре сера — только с фтором, проявляя восстановительные свойства:                                                                                  S + 3F₂ = SF₆

Расплав серы реагирует  с хлором, при этом возможно образование двух низших хлоридов:

2S + Cl₂ = S₂Cl₂

S + Cl₂ = SCl₂

При нагревании сера также реагирует  с фосфором, образуя, видимо, смесь сульфидов фосфора, среди которых — высший сульфид P₂S₅:

5S + 2P = P₂S₅

Кроме того, при нагревании сера реагирует с водородом,        углеродом, углеродом, кремнием : 
S + H₂ = H₂S (сероводород) 
C + 2S = CS₂ (сероуглерод)

При нагревании сера взаимодействует  со многими металлами, часто — весьма бурно. Иногда смесь металла с серой загорается при поджигании. При этом взаимодействии образуются сульфиды:

2Na + S = Na₂S

Ca + S = CaS

2Al + 3S = Al₂S₃

Fe + S = FeS

Растворы сульфидов щелочных металлов реагируют с серой с образованием полисульфидов:

Na₂S + S = Na₂S₂

Из сложных веществ следует  отметить прежде всего реакцию серы с расплавленной щёлочью, в которой сера диспропорционирует аналогично хлору :

3S + 6KOH = K₂SO₃ + 2K₂S + 3H₂O

Полученный плав называется серной печенью.

С концентрированными кислотами-окислителями (HNO₃, H₂SO₄) сера реагирует только при длительном нагревании, окисляясь:

S + 6HNO_3(конц.) = H₂SO₄ + 6NO₂ ↑ + 2H₂O

S + 2H₂SO_4(конц.) = 3SO₂ ↑ + 2H₂O

Биологическая роль

Сера — один из биогенных элементов. Сера входит в состав некоторых аминокислот (цистеин, метионин), витаминов (биотин, тиамин), ферментов.                                                                                                     Человек содержит примерно 2 г серы на 1 кг своего веса.

Пожароопасные свойства серы

Тонкоизмельченная сера склонна к химическому самовозгоранию в присутствии влаги, при контакте с окислителями, а также в смеси с углём, жирами, маслами. Сера образует взрывчатые смеси с нитратами, хлоратами и перхлоратами. Самовозгорается при контакте с хлорной известью.

Средства тушения: распылённая  вода, воздушно-механическая пена.

По данным В. Маршалла пыль серы относится к разряду взрывоопасных, но для взрыва необходима достаточно высокая концентрация пыли — порядка 20 г/м³ (20000мг/м³), такая концентрация во много раз превышает предельно допустимую концентрацию для человека в воздухе рабочей зоны — 6 мг/м³.

Пары образуют с воздухом взрывчатую смесь.

Горение серы протекает  только в расплавленном состоянии  аналогично горению жидкостей. Верхний  слой горящей серы кипит, создавая пары, которые образуют слабосветящееся пламя высотой до 5 см. Температура пламени при горении серы составляет 1820 °C.

Так как воздух по объёму состоит приблизительно из 21 % кислорода и 79 % азота и при горении серы из одного объёма кислорода получается один объём SO₂, то максимальное теоретически возможное содержание SO₂ в газовой смеси составляет 21 %. На практике горение происходит с некоторым избытком воздуха, и объёмное содержание SO₂ в газовой смеси меньше теоретически возможного, составляя обычно 14…15 %.

Обнаружение горения серы пожарной автоматикой является трудной проблемой. Пламя сложно обнаружить человеческим глазом или видеокамерой, спектр голубого пламени лежит в основном в ультрафиолетовом диапазоне. Горение происходит при низкой температуре. Для обнаружения горения тепловым извещателем необходимо размещать его непосредственно близко к сере. Пламя серы не излучает в инфракрасном диапазоне. Таким образом, оно не будет обнаружено распространёнными инфракрасными извещателями. Ими будут обнаруживаться лишь вторичные возгорания. Пламя серы не выделяет паров воды. Таким образом детекторы ультрафиолетовых извещателей пламени, использующие соединения никеля, не будут работать.

Для эффективного обнаружения  пламени рекомендуется использовать ультрафиолетовые извещатели с детекторами на основе молибдена. Они имеют спектральный диапазон чувствительности 1850…2650 ангстрем, который подходит для обнаружения горения серы.

Для выполнения требований пожарной безопасности на складах серы необходимо:

• конструкции и технологическое оборудование должны регулярно очищаться от пыли;
• помещение склада должно постоянно проветриваться естественной вентиляцией при открытых дверях;
• дробление комков серы на решётке бункера должно производиться деревянными кувалдами или инструментом из неискрящего материала;
• конвейеры для подачи серы в производственные помещения должны быть снабжены металлоискателями;
• в местах хранения и применения серы необходимо предусматривать устройства (бортики, пороги с пандусом и т. п.), обеспечивающие в аварийной ситуации предотвращение растекания расплава серы за пределы помещения или открытой площадки;