June 19th, 2016
Очень популярная тема в интернете, потому что очень эффектная и шокирующая. Кратер вулкана Иджен (Ijen Volcano) - один из самых привлекательных и опасных на Земле. Активный вулкан, постоянно извергающий клубы серного дыма, крупнейшее в мире кислотное озеро Кава Иджен (Kawah Ijen), невероятный по своей красоте синий огонь и нечеловеческие условия работы шахтеров, добывающих серу.
Не уж то это до сих пор происходит, задают себе вопрос многие. Давайте попробуем тут собрать наиболее полную информацию об этом месте.
Фото 2.
На самом деле Иджен - это не просто вулкан, а вулканический комплекс, из более чем из десятка вулканических объектов: стратовулканов, вулканических конусов, кратеров, расположенных в радиусе 20 км вокруг кальдеры.
Но туристов привлекает именно кратер с кислотным озером, берега которого являются естественным крупным месторождением природной серы. Кратер в радиусе составляет 361 метр и имеет глубину 200 метров.
Озеро Кава (Kawah) в кратере вулкана Иджен — это самое большое кислотное озеро в мире. Оно состоит из растворенной в воде концентрированных соляной и серной кислоты. Вулкан выбрасывает хлористый водород с виде газа. Взаимодействуя с водой, он образовывает серную кислоту с PH около нуля. Растворённая в воде соляная кислота и придает озеру красивый бирюзовый цвет.
Озеро является смертельно опасным, тем не менее его можно потрогать рукой. Температура на поверхности составляет 50-60°С, а в глубине — свыше 200°С. Глубина озера достигает 200 метров.
Фото 4.
Удивительное явление синего огня - это на самом деле сернистый газ, горящий при температуре 600°С, что и придает огню характерный синий цвет. Свечение достаточно слабое, поэтому увидеть его можно только ночью.
Порой серу поджигают сами рабочие. Часть дыма конденсируется в установленных в кратере керамических трубах и вытекает из труб, образуя сталактиты натуральной серы. Жидкая сера красного цвета извергается из вентиляционных отверстий и охлаждается до желтого на поверхности. Эти сталактиты, кстати, продают туристам в качестве сувениров.
Вот такие эффектные фотографии сделал известный французский фотограф Оливье Грюневальда, совершивший несколько путешествий в серные рудники в кратере вулкана Kawaha Ijen. Там он сделал при помощи специального оборудования захватывающие сюрреалистичные фотографии этого места в лунном свете, освещенного факелами и синем пламенем горящей расплавленной серы.
Потоки лавы, горящей синим пламенем, можно наблюдать на Иджене крайне редко. К сожалению, многие сайты показывают фотографии Оливьера Грюневальда и создают впечатление, что это происходит каждую ночь. Не верьте! Обычно горит только сернистый газ и нет никакой лавы.
Фото 5.
В кратере местные жители вручную добывают серу. Это очень тяжелая и опасная работа. Без защитных костюмов, а многие даже без масок, шахтеры ломами откалывают куски серы и помещают их в корзину. Эти корзины они несут 200 метров к вершине кратера, а потом спускаются 3 км к подножью вулкана в деревню, где и получают вознаграждение за проделанную работу. Вес такой корзины 60-80 кг, некоторые умудряются поднимать до 90 кг.
Фото 6.
Обычно рабочие проделывают такое путешествие дважды в день. За 1 кг серы платят 900-1000 IDR, это значит около 5$ за корзину или 10$ в день. По местным меркам это высокооплачиваемая и престижная работа. На острове Ява очень высокая плотность населения и безработица. Шахтеры, добывающие серу, являются своеобразной рабочей элитой.
Однако это никак не помогает им долго жить. Серные пары настолько опасны для здоровья, что молодые парни выглядят стариками, а средняя продолжительность жизни около 47 лет.
Фото 7.
Несмотря на ужасающие условия труда, рабочие — удивительно приветливые и жизнерадостные люди. Вот что пишет MARIA GONCHAROVA : Я испытала культурный шок, когда рабочий, на плечах которого корзина, вес которой превышает его собственный, уступил мне дорогу на камнях, ведущих к вершине кратера. Много раз нам подсказывали более удачный путь и с удовольствием позировали туристам.
Лучшее, что вы можете сделать для рабочих - подарить им респиратор или хотя бы просто защитную маску. Они не могут позволить себе купить даже сменные фильтры, нет ни денег, ни возможности. Многие рабочие даже не знают о том, что воздух, которым они дышат опасен.
Рабочие все как один курят. Говорят, что это им помогает немного сбить запах серы, который становится просто невозможным через какое-то время.
Фото 7.
можно посмотреть путешествие блогера mb_world по этим рудникам.
Чтобы люди могли представить всю опасность озера для жизней своих, был проведен эксперимент. В озеро на 20 минут опустили лист алюминия, уже при погружении он стал покрываться пузырями, а по прошествии всего времени, алюминиевый лист стал тонким, словно кусок ткани.
Фото 8.
На дне кратера сборщики серы оборудуют небольшой палаточный лагерь, в котором живут какое-то время, пока ведут на этом месте добычу. Как только сера извергается в другом месте, они перемещаются к нему. Таких «залежей» здесь несколько. Они оборудованы трубами, из которых стекает расплавленная сера. Когда она остывает и затвердевает, рабочие начинают ее собирать.
Фото 9.
Серу собирают в две корзины, соединенные между собой перекладиной из бамбука. Спасаясь от ядовитых паров, сборщики придумали собственное средство защиты. Представляет оно собой обычный кусок намоченной хлопчатобумажной ткани. Они сжимают его зубами и дышат через него или же просто обматывают тканью часть лица.
Фото 10.
Фото 11.
Фото 12.
Фото 13.
Фото 14.
Фото 15.
Фото 16.
Фото 17.
Фото 18.
Фото 19.
Фото 20.
Вследствие активности вулкана в кратере сквозь трещины постоянно выделяется сернистый пар. Горячий пар проходит через специально проложенные трубы, охлаждается вниз и стекает по склону кратера, постепенно затвердевая. Технология добычи весьма примитивна, но в данном случае большего и не нужно. Далее за дело берутся старатели, которые ломами и арматурой разбивают глыбы серы на куски, складывают в корзины и относят в приемный пункт. Для этого приходится преодолеть около 2500 метров по пересеченной местности с грузом в 45-90 кг на плечах.
Рабочие не используют специальных средств защиты, иногда только закрываясь платками. В противогазах и респираторах здесь появляются только пожарные, которые тушат горящую серу. Работают здесь вахтовым методом по 15 дней.
Добытая сера используется для вулканизации резины, обесцвечивания сахара и других промышленных процессов. Рабочие делают из нее маленькие сувениры на продажу, отливая из расплавленной серы различные фигурки.
Фото 21.
Фото 22.
Фото 23.
Фото 24.
Фото 25.
Индонезийский рабочий показывает купоны на оплату заработанных средств за доставленный груз серы из жерла вулкана Кава Иджен в восточной части острова Ява, Индонезия. Три купона — три ходки в жерло вулкана.
Фото 26.
Фото 27.
Фото 28.
Фото 29.
Фото 30.
Фото 31.
Фото 32.
Фото 33.
Фото 34.
Фото 35.
Фото 36.
Фото 37.
Фото 38.
Фото 39.
Фото 40.
Фото 42.
Фото 43.
Фото 44.
Фото 45.
Фото 46.
Фото 47.
Фото 48.
Фото 49.
Фото 50.
Фото 51.
Фото 52.
Фото 53.
Фото 54.
Фото 55.
Фото 56.
Фото 57.
Фото 58.
Фото 59.
Фото 60.
Фото 61.
Фото 1.
Фото 2.
Фото 4.
Фото 6.
источники
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.
Сера – одно из немногих веществ, которыми уже несколько тысяч лет назад оперировали первые «химики». Она стала служить человечеству задолго до того, как заняла в таблице Менделеева клетку под №16.
Об одном из самых древних (хотя и гипотетических!) применений серы рассказывают многие старинные книги. Как источник тепла при термообработке грешников серу живописуют и Новый и Ветхий заветы. И если книги такого рода не дают достаточных оснований для археологических раскопок в поисках остатков райских кущ или геенны огненной, то их свидетельство о том, что древние были знакомы с серой и некоторыми ее свойствами, можно принять на веру.
Одна из причин этой известности – распространенность самородной серы в странах древнейших цивилизаций. Месторождения этого желтого горючего вещества разрабатывались греками и римлянами, особенно в Сицилии, которая вплоть до конца прошлого века славилась в основном серой.
С древнейших времен серу использовали для религиозно-мистических целей, ее зажигали при различных церемониях и ритуалах. Но так же давно элемент №16 приобрел и вполне мирские назначения: серой чернили оружие, ее употребляли при изготовлении косметических и лекарственных мазей, ее жгли для отбелки тканей и для борьбы с насекомыми. Добыча серы значительно увеличилась после того, как был изобретен черный порох. Ведь сера (вместе с углем и селитрой) – непременный его компонент.
И сейчас пороховое производство потребляет часть добываемой серы, правда весьма незначительную. В наше время сера – один из важнейших видов сырья для многих химических производств. И в этом причина непрерывного роста мирового производства серы.
Происхождение серы
Большие скопления самородной серы встречаются не так уж часто. Чаще она присутствует в некоторых рудах. Руда самородной серы – это порода с вкраплениями серы.
Когда образовались эти вкрапления – одновременно с сопутствующими породами или позже? От ответа на этот вопрос зависит направление поисковых и разведочных работ. Но, несмотря на тысячелетия общения с серой, человечество до сих пор не имеет однозначного ответа. Существует несколько теорий, авторы которых придерживаются противоположных взглядов.
Теория сингенеза (т.е. одновременного образования серы и вмещающих пород) предполагает, что образование самородной серы происходило в мелководных бассейнах. Особые бактерии восстанавливали сульфаты, растворенные в воде, до сероводорода, который поднимался вверх, попадал в окислительную зону и здесь химическим путем или при участии других бактерий окислялся до элементарной серы. Сера осаждалась на дно, и впоследствии содержащий серу ид образовал руду.
Теория эпигенеза (вкрапления серы образовались позднее, чем основные породы) имеет несколько вариантов. Самый распространенный из них предполагает, что подземные воды, проникая сквозь толщи пород, обогащаются сульфатами. Если такие воды соприкасаются с месторождениями нефти или природного газа, то ионы сульфатов восстанавливаются углеводородами до сероводорода. Сероводород поднимается к поверхности и, окисляясь, выделяет чистую серу в пустотах и трещинах пород.
В последние десятилетия находит все новые подтверждения одна из разновидностей теории эпигенеза – теория метасоматоза (в переводе с греческого «метасоматоз» означает «замещение». Согласно ей в недрах постоянно происходит превращение гипса CaSO 4 · 2H 2 O и ангидрита CaSO 4 в серу и кальцит СаCO 3 . Эта теория создана в 1935 г. советскими учеными Л.М. Миропольским и Б.П. Кротовым. В ее пользу говорит, в частности, такой факт.
В 1961 г. в Ираке было открыто месторождение Мишрак. Сера здесь заключена в карбонатных породах, которые образуют свод, поддерживаемый уходящими вглубь опорами (в геологии их называют крыльями). Крылья эти состоят в основном из ангидрита и гипса. Такая же картина наблюдалась на отечественном месторождении Шор-Су.
Геологическое своеобразие этих месторождений можно объяснить только с позиций теории метасоматоза: первичные гипсы и ангидриты превратились во вторичные карбонатные руды с вкраплениями самородной серы. Важно не только соседство минералов – среднее содержание серы в руде этих месторождений равно содержанию химически связанной серы в ангидрите. А исследования изотопного состава серы и углерода в руде этих месторождений дали сторонникам теории метасоматоза дополнительные аргументы.
Но есть одно «но»: химизм процесса превращения гипса в серу и кальцит пока не ясен, и потому нет оснований считать теорию метасоматоза единственно правильной. На Земле и сейчас существуют озера (в частности, Серное озеро близ Серноводска), где происходит сингенетическое отложение серы и сероносный ил не содержит ни гипса, ни ангидрита.
Все это означает, что разнообразие теорий и гипотез о происхождении самородной серы – результат не только и не столько неполноты наших знаний, сколько сложности явлений, происходящих в недрах. Еще из элементарной школьной математики все мы знаем, что к одному результату могут привести разные пути. Этот закон распространяется и на геохимию.
Добыча серы
Серные руды добывают разными способами – в зависимости от условий залегания. Но в любом случае приходится уделять много внимания технике безопасности. Залежам серы почти всегда сопутствуют скопления ядовитых газов – соединений серы. К тому же нельзя забывать о возможности ее 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 обогатительную фабрику, а оттуда – на сероплавильный завод, где из концентрата извлекают серу. Методы извлечения различны. О некоторых из них будет рассказано ниже. А здесь уместно кратко описать скважинный метод добычи серы из-под земли, позволивший Соединенным Штатам Америки и Мексике стать крупнейшими поставщиками серы.
В конце прошлого века на юге Соединенных Штатов были открыты богатейшие месторождения серной руды. Но подступиться к пластам было непросто: в шахты (а именно шахтным способом предполагалось разрабатывать месторождение) просачивался сероводород и преграждал доступ к сере. Кроме того, пробиться к сероносным пластам мешали песчаные плавуны. Выход нашел химик Герман Фраш, предложивший плавить серу под землей и через скважины, подобные нефтяным, выкачивать ее на поверхность. Сравнительно невысокая (меньше 120°C) температура плавления серы подтверждала реальность идеи Фраша. В 1890 г. начались испытания, приведшие к успеху.
В принципе установка Фраша очень несложна: труба в трубе. В пространство между трубами подается перегретая вода и по нему идет в пласт. А по внутренней, обогреваемой со всех сторон, трубе поднимается расплавленная сера. Современный вариант установки Фраша дополнен третьей – самой узкой трубой. Через нее в скважину подается сжатый воздух, который помогает поднять расплавленную Серу на поверхность. Одно из основных достоинств метода Фраша – в том, что он позволяет уже на первой стадии добычи получить сравнительно чистую серу. При разработке богатых руд этот метод весьма эффективен.
Раньше считалось, что метод подземной выплавки серы применим только в специфических условиях «соляных куполов» тихоокеанского побережья США и Мексики. Однако опыты, проведенные в Польше и СССР, опровергли это мнение. В Польше этим методом уже добывают большое количество серы: в 1968 г. пущены первые серные скважины и в СССР.
А руду, полученную в карьерах и шахтах, приходится перерабатывать (часто с предварительным обогащением), используя для этого различные технологические приемы.
Известно несколько методов получения серы из серных руд: пароводяные, фильтрационные, термические, центрифугальные и экстракционные.
Термические методы извлечения серы – самые старые. Еще в XVIII в. в Неаполитанском королевстве выплавляли серу в кучах – «сольфатарах». До сих пор в Италии выплавляют серу в примитивных печах – «калькаронах». Тепло, необходимое для выплавления серы из руды, получают, сжигая часть добытой серы. Процесс этот малоэффективен, потери достигают 45%.
Италия стала родиной и пароводяных методов извлечения серы из руд. В 1859 г. Джузеппе Джилль получил патент на свой аппарат – предшественник нынешних автоклавов. Автоклавный метод (значительно усовершенствованный, конечно) используется и сейчас во многих странах.
В автоклавном процессе обогащенный концентрат серной руды, содержащий до 80% серы, в виде жидкой пульпы с реагентами подается насосами в автоклав. Туда же под давлением подается водяной пар. Пульпа нагревается до 130°C. Сера, содержащаяся в концентрате, плавится и отделяется от породы. После недолгого отстоя выплавленная сера сливается. Затем из автоклава выпускаются «хвосты» – взвесь пустой породы в воде. Хвосты содержат довольно много серы и вновь поступают на обогатительную фабрику.
В России автоклавный способ был впервые применен инженером К.Г. Паткановым в 1896 г.
Современные автоклавы – это огромные аппараты высотой с четырехэтажный дом. Такие автоклавы установлены, в частности, на сероплавильном заводе Роздольского горно-химического комбината в Прикарпатье.
На некоторых производствах, например на крупном серном комбинате в Тарнобжеге (Польша), пустую породу отделяют от расплавленной серы на специальных фильтрах. Метод разделения серы и пустой породы на центрифугах разработан в нашей стране. Словом, «руду золотую (точнее – золотистую) отделять от породы пустой» можно по-разному.
В последнее время все большее внимание уделяется скважинным геотехнологическим способам добычи серы. На Язовском месторождении в Прикарпатье серу – классический диэлектрик плавят под землей токами высокой частоты и выкачивают на поверхность через скважины, как в методе Фраша. Ученые Института горно-химического сырья предложили способ подземной газификации серы. По этому способу серу поджигают в пласте, а на поверхность выкачивают сернистый газ, который идет на производство серной кислоты и других полезных продуктов.
По-разному и удовлетворяют свои потребности в сере разные страны. Мексика и США используют в основном метод Фраша. Италия, занимающая по добыче серы третье место среди капиталистических государств, продолжает добывать и перерабатывать (разными методами) серные руды сицилийских месторождений и провинции Марке. У Японии есть значительные запасы серы вулканического происхождения. Франция и Канада, не имеющие самородной серы, развили крупное производство ее из газов. Нет собственных серных месторождений и в Англии и ФРГ. Свои потребности в серной кислоте они покрывают за счет переработки серусодержащего сырья (преимущественно пирита), а элементарную серу импортируют из других стран.
Советский Союз и социалистические страны полностью удовлетворяют свои потребности благодаря собственным источникам сырья. После открытия и освоения богатых Прикарпатских месторождений СССР и Польша значительно увеличили производство серы. Эта отрасль промышленности продолжает развиваться. В последние годы построены новые крупные предприятия на Украине, реконструированы старые комбинаты на Волге и в Туркмении, расширено производство серы из природного газа и отходящих газов.
Кристаллы и макромолекулы
В том, что сера – самостоятельный химический элемент, а не соединение, первым убедился великий французский химик Антуан Лоран Лавуазье в XVIII в.
С тех пор представления о сере как элементе изменились не очень сильно, но значительно углубились и дополнились.
Сейчас известно, что элемент №16 состоит из смеси четырех устойчивых изотопов с массовыми числами 32, 33, 34 и 36. Это типичный неметалл.
Лимонно-желтые кристаллы чистой серы полупрозрачны. Форма кристаллов не всегда одинакова. Чаще всего встречается ромбическая сера (наиболее устойчивая модификация) – кристаллы имеют вид октаэдров со срезанными углами. В эту модификацию при комнатной (или близкой к комнатной) температуре превращаются все прочие модификации. Известно, например, что при кристаллизации из расплава (температура плавления серы 119,5°C) сначала получаются игольчатые кристаллы (моноклинная форма). Но эта модификация неустойчива, и при температуре 95,6°C она переходит в ромбическую. Подобный процесс происходит и с другими модификациями серы.
Напомним известный опыт – получение пластической серы.
Если расплавленную серу вылить в холодную воду, образуется эластичная, во многом похожая на резину масса. Ее можно получить и в виде нитей. Но проходит несколько дней, и масса перекристаллизуется, становится жесткой и ломкой.
Молекулы кристаллов серы всегда состоят из восьми атомов (S 8), а различие в свойствах модификаций серы объясняется полиморфизмом – неодинаковым строением кристаллов. Атомы в молекуле серы построены в замкнутый цикл, образующий своеобразный венец. При плавлении связи в цикле рвутся, и циклические молекулы превращаются в линейные.
Необычному поведению серы при плавлении даются различные толкования. Одно из них – такое. При температуре от 155 до 187°, по-видимому, происходит значительный рост молекулярного веса, это подтверждается многократным увеличением вязкости. При 187°C вязкость расплава достигает чуть ли не тысячи пуаз, получается почти твердое вещество. Дальнейший рост температуры приводит к уменьшению вязкости (молекулярный вес падает).
При 300°C сера вновь переходит в текучее состояние, а при 444,6°C закипает.
У паров серы с повышением температуры число атомов в молекуле постепенно уменьшается: S8 → S6 → S4 → (800°C) S 2 . При 1700°C пары серы одноатомны.
Коротко о соединениях серы
По распространенности элемент №16 занимает 15-е место. Содержание серы в земной коре составляет 0,05% по весу. Это немало.
К тому же сера химически активна и вступает в реакции с большинством элементов. Поэтому в природе сера встречается не только в свободном состоянии, но и в виде разнообразных неорганических соединений. Особенно распространены сульфаты (главным образом щелочных и щелочноземельных металлов) и сульфиды (железа, меди, цинка, свинца). Сера есть и в углях, сланцах, нефти, природных газах, в организмах животных и растений.
При взаимодействии серы с металлами, как правило, выделяется довольно много тепла. В реакциях с кислородом сера дает несколько окислов, из них самые важные SO 2 и SO 3 – ангидриды сернистой H 2 SO 3 и серной Н 2 SO 4 кислот. Соединение серы с водородом – сероводород H 2 S – очень ядовитый зловонный газ, всегда присутствующий в местах гниения органических остатков. Земная кора в местах, расположенных близ месторождений серы, часто содержит довольно значительные количества сероводорода. В водном растворе этот газ обладает кислотными свойствами. Хранить его растворы на воздухе нельзя, он окисляется с выделением серы:
2H 2 S + О 2 → 2Н 2 О + 2S.
Сероводород – сильный восстановитель. Этим его свойством пользуются во многих химических производствах.
Для чего нужна сера
Среди вещей, окружающих нас, мало таких, для изготовления которых не нужны были бы сера и ее соединения. Бумага и резина, эбонит и спички, ткани и лекарства, косметика и пластмассы, взрывчатка и краска, удобрения и ядохимикаты – вот далеко не полный перечень вещей и веществ, для производства которых нужен элемент №16. Для того чтобы изготовить, например, автомобиль, нужно израсходовать около 14 кг серы. Можно без преувеличения сказать, что промышленный потенциал страны довольно точно определяется потреблением серы.
Значительную часть мировой добычи серы поглощает бумажная промышленность (соединения серы помогают выделить целлюлозу). Для того чтобы произвести 1 т целлюлозы, нужно затратить более 100 кг серы. Много элементарной серы потребляет и резиновая промышленность – для вулканизации каучуков.
В сельском хозяйстве сера применяется как в элементарном виде, так и в различных соединениях. Она входит в состав минеральных удобрений и препаратов для борьбы с вредителями. Наряду с фосфором, калием и другими элементами сера необходима растениям. Впрочем, большая часть вносимой в почву серы не усваивается ими, но помогает усваивать фосфор. Серу вводят в почву вместе с фосфоритной мукой. Имеющиеся в почве бактерии окисляют ее, образующиеся серная и сернистая кислоты реагируют с фосфоритами, и в результате получаются фосфорные соединения, хорошо усваиваемые растениями.
Однако основной потребитель серы – химическая промышленность. Примерно половина добываемой в мире серы идет на производство серной кислоты. Чтобы получить 1 т H 2 SО 4 , нужно сжечь около 300 кг серы. А роль серной кислоты в химической промышленности сравнима с ролью хлеба в нашем питании.
Значительное количество серы (и серной кислоты) расходуется при производстве взрывчатых веществ и спичек. Чистая, освобожденная от примесей сера нужна для производства красителей и светящихся составов.
Соединения серы находят применение в нефтехимической промышленности. В частности, они необходимы при производстве антидетонаторов, смазочных веществ для аппаратуры сверхвысоких давлений; в охлаждающих маслах, ускоряющих обработку металла, содержится иногда до 18% серы.
Перечисление примеров, подтверждающих первостепенную важность элемента №16, можно было бы продолжить, но «нельзя объять необъятное». Поэтому вскользь упомянем, что сера необходима и таким отраслям промышленности, как горнодобывающая, пищевая, текстильная, и – поставим точку.
Наш век считается веком «экзотических» материалов – трансурановых элементов, титана, полупроводников и так далее. Но внешне непритязательный, давно известный элемент №16 продолжает оставаться абсолютно необходимым. Подсчитано, что в производстве 88 из 150 важнейших химических продуктов используют либо саму серу, либо ее соединения.
Из древних и средневековых книг
«Сера применяется для очищения жилищ, так как многие держатся мнения, что запах и горение серы могут предохранить от всяких чародейств и прогнать всякую нечистую силу».
Плиний Старший, «Естественная история» I в. н.э.
«Если травы чахлы, бедны соками, а ветви и листва деревьев имеют окраску тусклую, грязную, темноватую вместо блестящего зеленого цвета, это признак, что подпочва изобилует минералами, в которых господствует сера».
«Если руда очень богата серой, ее зажигают на широком железном листе с множеством отверстий, через которые сера вытекает в горшки, наполненные доверху водой».
«Сера входит также в состав ужасного изобретения – порошка, который может метать далеко вперед куски железа, бронзы или камня – орудие войны нового тина».
Агрикола, «О царстве минералов», XVI в.
Как испытывали серу в XIV веке
«Если ты хочешь испытать серу, хороша она или нет, то возьми кусок серы в руку и поднеси к уху. Если сера трещит так, что ты слышишь ее треск, значит она хороша; если же сера молчит и не трещит, то она нехороша...»
Этот своеобразный метод определения качества материала на слух (применительно к сере) может быть использован и сейчас. Экспериментально подтвердилось, что «трещит» только сера, содержащая не больше одного процента примесей. Иногда дело не ограничивается только треском – кусок серы раскалывается на части.
Удушающий серный газ
Как известно, выдающийся естествоиспытатель древности Плиний Старший погиб в 79 г. н.э. при извержении вулкана. Его племянник в письме историку Тациту писал: «...Вдруг раздались раскаты грома, и от горного пламени покатились вниз черные серные пары. Все разбежались. Плиний поднялся и, опираясь на двух рабов, думал тоже уйти; но смертоносный пар окружил его со всех сторон, его колени подогнулись, он снова упал и задохся».
«Черные серные пары», погубившие Плиния, состояли, конечно, не только из парообразной серы. В состав вулканических газов входят и сероводород, и двуокись серы. Эти газы обладают не только резким запахом, но и большой токсичностью. Особенно опасен сероводород. В чистом виде он убивает человека почти мгновенно. Опасность велика даже при незначительном (порядка 0,01%) содержании сероводорода в воздухе. Сероводород тем более опасен, что он может накапливаться в организме. Он соединяется с железом, входящим в состав гемоглобина, что может привести к тяжелейшему кислородному голоданию и смерти. Сернистый газ (двуокись серы) менее токсичен, однако выпуск его в атмосферу приводил к тому, что вокруг металлургических заводов гибла вся растительность. Поэтому на всех предприятиях, производящих или использующих эти газы; вопросам техники безопасности уделяется особое внимание.
Сернистый газ и соломенная шляпка
Соединяясь с водой, сернистый газ образует слабую сернистую кислоту Н 2 SO 3 , существующую только в растворах. В присутствии влаги сернистый газ обесцвечивает многие красители. Это свойство используется для отбелки шерсти, шелка, соломы. Но такие соединения, как правило, не обладают большой стойкостью, и белые соломенные шляпки со временем приобретают первоначальную грязно-желтую окраску.
Сернистый ангидрид SO 3 в обычных условиях представляет собой бесцветную очень летучую жидкость, кипящую при 44,8°C. Твердеет он при –16,8°C и становится очень похожим на обыкновенный лед. Но есть и другая – полимерная модификация твердого серного ангидрида (формулу его в этом случае следовало бы писать (SO 3) n ). Внешне она очень похожа на асбест, ее волокнистую структуру подтверждают рентгенограммы. Строго определенной точки плавления эта модификация не имеет, что свидетельствует о ее неоднородности.
Гипс и алебастр
Гипс CaSO 4 · 2Н 2 O – один из самых распространенных минералов. Но распространенные в медицинской практике «гипсовые шины» делаются не из природного гипса, а из алебастра. Алебастр отличается от гипса только количеством кристаллизационной воды в молекуле, его формула 2CaSO 4 · Н 2 O. При «варке» алебастра (процесс идет при 160...170°C в течение 1,5...2 часов) гипс теряет три четверти кристаллизационной воды, и материал приобретает вяжущие свойства. Алебастр жадно захватывает воду, при этом происходит быстрая беспорядочная кристаллизация. Разрастись кристаллики не успевают, но сплетаются друг с другом; масса, образованная ими, в мельчайших подробностях воспроизводит форму, в которой происходит твердение. Химизм происходящего в это время процесса обратен происходящему при варке: алебастр превращается в гипс. Поэтому отливка – гипсовая, маска – гипсовая, повязка – тоже гипсовая, а делаются они из алебастра.
Глауберова соль
Соль Na 2 SO 4 · 10H 2 O, открытая крупнейшим немецким химиком XVII в. Иоганном Рудольфом Глаубером и названная в его честь, до сих пор широко применяется в медицине, стеклоделии, кристаллографических исследованиях. Глаубер так описывал ее: «Эта соль, если она хорошо приготовлена, имеет вид льда; она образует длинные, совершенно прозрачные кристаллы, которые растапливаются на языке, как лед. У нее вкус обыкновенной соли, без всякой едкости. Брошенная на пылающие угли, она не растрескивается с шумом, как обыкновенная кухонная соль, и не воспламеняется со взрывом, как селитра. Она без запаха и выносит любую степень жара. Ее можно применять с выгодой в медицине как снаружи, так и внутрь. Она заживляет свежие раны, не раздражая их. Это превосходное внутреннее лекарство: будучи растворена в воде и дана больному, она очищает кишки».
Минерал глауберовой соли называется мирабилитом (от латинского «mirabilis» – удивительный). Название происходит от имени, которое дал Глаубер открытой им соли; он назвал ее чудесной. Крупнейшие в мире разработки этого вещества находятся в нашей стране, чрезвычайно богата глауберовой солью вода знаменитого залива Кара-Богаз-Гол. Дно залива буквально устлано ею.
Сульфиты, сульфаты, тиосульфаты...
Если вы фотолюбитель, вам необходим фиксаж, т.е. натриевая соль серноватистой (тиосерной) кислоты Н 2 S 2 O 3 . Тиосульфат натрия Na 2 S 2 O 3 (он же гипосульфит) служил поглотителем хлора в первых противогазах.
Если вы порезались во время бритья, кровь можно остановить кристаллом алюмокалиевых квасцов KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O.
Если вы хотите побелить потолки, покрыть медью какой-либо предмет или уничтожить вредителей в саду – вам не обойтись без темно-синих кристаллов медного купороса CuSO 4 · 5Н 2 О.
Бумага, на которой напечатана эта книга, сделана с помощью гидросульфита кальция Са(НSO 3) 2 .
Широко используются также железный купорос FeSO 4 · 7H 2 O, хромовые квасцы K 2 SO 4 · Cr 2 (SO 4) 3 · 2Н 2 O и многие другие соли серной, сернистой и тиосерной кислот.
Киноварь
Если в лаборатории разлили ртуть (возникла опасность отравления ртутными парами!), ее первым делом собирают, а те места, из которых серебристые капли не извлекаются, засыпают порошкообразной серой. Ртуть и сера вступают в реакцию даже в твердом состоянии – при простом соприкосновении. Образуется кирпично-красная киноварь – сульфид ртути – химически крайне инертное и безвредное вещество.
Выделить ртуть из киновари несложно. Многие другие металлы, в частности железо, вытесняют ртуть из киновари.
Серобактерии
В природе постепенно происходит круговорот серы, подобный круговороту азота или углерода. Растения потребляют серу – ведь ее атомы входят в состав белка. Растения берут серу из растворимых сульфатов, а гнилостные бактерии превращают серу белков в сероводород (отсюда – отвратительный запах гниения).
Но есть так называемые серобактерии, которым вообще не нужна органическая пища. Они питаются сероводородом, и в их организмах в результате реакции между H 2 S, CO 2 и О 2 образуются углеводы и элементарная сера. Серобактерии нередко оказываются переполнены крупинками серы – почти всю их массу составляет сера с очень небольшой «добавкой» органических веществ.
Сера – фармацевтам
Все сульфамидные препараты – сульфидин, сульфазол, норсульфазол, сульгин, сульфодимезин, стрептоцид и другие подавляют активность многочисленных микробов. И все эти лекарства – органические соединения серы. Вот структурные формулы некоторых из них:
После появления антибиотиков роль сульфамидных препаратов несколько уменьшилась. Впрочем, и многие антибиотики можно рассматривать как органические производные серы. В частности, она обязательно входит в состав пенициллина.
Мелкодисперсная элементарная сера – основа мазей, применяемых при лечении грибковых заболеваний кожи.
Нитрид серы проводит ток
В 1975 г. журнал «Кэмикл энд инжениринг ньюс» сообщил о получении нового неорганического полимера, у которого многие свойства – как у металла. Полимерный нитрид серы – политиазил (SN) n легко прессуется и куется, его электропроводность близка к электропроводности ртути. При этом пленки из политиазила не одинаково проводят ток в продольном и поперечном направлении. Это объясняется тем, что пленка построена из упорядоченных, расположенных параллельно друг другу полимерных волокон.
Что можно построить из серы
В 70-х годах в некоторых странах мира производство серы превысило потребности в ней. Поэтому сере стали искать новые применения, прежде всего в таких материалоемких областях, как строительство. В результате этих поисков появились серный пенопласт – как теплоизоляционный материал, бетонные смеси, в которых серой частично или полностью заменен портландцемент, покрытия для автострад, содержащие элементарную серу.
Вулкан Иджен - действующий вулкан в Индонезии. Другое название синонимично названию местного сернистого озера Кавах Иджен или просто Кавах.
Расположен в густонаселённой местности в Восточной Яве, является границей 2 округов: Бондовосо и Баньуванги. Данный вулкан является комплексом, состоящим более чем из десятка вулканических объектов: стратовулканов, вулканических конусов, кратеров, расположенных в радиусе 20 км вокруг кальдеры.
Кратер вулкана Иджен (Ijen Volcano) – один из самых привлекательных и опасных на Земле. Активный вулкан, постоянно извергающий клубы серного дыма.
Вулкан Кава Иджен не похож на своих собратьев. Внутри его вулканической чаши, бурлит не огнекипящая лава, а тихо раскинулось, окруженное скалами, удивительной красоты неземное озеро с одноименным названием – Кавах Иджен. Его размеры 950 на 600 метров, объем – 36 миллионов кубометров. Но наполнено оно не водой, а смесью концентрированной серной и соляной кислоты, причем горячей: температура ее на поверхности около 60 градусов, на дне – еще выше. Однажды в это озеро опустили на двадцать минут лист алюминия, а когда его вынули, толщина металла стала сравнима с тончайшей тканью. Представляете, что будет, если вдруг начнется извержение? Когда магма вскипятит жуткое содержимое озера и тонны кислоты поднимутся в воздух? Угроза этого не беспочвенна. Правительство Индонезии в 2012 году установило уровень активности Кава Иджен в соответствии с желтой отметкой и до сих пор не понизило это предупреждение. Но выглядит озеро Кавах Иджен – необыкновенно!
Цвет поверхности его переменчив, оно то яблочно-зеленое, то изумрудное, то малахитовое с бирюзовым оттенком. На берегу и в отдалении, на серых с прожилками скалах разбросаны разнокалиберные глыбы ярко-желтого цвета. Это самородная сера. Сначала она жидкая, красивого темно-красного цвета и ползет по склонам, словно лава. Остывая – светлеет, приобретая цвет янтаря. Потом – желтеет, и делается твердой. В темное время суток, жидкая сера, окисляясь, начинает светиться нереальными синими, голубыми огнями и сполохами, фантастически преображая окрестности. Это и есть синяя лава. А днем горение обозначает себя дымчато-белыми клубами. По склонам кратерной воронки курится множество струй, то ли пара, то ли дымов. Вероятнее всего, так через трещины, из недр под давлением вырывается водяной пар, а с ним токсичный хлористый водород, удушающий сернистый газ и еще более вредный и коварный сероводород.
Горение сопровождается шестьюстами градусами Цельсия, сияние не очень интенсивное при дневном свете, во всей красе его можно наблюдать только в ночное время.
Сфотографировать это зрелище – нелегкая задача. Французский фотограф Оливье Грюневальд специализируется на таких изображениях, не используя каких-либо фильтров или модификации изображения. Для того, чтобы сделать это, он должен ждать до заката, когда видны синие языки пламени. Он работает с противогазом, чтобы избежать вдыхания токсичных испарений.
Близ озера местные жители уже долгое время добывают серу. Это очень тяжелая и опасная работа. Люди вручную нагружают корзины кусками серы, а затем относят груз в соседнюю долину, где они получают выплату за добычу. Обычно корзина с серой весит 75−90 кг, и её приходится нести около 300 метров в гору, а потом ещё 3 км после спуска с кратера до ближайшего сахарного завода, в котором серу задействуют в очистительных процессах. Большинство рабочих проделывают такое путешествие дважды в день и, по данным за 2010 год, получают примерно $10-13 в день.
По местным меркам это высокооплачиваемая и престижная работа. На острове Ява очень высокая плотность населения и безработица. Шахтеры, добывающие серу, являются своеобразной рабочей элитой.
Люди, которые занимаются этим трудом, часто жалуются на проблемы, связанные с дыханием. И это не удивительно, ведь долгое время находиться в кратере Иджен без противогаза опасно для здоровья. В свою очередь, рабочие часто пренебрегают защитой во время нахождения рядом с серой.
Серные пары настолько опасны для здоровья, что средняя продолжительность жизни рабочих всего около 47 лет.
В регионе Индонезии Восточная Ява находится вулкан Kawah Ijen, 2,6 км высотой, увенчанная большой кальдерой (впадиной на вершине) и озером с серной кислотой глубиной 200-метров. Этот слабоактивный вулкана выбрасывает внутрь кратера газовые испарения, которые местные шахтеры используют для того, чтобы заработать себе на жизнь. Испарения задерживаются на камнях и керамических трубах, в которых, в результате конденсируется сера в виде расплавленной красной жидкости, затем она стекает вниз и затвердевает в виде чистой серы. Шахтеры сбивают застывшие куски с помощью стальной арматуры. При этом они используют минимальную защиту, несмотря на то, что в процессе выделяются крайне опасные газы и жидкостей. Затем шахтеры взваливают на себя серу и несут ее несколько километров до станции взвешивания. Груз может весить от 45 до 90 кг, а один горняк за день не может сделать больше двух-трех ходок. В конце долгого рабочего дня, шахтеры получают 50 тысяч рупий (5 долларов). Сера затем используется для вулканизации резины, обесцвечивания сахара и других промышленных процессов.
Индонезийский шахтер несет серу из вулкана Ijen 24 мая 2009 в окресностях Banyuwangi, Восточная Ява, Индонезия. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
Заполненное кислотой озеро внутри кратера вулкана Ijen 200 метров в глубину и километр в ширину. Фото сделано 24 мая 2009 года в Восточной Яве, Индонезия. Озеро наполняется раствором серной кислоты и хлористого водорода при температуре 33 Сº. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
Работник ремонтирует трубы, в которых, конденсируются сернистые газы. Комплекс вулкана Ijen 24 мая 2009 в окресностях Banyuwangi, Восточная Ява, Индонезия. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
Шахтер извлекает серу из трубы на кратере вулкана Ijen 24 мая 2009 года в Восточной Яве, Индонезия. Расплавленная сера вытекает из труб глубокого красного цвета, и по мере охлаждения постепенно становится желтой и затвердевает. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
Работники чинят трубы, в которых, конденсируются сернистые газы. Комплекс вулкана Ijen 24 мая 2009 в окресностях Banyuwangi, Восточная Ява, Индонезия. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
На этом фото, сделанном через сегмент запасной керамической трубы, работники ремонтируют большую трубу для конденсации серы. Комплекс вулкана Ijen 24 мая 2009 в окресностях Banyuwangi, Восточная Ява, Индонезия. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
Работники чинят трубы, в которых, конденсируются сернистые газы. 24 мая 2009. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
Кусок серы добываемой из вулкана Ijen. Фото сделано 24 мая 2009 год, Восточная Ява, Индонезия. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
Шахтер извлекает серу из трубы на кратер вулкана Ijen 24 мая 2009 года в Восточной Яве, Индонезия. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
Шахтер несет серу к своим корзинам у кратера вулкана Ijen 24 мая 2009. (Ulet Ifansasti/Getty Images) 
Шахтер делает короткий перерыв во время работы у вулкана Ijen 24 мая 2009. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
Загруженные серой корзины, готовые к тому, чтобы их несли вверх по крутым стенам кратера, а затем до станции взвешивания. 24 мая 2009. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
Шахтеры выносят серу из кратера вулкана Kawah Ijen 25 мая 2009. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
Шахтер приближается к верхней части стены кратера по исхоженной тропе, ведущей к вулкану Kawah Ijen 25 мая 2009 года в Восточной Яве, Индонезия. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
На фото видно, как тяжела ноша – вес ее может доходить до 70кг - это заметно по сжатой коже и мышцам шахтера, который несет серу на станцию взвешивания 25 мая 2009. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
Шахтер во время перерыва у вулкана Ijen 25 мая 2009 года в Восточной Яве, Индонезия. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
Шахтер показывает болячки и шрамы от переноски серы из вулкана Ijen, 24 мая 2009 года в Восточной Яве, Индонезия. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
Шахтер доходит до станции взвешивания и вешает свой груз серы на весы. 25 мая 2009 года в Восточной Яве, Индонезия. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
Шахтер отдыхает на базовом лагере, который называется "Лагерь Sulfutara". 24 мая 2009 года в Индонезии. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
Шахтер внутри лагеря Sulfutara 24 мая 2009. (Ulet Ifansasti/Getty Images)
Шахтер во время перекура на пути к вулкану Ijen 25 мая 2009 года в Восточной Яве, Индонезия. (Ulet Ifansasti/Getty Images)