Sēra savienojumi. Sēra oksidācijas pakāpe savienojumos. Sēra savienojumu formulas

2024 Autors: Angel Austin | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 05:35

Halkogēnu apakšgrupā ietilpst sērs – tas ir otrais no elementiem, kas var veidot lielu skaitu rūdas atradņu. Sulfāti, sulfīdi, oksīdi un citi sēra savienojumi ir ļoti plaši izplatīti, svarīgi rūpniecībā un dabā. Tāpēc šajā rakstā mēs apsvērsim, kas tie ir, kas ir pats sērs, tā vienkāršā viela.

Sērs un tā īpašības

Šim elementam ir šāda pozīcija periodiskajā tabulā.

1. Sestā grupa, galvenā apakšgrupa.
2. Trešais mazais periods.
3. Atommasa - 32, 064.
4. Kārtskaitlis - 16, tikpat daudz protonu un elektronu, neitroni arī 16.
5. Attiecas uz nemetāla elementiem.
6. Formulās tas tiek lasīts kā "es", elementa nosaukums sērs, latīņu sērs.

Dabā ir četri stabili izotopi ar masas skaitļiem 32, 33, 34 un 36. Šis elements ir sestais visbiežāk sastopamais dabā. Attiecas uz biogēniem elementiem, jo tā ir svarīga organiskā sastāvdaļamolekulas.

Atoma elektroniskā struktūra

Sēra savienojumu daudzveidība ir saistīta ar atoma elektroniskās struktūras īpatnībām. To izsaka ar šādu konfigurācijas formulu: 1s²2s²2p⁶3s ² 3p⁴.

Dotā secība atspoguļo tikai elementa stacionāro stāvokli. Tomēr ir zināms, ka, ja atomam tiek piešķirta papildu enerģija, elektroni var tikt atdalīti 3p un 3s apakšlīmenī, kam seko vēl viena pāreja uz 3d, kas paliek brīva. Tā rezultātā mainās ne tikai atoma valence, bet arī visi iespējamie oksidācijas stāvokļi. To skaits ievērojami palielinās, kā arī dažādu vielu skaits ar sēra piedalīšanos.

Sēra oksidācijas pakāpe savienojumos

Šim rādītājam ir vairāki galvenie varianti. Sēram tas ir:

• -2;
• +2;
• +4;
• +6.

No tiem S⁺² ir visretāk, pārējie ir izkaisīti visur. Visas vielas ķīmiskā aktivitāte un oksidēšanas spēja ir atkarīga no sēra oksidācijas pakāpes savienojumos. Tā, piemēram, savienojumi ar -2 ir sulfīdi. Tajos elements, ko mēs apsveram, ir tipisks oksidētājs.

Jo augstāka ir savienojuma oksidācijas pakāpe, jo izteiktāka būs vielas oksidēšanas spēja. To ir viegli pārbaudīt, ja atceramies divas galvenās skābes, ko veido sērs:

• H₂SO₃ - sēra;
• H₂SO₄ - sērskābe.

Ir zināms, kapēdējais ir daudz stabilāks, stiprāks savienojums ar ļoti spēcīgu oksidēšanas spēju augstā koncentrācijā.

Vienkārša viela

Kā vienkārša viela sērs ir dzelteni skaisti kristāli ar vienmērīgu, regulāru, iegarenu formu. Lai gan šī ir tikai viena no tās formām, jo šai vielai ir divas galvenās alotropās modifikācijas. Pirmais, monoklīnisks vai rombisks, ir dzeltens kristālisks ķermenis, kas nevar izšķīst ūdenī, bet tikai organiskajos šķīdinātājos. Atšķiras ar trauslumu un skaistu struktūras formu, kas parādīta vainaga formā. Kušanas temperatūra - aptuveni 110⁰C.

Ja šādas modifikācijas karsēšanas laikā nenokavē starpbrīdi, tad jau laikus var konstatēt citu stāvokli - plastmasas sēru. Tas ir gumijoti brūns viskozs šķīdums, kas pēc tālākas karsēšanas vai straujas atdzesēšanas atkal pārvēršas romba formā.

Ja runājam par ķīmiski tīru sēru, kas iegūts atkārtoti filtrējot, tad tas ir spilgti dzelteni mazi kristāliņi, trausli un pilnībā nešķīst ūdenī. Spēj aizdegties, saskaroties ar mitrumu un skābekli gaisā. Atšķiras ar diezgan augstu ķīmisko aktivitāti.

Būt dabā

Dabā ir dabas atradnes, no kurām tiek iegūti sēra savienojumi un pats sērs kā vienkārša viela. Turklāt viņasatur:

• minerāļos, rūdās un iežos;
• dzīvnieku, augu un cilvēku organismā, jo tā ir daļa no daudzām organiskām molekulām;
• dabasgāzē, naftā un oglēs;
• degslāneklī un dabiskajos ūdeņos.

Dažus no sēra bagātākajiem minerāliem var nosaukt:

• cinabar;
• pirīts;
• sfalerīts;
• antimonīts;
• galēna un citi.

Lielākā daļa mūsdienās saražotā sēra tiek izmantota sulfātu ražošanā. Cita daļa tiek izmantota medicīniskiem nolūkiem, lauksaimniecībā, rūpnieciskos procesos vielu ražošanai.

Fizikālās īpašības

Tos var raksturot ar vairākiem punktiem.

1. Nešķīst ūdenī, šķīst oglekļa disulfīdā vai terpentīnā.
2. Ar ilgstošu berzi uzkrājas negatīvs lādiņš.
3. Kušanas temperatūra ir 110 ⁰C.
4. Vārīšanās temperatūra 190 ⁰C.
5. Sasniedzot 300 ⁰C pārvēršas šķidrā, viegli mobilā.
6. Tīra viela var aizdegties spontāni uzliesmojošās īpašības ir ļoti labas.
7. Pats par sevi praktiski nav smakas, tomēr sērūdeņraža savienojumi izdala asu puvušu olu smaku. Kā arī daži gāzveida binārie pārstāvji.

Attiecīgās vielas fizikālās īpašības cilvēkiem ir zināmas kopš seniem laikiem. Sērs savu nosaukumu ieguva tā uzliesmojamības dēļ. Karos tika izmantoti smacējoši un indīgi izgarojumi, kas veidojas šī savienojuma sadegšanas laikā, kāieroči pret ienaidniekiem. Turklāt sēru saturošām skābēm vienmēr ir bijusi liela rūpnieciskā nozīme.

Ķīmiskās īpašības

Tēma: "Sērs un tā savienojumi" skolas ķīmijas kursā aizņem nevis vienu stundu, bet vairākas. Galu galā viņu ir ļoti daudz. Tas ir saistīts ar šīs vielas ķīmisko aktivitāti. Tam var būt gan oksidējošas īpašības, izmantojot spēcīgākus reducētājus (metālus, boru un citus), gan reducējošas īpašības lielākajai daļai nemetālu.

Tomēr, neskatoties uz šādu darbību, normālos apstākļos notiek tikai mijiedarbība ar fluoru. Visiem pārējiem ir nepieciešama apkure. Ir vairākas vielu kategorijas, ar kurām sērs var mijiedarboties:

• metāls;
• nemetāli;
• sārms;
• spēcīgas oksidējošās skābes - sērskābe un slāpekļskābe.

Sēra savienojumi: šķirnes

To daudzveidība tiks skaidrota ar galvenā elementa - sēra - oksidācijas pakāpes nevienlīdzīgo vērtību. Tātad, pamatojoties uz to, mēs varam atšķirt vairākus galvenos vielu veidus:

• savienojumi ar oksidācijas pakāpi -2;
• +4;
• +6.

Ja ņemam vērā klases, nevis valences indeksu, tad šis elements veido tādas molekulas kā:

• skābes;
• oksīdi;
• ūdeņraža sēra savienojumi;
• sāls;
• bināri savienojumi ar nemetāliem (oglekļa disulfīds, hlorīdi);
• organiskās vielas.

Tagad apskatīsim galvenos un sniegsim piemērus.

Vielas ar oksidācijas pakāpi -2

Sēra savienojumi 2 ir to konformācijas ar metāliem, kā arī ar:

• ogleklis;
• ūdeņradis;
• fosfors;
• silīcijs;
• arsēns;
• bors.

Šajos gadījumos tas darbojas kā oksidētājs, jo visi uzskaitītie elementi ir elektropozitīvāki. Apskatīsim dažus no svarīgākajiem.

1. Oglekļa disulfīds - CS₂. Caurspīdīgs šķidrums ar raksturīgu patīkamu ētera aromātu. Tas ir toksisks, uzliesmojošs un sprādzienbīstams. To izmanto kā šķīdinātāju vairumam eļļu, tauku, nemetālu, sudraba nitrāta, sveķu un gumijas veidu. Tā ir svarīga sastāvdaļa arī mākslīgā zīda - viskozes ražošanā. Rūpniecībā to sintezē lielos daudzumos.
2. Sērūdeņradis vai sērūdeņradis - H₂S. Bezkrāsaina gāze ar saldu garšu. Smarža asa, ārkārtīgi nepatīkama, atgādina puvušu olu. Indīgs, nomāc elpošanas centru, jo saista vara jonus. Tāpēc, saindējoties ar tiem, notiek nosmakšana un nāve. Plaši izmanto medicīnā, organiskajā sintēzē, sērskābes ražošanā un kā energoefektīvu izejvielu.
3. Metālu sulfīdus plaši izmanto medicīnā, sulfātu ražošanā, krāsu ražošanā, fosfora ražošanā un citās vietās. Vispārīgā formula ir Me_xS_y.

Savienojumi ar oksidācijas pakāpi +4

Sēra savienojumi 4 -tas pārsvarā ir oksīds un tam atbilstošie sāļi un skābe. Visi no tiem ir diezgan izplatīti savienojumi, kuriem rūpniecībā ir noteikta vērtība. Tie var darboties arī kā oksidētāji, taču biežāk tiem piemīt reducējošas īpašības.

Formulas sēra savienojumiem ar oksidācijas pakāpi +4 ir šādas:

• oksīds - sēra dioksīds SO₂;
• skābe - sēra H₂SO₃;
• sāļiem ir vispārīgā formula Me_x(SO₃)_y.

Viens no visizplatītākajiem ir sēra dioksīds jeb anhidrīds. Tā ir bezkrāsaina viela ar piedeguša sērkociņa smaržu. Vulkāna izvirdumu laikā veidojas lielās kopās, un šobrīd to ir viegli atpazīt pēc smaržas.

Izšķīst ūdenī, veidojot viegli sadalāmu skābi - sēru. Tas uzvedas kā tipisks skābes oksīds, veido sāļus, kas ietver SO₃^2- kā sulfīta jonu. Šis anhidrīds ir galvenā gāze, kas ietekmē apkārtējās atmosfēras piesārņojumu. Tas ir tas, kas izraisa skābos lietus. Rūpniecībā to izmanto sulfātu ražošanā.

Savienojumi, kuros sēram ir oksidācijas pakāpe +6

Tajos ietilpst, pirmkārt, sērskābes anhidrīds un sērskābe ar to sāļiem:

• sulfāti;
• hidrosulfāti.

Tā kā sēra atoms tajos ir visaugstākajā oksidācijas pakāpē, šo savienojumu īpašības ir diezgan saprotamas. Tie ir spēcīgi oksidētāji.

Sēra oksīds (VI) - sēra anhidrīds - irgaistošs bezkrāsains šķidrums. Raksturīga iezīme ir spēcīga mitruma absorbcijas spēja. Smēķē ārā. Izšķīdinot ūdenī, tā dod vienu no spēcīgākajām minerālskābēm – sērskābi. Tā koncentrētais šķīdums ir smags eļļains viegli dzeltenīgs šķidrums. Ja anhidrīdu izšķīdina sērskābē, tiks iegūts īpašs savienojums, ko sauc par oleumu. Rūpnieciski to izmanto skābes ražošanā.

Sāļiem - sulfātiem - tādiem savienojumiem kā:

• ģipsis CaSO₄ 2H₂O;
• barīts BaSO₄;
• mirabilite;
• svina sulfāts un citi.

Tos izmanto celtniecībā, ķīmiskajā sintēzē, medicīnā, optisko instrumentu un briļļu ražošanā un pat pārtikas rūpniecībā.

Hidrosulfātus plaši izmanto metalurģijā, kur tos izmanto kā plūsmu. Un arī tie palīdz daudzus sarežģītus oksīdus pārvērst šķīstošos sulfātu formās, ko izmanto attiecīgajās nozarēs.

Sēra mācība skolas ķīmijas kursā

Kad ir vislabākais laiks skolēniem uzzināt, kas ir sērs, kādas ir tā īpašības, kas ir sēra savienojums? 9. klase ir labākais periods. Šis nav pats sākums, kad bērniem viss ir jauns un nesaprotams. Tas ir vidusceļš ķīmijas zinātnes izpētē, kad iepriekš liktie pamati palīdzēs pilnībā izprast tēmu. Līdz ar to šo jautājumu izskatīšanai tiek atvēlēta izlaiduma gada otrā puse.klasē. Tajā pašā laikā visa tēma ir sadalīta vairākos blokos, kuros ir atsevišķa nodarbība "Sēra savienojumi. 9. klase".

Tas ir saistīts ar to pārpilnību. Atsevišķi tiek aplūkots arī jautājums par sērskābes rūpniecisko ražošanu. Kopumā šai tēmai tiek atvēlētas vidēji 3 stundas.

Bet organiskos sēra savienojumus mācībām izņem tikai 10. klasē, kad tiek izskatīti organiskie jautājumi. Viņus ietekmē arī bioloģija vidusskolā. Galu galā sērs ir daļa no tādām organiskām molekulām kā:

• tiospirti (tioli);
• proteīni (terciārā struktūra, uz kuras veidojas disulfīdu tilti);
• tioaldehīdi;
• tiofenoli;
• tioēteri;
• sulfonskābes;
• sulfoksīdi un citi.

Tie ir klasificēti kā īpaša sērorganisko savienojumu grupa. Tie ir svarīgi ne tikai dzīvo būtņu bioloģiskajos procesos, bet arī rūpniecībā. Piemēram, sulfonskābes ir daudzu zāļu (aspirīna, sulfanilamīda vai streptocīda) pamatā.

Turklāt sērs ir pastāvīga sastāvdaļa tādos savienojumos kā daži:

• aminoskābes;
• enzīmi;
• vitamīni;
• hormoni.