Sērs (lat. Sulfur) ir nemetāla elements. Ķīmiskais simbols ir S, sērijas numurs periodiskajā tabulā ir 16. Sēra valence tika noteikta vēl pirms atoma struktūras izpētes. Tās vērtība tika noteikta, pamatojoties uz īpašību aizstāt, piesaistīt vai piesaistīt noteiktu skaitu citu atomu vai grupu. Vēlāk pētnieki noskaidroja negatīvi lādētu daļiņu (elektronu) lomu ķīmiskās saites veidošanā.
Sēra valence: kādas atomu īpašības ietekmē tā vērtību?
Pēc izplatības uz Zemes ķīmiskais elements ir 16. vietā. Tas sastopams kā spilgti dzelteni kristāli vai pulveris akmeņos, netālu no aktīviem un izmirušiem vulkāniem. Slavenākie dabiskie savienojumi ir sulfīdi un sulfāti.
Elementa un vielas īpašības:
- Spēcīgs nemetāls.
- Elektronegativitātes (EO) vai spējas piesaistīt elektronus ziņā sērs ir otrajā vietā aiz fluora, skābekļa, slāpekļa, hlora un broma.
- Mijiedarbojas ar metāliem un nemetāliem, vienkāršām un sarežģītām vielām.
Īpašību atšķirības ir atkarīgas no atoma struktūras un stāvokļa, no EO vērtību atšķirībām. Noskaidrosim, kāds valences sērs var būt savienojumos. To ķīmiskā uzvedība ir atkarīga no enerģētisko apvalku struktūras, ārējo elektronu skaita un izvietojuma atomā.
Kāpēc valence atšķiras?
Stabili ir dabiskie sēra izotopi ar masas skaitļiem 32 (visbiežāk), 33, 34 un 36. Katra šī nuklīda atoms satur 16 pozitīvi lādētus protonus. Kosmosā netālu no kodola 16 elektroni pārvietojas ar lielu ātrumu. Tie ir bezgalīgi mazi, negatīvi lādēti. Mazāk pievelk kodolam (vairāk brīvas) 6 ārējās daļiņas. Vairāki vai visi no tiem piedalās dažāda veida ķīmisko saišu veidošanā. Saskaņā ar mūsdienu koncepcijām sēra valenci nosaka izveidoto kopējo (saistošo) elektronu pāru skaits. Parasti zīmējumos un diagrammās ārējās daļiņas, kas piedalās šajā procesā, ir attēlotas kā punktiņi ap ķīmisko zīmi.
Kā valence ir atkarīga no atoma struktūras?
Izmantojot enerģijas diagrammu, varat parādīt līmeņu un apakšlīmeņu (s, p, d) struktūru, no kuras ir atkarīga sēra valences formula. Divas atšķirīgi virzītas bultiņas simbolizē pārī savienotus, viena - nepāra elektronus. Sēra atoma ārējo telpu veido 6 daļiņu orbitāles, un 8 ir nepieciešamas stabilitātei saskaņā ar okteta likumu. Valences apvalka konfigurāciju atspoguļo formula 3s23p4. Nepabeigtā slāņa elektroniir liels enerģijas padeve, kas izraisa nestabilu visa atoma stāvokli. Lai panāktu stabilitāti, sēra atomam ir nepieciešamas divas papildu negatīvas sugas. Tos var iegūt, veidojot kovalentās saites ar citiem elementiem vai absorbējot divus brīvos elektronus. Šajā gadījumā sēram ir II valence (–). To pašu vērtību var iegūt, izmantojot formulu: 8 - 6=2, kur 6 ir tās grupas numurs, kurā atrodas elements.
Kur ir atrodami savienojumi, kuros sēra valence ir II (–)?
Elements piesaista vai pilnībā noņem elektronus no atomiem ar zemāku elektronegativitātes vērtību Aptaujas skalā. Valence II (-) izpaužas metālu un nemetālu sulfīdos. Plaša šādu savienojumu grupa ir sastopama iežu un minerālu sastāvā, kam ir liela praktiska nozīme. Tie ietver pirītu (FeS), sfalerītu (ZnS), galenu (PbS) un citas vielas. Dzelzs sulfīda kristāliem ir skaista dzeltenīgi brūna krāsa un spīdums. Minerālu pirītu bieži dēvē par "muļķa zeltu". Lai iegūtu metālus no rūdām, tos apgrauzdē vai reducē. Ūdeņraža sulfīdam H2S ir tāda pati elektroniskā struktūra kā ūdenim. H2S izcelsme:
- izdalās, kad olb altumvielas puves (piemēram, vistas ola);
- izplūst ar vulkāniskām gāzēm;
- uzkrājas dabiskajos ūdeņos, eļļā;
- izceļas tukšumos zemes garozā.
Kāpēc četrvērtīgā sēra oksīda formula ir SO2?
Dioksīda formula parāda, ka viens sēra atoms molekulā ir saistīts ar diviem skābekļa atomiem, no kuriem katram ir nepieciešami 2 elektroni oktetam. Iegūtā saite pēc būtības ir kovalenta polāra (skābekļa EO ir lielāks). Sēra valence šajā savienojumā ir IV (+), jo sēra atoma 4 elektroni ir novirzīti uz diviem skābekļa atomiem. Formulu var uzrakstīt šādi: S2O4, bet saskaņā ar noteikumiem tas jāsamazina par 2. Dioksīds, izšķīdinot ūdenī, veido vājas sērskābes jonus. Tās sāļi – sulfīti – ir spēcīgi reducētāji. SO2 gāze kalpo kā starpprodukts sērskābes ražošanā.
Kādās vielās sēram ir visaugstākā valence?
Oksīds SO3 vai S2O6 ir bezkrāsains šķidrums, kas sacietē temperatūrā, kas zemāka par 17°C. SO3 savienojumā skābekļa valence ir II (–), bet sēra vērtība ir VI (+). Augstāks oksīds izšķīst ūdenī un veido spēcīgu divbāzisku sērskābi. Par lielu lomu ražošanas procesos viela tika saukta par "ķīmiskās rūpniecības maizi". Svarīga loma ekonomikā un medicīnā pieder skābiem sāļiem - sulfātiem. Tiek izmantots kalcija hidrāts (ģipsis), nātrijs (Glaubera sāls), magnijs (epsomas sāls vai rūgtais sāls).
1, 2, 3, 4, 6 ārējie elektroni var piedalīties dažāda veida ķīmisko saišu veidošanā. Nosauksim iespējamās sēra valences, ņemot vērā, ka ir reti un nestabili savienojumi: I (-), II (-), II (+), III (+), IV (+), VI (+). Elements iegūst otro pozitīvo valenciSO monoksīds. Visizplatītākās vērtības II (–), IV (+), VI (+) uzrāda sēru kā daļu no rūpnieciski, lauksaimniecībā un medicīnā nozīmīgu vielu grupas. Tā savienojumus izmanto uguņošanas ierīču ražošanā.
Izplūdes gāzu, tostarp sēra oksīdu IV (+), VI (+) un sērūdeņraža, uztveršana joprojām ir liela problēma, kas ir kaitīgi cilvēkiem un videi. Ir radītas tehnoloģijas šo gāzveida atkritumu pārstrādei un sērskābes un sulfātu iegūšanai no tiem. Šim nolūkam blakus metalurģijas rūpnīcām vai tajā pašā teritorijā tiek būvēti ķīmiskie uzņēmumi. Rezultātā samazinās piesārņojuma apjoms, ir mazāk "sērskābes lietus".
