Сера (с лат. sērum «сыворотка») — минерал класса самородных элементов, неметалл. Латинское название связано с индоевропейским корнем swelp — «гореть ». Химическая формула: S.
Сера в отличие от других самородных элементов имеет молекулярную решетку, что определяет ее низкую твердость (1,5-2,5), отсутствие спайности, хрупкость, неровный излом и обусловленный им жирный плеск; лишь на поверхности кристаллов наблюдается стеклянный блеск. Удельный вес 2,07 г/см 3 . Обладает плохой электропроводимостью, слабой теплопроводностью, невысокой температурой плавления (112,8°С) и воспламенения (248°С). Легко загорается от спички и горит голубым пламенем; при этом образуется сернистый газ, имеющий резкий удушливый запах. Цвет у самородной серы светло-жёлтый, соломенно-желтый, медово-желтый, зеленоватый; сера, содержащая органические вещества, приобретают бурую, серую, черную окраску. Вулканический сера ярко-желтая, оранжевая, зеленоватая. Местами обычно с желтоватым оттенком. Встречается минерал в виде сплошных плотных, натечных, землистых, порошковатых масс; также бывают наросшие кристаллы, желваки, налеты, корочки, включения и псевдоморфозы по органическим остаткам. Сингония ромбическая.
Отличительные признаки : для самородной серы характерны: неметаллический блеск и то, что она загорается от спички и горит, выделяя сернистый газ, имеющий резкий удушливый запах. Наиболее характерным цветом для самородной серы является светло-желтый.
Разновидность :
Вулканит (селенистая сера). Оранжево-красного, красно-бурого цвета. Происхождение вулканическое.
Моноклинная сера Кристаллическая сера Кристаллическая сера Селенистая сера — вулканит
Химические свойства серы
Загорается от спички и горит голубым пламенем, при этом образуется сернистый газ, имеющий резкий удушливый запах. Легко плавится (температура плавления 112,8° С). Температура воспламенения 248°С. Сера растворяется в сероуглероде.
Происхождение серы
Встречается самородная сера естественного и вулканического происхождений. Серобактерии живут в водных бассейнах, обогащенных сероводородом за счет разложения органических остатков, - на дне болот, лиманов, мелких морских заливов. Лиманы Черного моря и залив Сиваш являются примерами таких водоемов. Концентрация серы вулканического происхождения приурочена к жерлам вулканов и к пустотам вулканических пород. При вулканических извержениях выделяются различные соединения серы (H 2 S, SО 2), которые окисляются в поверхностных условиях, что приводит к восстановлению ее; кроме того, сера возгоняется непосредственно из паров.
Иногда при вулканических процессах сера изливается в жидком виде. Это бывает тогда, когда сера, ранее осевшая на стенках кратеров, при повышении температуры расплавляется. Отлагается сера также из горячих водных растворов в результате распада сероводорода и сернистых соединений, выделяющихся в одну из поздних фаз вулканической деятельности. Эти явления сейчас наблюдаются около жерл гейзеров Йеллоустонского парка (США) и Исландии. Встречается совместно с гипсом, ангидритом, известняком, доломитом, каменной и калийной солями, глинами, битуминозными отложениями (нефть, озокерит, асфальт) и пиритом. Также встречается на стенках кратеров вулканов, в трещинах лав и туфов, окружающих жерла вулканов как действующих, так и потухших, вблизи серных минеральных источников.
Спутники . Среди осадочных пород: гипс, ангидрит, кальцит, доломит, сидерит, каменная соль, сильвин, карналлит, опал, халцедон, битумы (асфальт, нефть, озокерит). В месторождениях, образовавшихся в результате окисления сульфидов, - главным образом пирит. Среди продуктов вулканического возгона: гипс, реальгар, аурипигмент.
Применение
Широко используется в химической промышленности. Три четверти добычи серы идет на изготовление серной кислоты. Применяется она также для борьбы с сельскохозяйственными вредителями, кроме того, в бумажной, резиновой промышленности (вулканизация каучука), в производстве пороха, спичек, в фармацевтике, стекольной, пищевой промышленности.
Месторождения серы
На территории Евразии все промышленные месторождения самородной серы поверхностного происхождения. Некоторые из них находятся в Туркмении, в Поволжье и др. Породы, содержащие серу, тянутся вдоль левого берега Волги от г. Самара полосой, имеющей ширину в несколько километров, до Казани. Вероятно, сера образовалась в лагунах в пермский период в результате биохимических процессов. Месторождения серы находятся в Раздоле (Львовская область, Прикарпатье), Яворовске (Украина) и в Урало-Эмбинском районе. На Урале (Челябинская обл.) встречается сера, образовавшаяся в результате окисления пирита. Сера вулканического происхождения имеется на Камчатке и Курильских островах. Основные запасы находятся в Ираке, США (штаты Луизиана и Юта), Мексике, Чили, Японии и Италии (о. Сицилия).
Сегодня именно химическая промышленность потребляет наибольшее количество серы. Наиболее важной является серная кислота. Именно поэтому на ее изготовление уходит почти половина серы, которая добывается по всему миру. Из трехсот кг серы при сжигании получается около одной тонны серной кислоты.
Еще одной отраслью промышленности, которая неразрывно связана с добываемой серой и потребляет ее существенную часть, является производство бумаги. Чтобы получить 17 целлюлозы требуется использовать не меньше ста кг серы.
Применение серы в резиновой промышленности
Для того, чтобы превратить каучук в резину чаще всего используется сера. При смешивании с серой и нагревании до нужной температуры каучук приобретает свойства, за которые очень ценится среди потребителей, – упругость и эластичность. Этот процесс еще называют вулканизацией.
Она бывает:
- Горячей. Предложена Гудиром в 1839 году. Смесь каучука и серы нагревается примерно до 150 градусов Цельсия.
- Холодной. Предложена Парксом в 1846 году. Каучук не нагревается, а обрабатывается с раствором хлорида серы S2C12.
Вулканизацию проводят с целью появления в веществе связей между полимерными группами.
Большинство важных физико-механических свойств материала, прошедшего вулканизацию, зависят от того, из чего состоят, как распределены и сколько энергии содержат связи -С-Sn-С-. Например, при разной концентрации добавляемой серы могут получиться абсолютно различные материалы с отличающимися свойствами.
Сера в сельском хозяйстве и медицине
Сера в чистом виде и в соединениях с другими элементами с успехом применяется для сельскохозяйственных целей. Она также значима для растений, как фосфор. Удобрения, имеющие в своем составе серу, положительно влияют и на качество собранного урожая, и на его количество.
Опытным путем ученые выявили влияние серы на устойчивость злаков к морозам. Она провоцирует образование органических веществ, которые содержит сульфгидрильные группы-S-Н. Благодаря этому повышается морозостойкость растения за счет гидрофильности белков и изменения внутренней структуры. Еще одним способом использовать серу для сельскохозяйственных нужд является ее применение в предотвращении болезней, в основном хлопчатника и винограда.
Для медицинских целей может быть использована и чистая сера, а также ее соединения с другими элементами. Основа для многих мазей, которые используются для лечения разных грибковых заболеваний кожи – это мелкодисперсная сера. Большинство препаратов сульфамидной группы – это ничто иное, как соединения разных веществ с серой: сульфадимезин, норсульфазол, белый стрептоцид.
Сегодня объем добычи серы превышает необходимое количество сырья для промышленности. Ее добывают не только из глубины земли, но и из газов или при очищении топлива. В связи с этим придумываются новые способы применения вещества, например, в строительстве. Так, в Канаде изобрели пенопласт из серы, который планируется использовать при укладке дорог и для прокладывания трубопровода за пределами полярного круга. А в Монреале был построен первый в мире дом из необычных по составу блоков, которые на треть состоят из серы (остальное песок). Для изготовления таких блоков используют металлические формы, в которых нагревают смесь до температуры больше 100 градусов Цельсия. Они такие же прочные и устойчивые к износу, как их цементные аналоги. Избежать окисления поможет простая обработка синтетическим лаком. Из таких блоков можно построить гараж или склад, магазин или дом.
Сегодня все чаще можно встретить информацию о появлении новых стройматериалов, которые содержат серу. Ни для кого уже не секрет, что при использовании серы получается асфальтовое покрытие, обладающее отличными свойствами. Оно может сравниться с покрытием из гравия и даже превзойти его. Достаточно выгодно использовать его при строительстве автострады. Для получения такого состава необходимо смешать одну часть асфальта, две части серы и 13 частей песка.
Потребность в данном сырье растет. Продажи серы в долгосрочной перспективе будут только увеличиваться.
В провинции Индонезии Восточная Ява находится слабоактивный вулкан Кава Иджен высотой 2,6 км. Он знаменит своей глубокой впадиной на вершине (кальдерой) и озером, заполненным серной кислотой. Внутри кратера вулкана постоянно происходят выбросы газовых испарений, которые оседают на керамических трубах. Со временем в них начинает конденсироваться красная расплавленная сера, которая вскоре стекает вниз и отвердевает. Местные шахтеры добывают этот минерал, чтобы заработать себе на хлеб.
Для этого они сбивают серу стальной арматурой, взваливают отломленные куски себе на плечи и несут на станцию взвешивания. При этом рабочие особо не защищаются от опасных газов и жидкостей, которые выделяются во время процесса добычи серы. Ноша шахтеров составляет приблизительно 45-90 кг, один рабочий делает в день две-три ходки. В конце трудового дня шахтеры получают зарплату – 50 тысяч рупий, или 5 долларов. Минерал затем используют для обесцвечивания сахара, вулканизации резины, а также прочих промышленных нужд.
Озеро в кратере вулкана, заполненное раствором хлористого водорода и серной кислоты. Его температура - 33 Со, ширина – 1 км, глубина – 200 м. Фотография сделана 24 мая 2009 года, Восточная Ява, Индонезия.
Работник выбивает серу из трубы. Как мы видим, расплавленная сера вытекает в виде красной жидкости, затем постепенно охлаждается, желтеет и затвердевает.
Кусок серы, добытой из кратера вулкана Иджен
Рабочие выносят добытую серу из кратера
Шахтер на выходе из кратера вулкана.
Шрамы на плечах- результат переноски тяжелых корзин.
Станция взвешивания. Шахтер кладет добытую серу на весы
Фотопортрет работника,переносящего куски самородной серы.
В самых, казалось бы, обыкновенных местах на Земле порой встречаются удивительные явления. Одно из таких явлений - серный карьер Кавах Иджен в Индонезии, где можно найти потрясающую лаву необычного неоново-синего цвета. Вид этой шахты настолько поражает, что смотреть на это зрелище можно часами.
Кавах Иджен - часть вулканической цепи Иджен, группы стратовулканов на Восточной Яве, Индонезия. Глубина кратера Кавах Иджен - 200 метров, на его дне лежит самое большое в мире озеро серной кислоты бирюзового цвета. Из озера добывают серу - шахтёры выносят из карьера гружёные серой корзины вручную.
Когда встаёт солнце, из глубин кратера поднимается жар: жидкая сера, текущая от края озера, под воздействием высокой температуры вспыхивает синим пламенем - серные фонтаны достигают пяти метров в высоту. Хотя на озере не слишком жарко для того, чтобы сера самовоспламенялась, она загорается, когда шахтёры бросают туда факелы.
Шахтёры работают в ужасных условиях - у них нет практически никакого оборудования для обеспечения безопасности. Они ждут, когда сера вытечет из вулкана через рукотворные проходы, затем собирают её и увозят.
Сера стоит на рынке примерно 680 рупий за килограмм (около пяти центов США). Шахтёры добывают от 80-ти до 100 кг за смену - серу вывозят каждые 24 часа. Карьер Кавах Иджен - источник самой чистой в Индонезии серы, которая используется в пищевой и химической промышленности.
Посетить это красивое место не так-то легко: сера пахнет отвратительно, а когда дует сильный ветер, то под воздействием воздушных потоков от вулкана поднимаются плотные газы и попадают прямо в лёгкие. Как шахтёры могут работать в таких условиях без хоть какого-то оборудования, остаётся загадкой.
Фотограф Оливье Грюнвальд в 2008-м году пытался сфотографировать синее пламя и потерял камеру и две линзы. Во время съёмок он носил противогаз, а одежду потом пришлось выкинуть. Но если вы всё ещё хотите увидеть это, постарайтесь не упасть в озеро - это чистая кислота.
Описание и свойства серы
Сера представляет собой вещество, которое находится в в 16 группе, под третьим периодом и имеет атомный номер – 16. Она может встретиться как в самородном, также и в связанном виде. Обозначается сера литерой S. Известна формула серы – (Ne)3s 2 3p 4 . Сера как элемент входит в состав многих белков.
На фото кристаллы серы
Если говорить о строении атома элемента серы , то на внешней его орбите есть электроны, валентное число которых достигает шести.
Это объясняет свойство элемента быть максимально шестивалентным в большинстве объединений. В структуре природного химического элемента есть четыре изотопа, и это – 32S, 33S, 34S и 36S. Говоря о внешней электронной оболочке, атом имеет схему 3s2 3р4. Радиус атома – 0,104 нанометра.
Свойства серы в первую очередь делятся на физического типа. К нему относится то, что элемент имеет твердый кристаллический состав. Два аллотропических видоизменения – основное состояние, в котором устойчив этот элемент серы.
Первое видоизменение ромбическое, имеющее лимонно-желтую окраску. Его устойчивость ниже, чем 95,6 °С. Второй – моноклинный, имеющий медово-желтую окраску. Его устойчивость колеблется от 95,6 °С и 119,3 °С.
На фото минерал сера
Во время плавки химический элемент стает движущейся жидкостью, имеющей желтый цвет. Она буреет, достигая температуры более 160 °С. А при 190 °С цвет серы превращается в темно-коричневый. После достижения отметки 190 °С наблюдается уменьшение вязкости вещества, которое все же после нагревания 300 °С стает жидкотекучим.
Другие свойства серы:
Практически не проводит тепла и электричества.
Не растворяется при погружении в воду.
Растворима в аммиаке, имеющем безводную структуру.
Также растворима в сероуглероде и других растворителях, имеющих органическую природу.
К характеристике элемента серы важно добавить и ее химические особенности. Она является активной в этом отношении. Если серу нагреть, то она может просто объединяться практически с любым химическим элементом.
На фото образец серы, добытый в Узбекистане
За исключением инертных газов. При контакте с металлами, хим. элемент образовывает сульфиды. Комнатная температура способствует тому, что элемент может вступить в реакцию с . Увеличенная температура способствует увеличению активности серы.
Рассмотрим, как поведение серы с отдельными веществами:
С металлами – является окислителем. Образовывает сульфиды.
С водородом – при высоких температурах – до 200 °С происходит активное взаимодействие.
С кислородом. Образовывается объединения оксидов при температурах до 280 °С.
С фосфором, углеродом – является окислителем. Только при отсутствии воздуха во время реакции.
С фтором – проявляет себя как восстановитель.
С веществами, имеющими сложную структуру – также как восстановитель.
Месторождения и добыча серы
Основной источник для получения серы – ее месторождения. В целом во всем мире насчитывается 1,4 млрд т запасов этого вещества. Ее добывают как при открытом и подземном способе выработки, так и с помощью выплавки из-под земли.
На фото добыча серы в вулкане Кава Иджен
Если применим последний случай, то используется вода, которую перегревают и расплавляют ею серу. В бедных рудах элемент содержится примерно в 12 %. Богатых – 25% и больше.
Распространенные типы месторождений:
Стратиформный – до 60%.
Солянокупольный – до 35 %.
Вулканогенный – до 5%.
Первый тип связан с толщами, несущими название сульфатно-карбонатных. При этом рудные тела, которые имеют мощность до нескольких десятков метров и с размером до сотни метров находятся в сульфатных породах.
Также эти пластовые залежи можно найти посреди пород сульфатного и карбонатного происхождения. Второй тип характеризуется залежами серого цвета, которые приурочиваются к соляным куполам.
Последний тип связывают с вулканами, имеющими молодую и современную структуру. При этом рудный элемент имеет пластообразную, линзовидную форму. В нем сера может содержаться в размере 40 %. Этот тип месторождения распространен в Тихоокеанском вулканическом поясе.
Месторождение серы в Евразии находится в Туркмении, в Поволжье и других местах. Породы серы находят возле левых берегов Волги, которые тянутся от Самары. Ширина полосы пород достигает нескольких километров. При этом их можно найти вплоть до Казани.
На фото сера в горной породе
В Техасе и Луизиане в кровлях соляных куполов находят огромное количество серы. Особо красивые Италийские этого элемента находят Романьи и Сицилии. А на острове Вулькано находят моноклинную серу. Элемент, который был окислен пиритом, нашли на Урале в Челябинской области.
Для добычи серы хим элемента используют разные способы. Все зависит от условия его залегания. При этом, конечно же, особое внимание уделяют безопасности.
Так как вместе с серной рудой скопляется сероводород, то необходимо особо серьезно подходить к любому способу добычи, ведь этот газ ядовитый для человека. Также и сера имеет свойство возгораться.
Чаще всего пользуются открытым способом. Так с помощью экскаваторов снимаются значительные части пород. Затем с помощью взрывов дробится рудная часть. Глыбы отправляются на фабрику для обогащения. Затем – на завод по плавке серы, где и получают серу из концентрата.
На фото сера в порту, привезенная морским транспортом
В случае глубокого залегания серы во многих объемах, используют метод Фраша. Сера расплавляется, находясь еще под землей. Затем, как и нефть выкачивается наружу через пробитую скважину. Такой подход основывается на том, что элемент легко плавится и имеет небольшую плотность.
Также известен способ разделения на центрифугах. Только этот способ имеет недостаток: сера получается с примесями. И тогда необходимо проводить ее дополнительную очистку.
В некоторых случаях используют скважный метод. Другие возможности добычи серного элемента:
Пароводяной.
Фильтрационный.
Термический.
Центрифугальный.
Экстракционный.
Применение серы
Большая часть добытой серы уходит, чтоб изготовить серную кислоту. А роль этого вещества очень огромная в химическом производстве. Примечательно, что для получения 1 тонны серного вещества необходимо 300 кг серы.
Бенгальские огни, которые ярко светятся и имеют много красителей, также производятся с помощью серы. Бумажная промышленность – это еще одна область, куда уходит значительная часть добытого вещества.
На фото серная мазь
Чаще всего применение сера находит при удовлетворении производственных нужд. Вот некоторые из них:
Использование в химическом производстве.
Для изготовления сульфитов, сульфатов.
Изготовление веществ для удобрения растений.
Чтоб получить цветные виды металлов.
Для придачи стали дополнительных свойств.
Для изготовления спичек, материалов для взрывов и пиротехники.
Краски, волокна из искусственных материалов – изготовляются при помощи этого элемента.
Для отбеливания ткани.
В некоторых случаях элемент сера входит в мази, которые лечат кожные болезни.
Цена серы
По последним новостям необходимость в сере активно растет. Стоимость на российский продукт равняется 130 долларам. На канадский вариант – 145 долларов. А вот в Ближнем Востоке цены возросли до 8 долларов, что привело к стоимости в 149 долларов.
На фото крупный экземпляр минерала сера
В аптеках можно найти молоту в порошок серу по цене от 10 до 30 рублей. К тому же есть возможность купить ее оптом. Некоторые организации предлагают по невысокой цене приобрести гранулированную техническую газовую серу .