Сегодня мы:
- Изучим физические свойства серы и селена
- Узнаем о нахождении этих элементов в природе
- Рассмотрим области их применения
- Изучим электронное строение их атомов
- Рассмотрим характерные степени окисления
- Познакомимся с химическими свойствами серы
- Узнаем химические свойства селена
- Проведем параллели и найдем отличия в свойствах данных элементов
Раздел 1. Физические свойства серы и селена.
Сера — кристаллические вещество желтого цвета, плохо растворимое в воде. Наиболее интересное физическое свойство серы — цвет ее пламени в кислороде:
Селен в чистом виде — серое, похожее на металл своим блеском вещество. Селен — фотопроводник, то есть способен проводить электрический ток при попадании освещения на него.
Аллотропные модификации серы и селена.
Сера имеет множество аллотропных модификаций, однако есть 3 наиболее устойчивые: моноклинная, ромбическая и пластическая. Моноклинная сера S₈ неустойчива при комнатной температуре и быстро переходит в ромбическую модификацию. Ромбическая сера так же имеет формулу S₈, однако различие в строении и, соответственно, названиях данных модификаций обусловлено внутренним строением их кристаллов. Именно ромбическая сера — то вещество, с которым мы встречаемся в лаборатории. Пластическая сера малоустойчива и представляет собой темную резиноподобную массу, получающуюся при нагревании, а затем резком охлаждении ромбической модификации.
Селен серый Seₙ — серое, похожее своим блеском на металл, вещество, тем не менее являющееся неметаллом. Является наиболее устойчивой аллотропной модификацией селена. Существует так же красная модификация Se₈, нагревая которую можно получить серый селен.
Раздел 2. Нахождение в природе.
В природе сера встречается в самородном виде, часто в местах, где присутствует вулканическая активность. Кстати, именно поэтому рядом с вулканами неприятно пахнет сероводородом, по запаху напоминающим тухлые яйца. Сера встречается и в множестве минералов и руд (чаще всего медных), она содержится в нефти и природных водах, а так же входит в состав многих животных белков.
Селен чаще всего встречается в минералах, которые являются подспудными к сульфидам. В самородном виде он представлен редко. Подобно сере он входит в состав белков и является жизненно важным микроэлементом.
Раздел 3. Применение серы и селена.
Серу применяют в промышленности для:
- Вулканизации каучука — получение резины;
- Производства фунгицидов — веществ, защищающих растения от бактериальных инфекций;
- Производства лекарственных препаратов;
- Изготовления серобетона
Селен используется как:
- Мощный лекарственный препарат в химиотерапии;
- Профилактическое средство
Раздел 4. Электронное строение атомов.
Сера и селен — элементы 6 группы главной подгруппы Периодической системы и располагаются в третьем и четвертом периоде соответственно. Электронное строение данных атомов выглядит следующим образом:
16 S: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴
34 Se: 1s² 2s² sp⁶ 3s² 3p6 3d¹⁰ 4s² 4p⁴
Оба являются р-элементами и проявляют высшую валентность VI.
Раздел 5. Степени окисления.
S:
Se:
Раздел 4. Химические свойства серы.
0 — промежуточная степень окисления серы, которую она может как понизить, так и повысить. Поэтому S⁰ проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства.
- Окислительные свойства:
- С неметаллами:
S + H₂ ⇄ H₂S — t⁰
S + O₂ → SO₂
- С металлами:
S + Hg → HgS — при н.у.
S + 2K → K₂S — t⁰
3S + 2Al → Al₂S₃ — t⁰
- С типичными восстановителями:
S + 2HI → H₂S + I₂ — t⁰
2S + C → CS₂ — t⁰
3S + 2P → P₂S₃ — t⁰
- Особенности:
S + H₂O ⇏
- Диспропорционирование:
3S + 6NaOH → 2Na₂S + Na₂SO₃ + 3H₂O — t⁰
4Sизб + 6NaOH → 2Na₂S + Na₂S₂O₃ + 3H₂O — t⁰
- Восстановительные свойства:
- С неметаллами:
S + 2Cl₂ → SCl₄ — t⁰
S + 3F₂ → SF₆ — t⁰
- С типичными окислителями:
S + 2H₂SO₄конц → 3SO₂ + 2H₂O
S + 6HNO₃конц → H₂SO₄ + 6NO₂ + 3H₂O — t⁰
S + 2HNO₃разб → H₂SO₄ + 2NO — t⁰, С очень разбавленными р-рами реакция не идет
S + Na₂SO₃ → Na₂S₂O₃
3S + 2KClO₃ → 2KCl + 3SO₂ — t⁰
S + 2KNO₃ → 2KNO₂ + SO₂ — t⁰
1. H₂S при н.у. — бесцветный газ с резким запахом тухлых яиц, токсичен. Проявляет слабые кислотные и сильные восстановительные свойства.
H₂S + 2Na → Na₂S + H₂↑
H₂S + 2KOHизб → K₂S + 2H₂O
H₂S + KOHнед → KHS + H₂O
H₂S + 2NH₃изб → (NH₄)₂S
H₂S + NH₃нед → NH₄HS
- Восстановительные свойства:
Так как -2 – низшая с.о. серы, сульфиды и сероводород проявляют только восстановительные (причем, сильные) свойства. Продукт реакции будет зависеть от силы взятого окислителя – чем он сильнее, тем более высшую с.о. будет приобретать сера в итоге.
H₂S + O₂нед → S + H₂O
2H₂S + 3O₂ → 2SO₂ + 2H₂O
2H₂S + SO₂ → 3S + 2H₂O
2. Сульфиды:
Качественные реакции на сульфиды:
H₂S + 2AgNO₃ → Ag₂S↓ + 2HNO₃
2Ag⁺ + S²⁻ → Ag₂S↓ черный осадок
Pb²⁺ + S²⁻ → PbS↓ черный осадок
Cu²⁺ + S²⁻ → CuS↓ черный осадок
Химические свойства:
- Растворяются в сильных кислотах (кроме нерастворимых Ag₂S, PbS и CuS):
Na₂S + 2HCl → 2NaCl + H₂S↑
ZnS + 2HCl → ZnCl₂ + H₂S↑
2H⁺ + S²⁻ → H₂S↑
- Взаимодействие с водой:
Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑ — гидролиз по катион и аниону
3K₂S + 2AlCl₃ + H₂O → 6KCl + Al(OH)₃↓ + H₂S↑ — совместный гидролиз
CrCl₃ + K₂S + H₂O → Cr(OH)₃↓ + KCl + H₂S↑ — совместный гидролиз
- Восстановительные свойства:
- С типичными окислителями:
3S²⁻ + 2KMnO₄ → 3S + 2MnO₂ + 2KOH + 2H₂O
S²⁻ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ → S + Cr₂(S0₄)₃ + H₂O
S²⁻ + H₂SO₄конц → S + SO₂ + 2H₂O — при н.у.
S²⁻ + 3H₂SO₄конц → 4SO₂ + H₂O — t⁰
S²⁻ + 8HNO₃конц → H₂SO₄ + 8NO₂ + 4H₂O — t⁰
S²⁻ + HNO₃конц → S + NO₂ + H₂O — при н.у.
- Специфические реакции:
3S²⁻ + 2FeCl₃ → 2FeS + S + 6Cl⁻
3S²⁻ + Cr₂(SO₄)₃ → 2CrS + S + 3SO₄²⁻
CuS + 8HNO₃конц → CuSO₄ + 8NO₂ + 4H₂O
PbS + 8HNO₃конц → PbSO₄ + 8NO₂ + 4H₂O
Ag₂S + 10HNO₃конц → 2AgNO₃ + H₂SO₄ + 8NO₂ + 4H₂O
3Na₂Sр-р + 8HNO₃конц → 6NaNO₃ + 3S + 2NO/NO₂ + 4H₂O — при н.у.
Na₂Sтв + 8HNO₃конц,изб → Na₂SO₄ + 8NO₂ + 4H₂O — t⁰
1. SO₂ “сернистый газ” при н.у. — бесцветный газ с резким запахом. Обладает окислительно-восстановительными свойствами.
Качественные реакции на SO₂:
- Запах горелой спички
- Р-р окрашивает лакмус в красный цвет
- Обесцвечивание р-ра KMnO₄
- При пропускании SO₂ через р-р Ba(OH)₂ или известковой воды Ca(OH)₂ сначала выпадает осадок, который затем исчезает:
Ba(OH)₂ + SO₂ → BaSO₃↓ + H₂O
BaSO₃ + SO₂ + H₂O → Ba(HSO₃)₂р-р
Химические свойства:
- Кислотные свойства:
SO₂ + H₂O → H₂SO₃
SO₂ + CaO → CaSO₃
SO₂ + 2NaOHизб → Na₂SO₃ + H₂O
SO₂ + NaOHнед → NaHSO₃
SO₂ + 2NH₃·H₂O → (NH₄)₂SO₃
- Восстановительные свойства:
2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃ катализатор V₂O₅
SO₂ + H₂O₂ → H₂SO₄
SO₂ + MnO₂ → MnSO₄
SO₂ + PbO₂ → PbSO₄
2. H₂SO₃ слабая кислота, существует только в водном растворе. Обладает окислительно-восстановительными свойствами.
- Кислотные свойства:
H₂SO₃ + Zn → ZnSO₃ + H₂↑
H₂SO₃ + MgO → MgSO₃ + H₂O
H₂SO₃ + 2KOHизб → K₂SO₃ + 2H₂O
H₂SO₃ + KOHнед → KHSO₃ + H₂O
H₂SO₃ + Na₂CO₃ → Na₂SO₃ + CO₂↑ + H₂O
- Восстановительные свойства выражены сильнее:
S⁴⁺ + O₂ → S⁶⁺
S⁴⁺ + 2HNO₃конц → S⁶⁺ + 2NO₂ + H₂O
5S⁴⁺ + 2KMnO₄ → 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 2H₂SO₄ + 3H₂O
- Окислительные свойства проявляются только с сильными восстановителями:
S⁴⁺ + 2S²⁻ → 3S⁰
S⁴⁺ + 2CO → S⁰ + 2CO₂
S⁴⁺ + HNO₃конц → S⁶⁺ + NO₂↑
S⁴⁺ + HNO₃разб → S⁶⁺ + NO↑
5S⁴⁺ + 2MnO₄⁻ + 2H₂O → 2MnS⁶⁺O₄ + K₂S⁶⁺O₄ + 2H₂S⁶⁺O₄
S⁴⁺ + HClO + H₂O → H₂S⁶⁺O₄ + HCl
S⁴⁺ + NO₂ → S⁶⁺O₃ + NO
3. Сульфиты:
Качественные реакции на сульфиты:
- Взаимодействие с сильными кислотами:
K₂SO₃ + 2HCl → 2KCl + SO₂↑ + H₂O
SO₃²⁻ + 2H⁺ → SO₂↑ + H₂O
- Взаимодействие с р-рами солей Ca²⁺ и Ba²⁺:
SO₃²⁻ + Ca²⁺ → CaSO₃↓ белый
SO₃²⁻ + Ba²⁺ → BaSO₃↓ белый
Химические свойства:
- С Al³⁺, Cr³⁺ и Fe³⁺ совместный гидролиз:
K₂SO₃ + AlCl₃ + H₂O → Al(OH)₃↓ + SO₂↑ + KCl
K₂SO₃ + Cr₂(SO₄)₃ + H₂O → Cr(OH)₃↓ + SO₂↑ + K₂SO₄
K₂SO₃ + Fe(NO₃)₃ + H₂O → Cr(OH)₃↓ + SO₂↑ + K₂SO₄
- Восстановительные свойства ярко выражены:
K₂SO₃ + 2KMnO₄ + 2KOH → 2K₂MnO₄ + K₂SO₄ + H₂O
Na₂SO₃ + I₂ + H₂O → Na₂SO₄ + 2HI
1. SO₃ “серный ангидрид” при н.у. — тяжелая жидкость. Проявляет окислительные свойства.
- Кислотные свойства:
2SO₃ ⇄ 2SO₂ + O₂
SO₃ + Al₂O₃ → Al₂(SO₄)₃
SO₃ + CaO → CaSO₄
SO₃ + H₂O → H₂SO₄
SO₃ + Cu(OH)₂ → CuSO₄ + H₂O
SO₃ + NaOHнед → NaHSO₄
SO₃ + 2NaOHизб → Na₂SO₄ + H₂O
SO₃ + Na₂CO₃ → Na₂SO₄ + CO₂
- Окислительные свойства:
SO₃ + CO → CO₂ + SO₂
SO₃ + H₂O₂ → H₂SO₄ + O₂
SO₃ + H₂S → H₂S₂O₃
2. H₂SO₄ сильная кислота и сильный окислитель. Обугливает органические вещества.
- Кислотные свойства:
H₂SO₄разб + Fe → FeSO₄ + H₂
H₂SO₄разб + MgO → MgSO₄ + H₂O
H₂SO₄разб + NaOHнед → NaHSO₄ + H₂O
H₂SO₄разб + 2NaOHизб → Na₂SO₄ + 2H₂O
H₂SO₄разб + Na₂SO₄ → 2NaHSO₄
H₂SO₄ + K₂CO₃ → K₂SO₄ + CO₂↑ + H₂O
H₂SO₄конц + NaClтв → NaHSO₄ + HCl↑
H₂SO₄ + NH₃ → NH₄HSO₄
H₂SO₄ + 2NH₃ → (NH₄)₂SO₄
- Окислительные свойства:
H₂SO₄конц + Na → Na₂SO₄ + H₂S↑ + H₂O
H₂SO₄конц + Al → Al₂(SO₄)₃ + H₂S/SO₂↑ + H₂O
H₂SO₄конц + Zn → ZnSO₄ + H₂S↑ + H₂O
H₂SO₄конц + Cu → CuSO₄ + SO₂↑ + H₂O
H₂SO₄конц + Me после Ag ⇏
H₂SO₄конц + P → H₃PO₄ + SO₂↑ + H₂O
H₂SO₄конц + C → CO₂↑ + SO₂↑ + H₂O
H₂SO₄конц + S → 3SO₂↑ + 2H₂O
H₂SO₄конц + 2FeO → Fe(SO₄)₃ + SO₂ + 4H₂O
H₂SO₄конц + 2CrO → Cr₂(SO₄)₃ + SO₂ + 3H₂O
H₂SO₄конц + Cu₂O → 2CuSO₄ + SO₂ + 3H₂O
H₂SO₄конц + H₂S → S + SO₂ + 2H₂O
3H₂SO₄конц + H₂S → 4SO₂ + H₂O
2H₂SO₄конц + P₂O₃ + H₂O → 2H₃PO₄ + 2SO₂
H₂SO₄конц + KI → I₂ + H₂S + K₂SO₄ + 4H₂O
H₂SO₄конц + 8HI → 4I₂ + H₂S/SO₂↑ + 4H₂O
H₂SO₄конц + NaBr → Na₂SO₄ + Br₂ + SO₂ + H₂O
H₂SO₄конц + MnO₂ → MnSO₄ + O₂↑ + H₂O
3. Сульфаты:
Качественные реакции на сульфаты:
- Ba²⁺ +SO₄²⁻ → BaSO₄↓
- Разложение сульфатов: MgSO₄ → MgO + SO₂↑ + O₂↑
Химические свойства:
- BaSO₄ + 4C → BaS + 4CO
- Все твердые сульфаты:
BaSO₄ + H₂ → BaS + H₂O
- Гидросульфаты активных металлов:
KHSO₄ ⇄ K⁺ + H⁺ + SO₄²⁻ из-за свободного протона в р-ре они могут реагировать с некоторыми металлами и основными и амфотерными оксидами:
KHSO₄ + Mg → K₂SO₄ + MgSO₄ + H₂↑
KHSO₄ + CaO → K₂SO₄ + CaH₂ + H₂O
NaHSO₄ + Al₂O₃ → Na₂SO₄ + Al₂(SO₄)₃ + H₂O
NaHSO₄ + NaOH → Na₂SO₄ + H₂O
Раздел 5. Химические свойства селена.
- Диспропорционирование:
3Se + 3H₂O ⇄ 2H₂Se + H₂SeO₃
3Se + 6NaOH → 2Na₂Se + Na₂SeO₃ + 3H₂O
- Восстановительные свойства:
Se + 4HNO₃конц → H₂SeO₃ + 4NO₂↑ + H₂O
Se + 2NO₂ →SeO₂ + 2NO↑
- H₂Se — при н.у. твердое вещество, крайне ядовит, более сильная кислота, чем H2S.
- Кислотно-основные свойства:
H₂Se + 2NaOH → Na₂Se + 2H₂O
- Восстановительные свойства:
2H₂Se + 3O₂ → 2SeO₂ + 2H₂O
2H₂Se + SeO₂ → 3Se↓ + 2H₂O
2. Селениды:
- Кислотно-основные свойства:
Na₂Se + 2HCl → H₂Se + 2NaCl
- Восстановительные свойства:
Al₂Se₃ + 6H₂O → 3H₂Se + 3Al(OH)₃↓
Na₂Se + 8HNO₃ → Na₂SeO₄ + 8NO₂↑ + 4H₂O
2Na₂Se + O₂ + 2H₂O → 4NaOH + 2Se↓
- SeO₂ — при н.у. твердое вещество с неприятным запахом “гнилой редьки”. Кислотный оксид, восстановительные свойства выражены крайне слабо.
- Кислотно-основные свойства:
SeO₂ + H₂O → H₂SeO₃
SeO₂ + MgO → MgSeO₃
2. H₂SeO₃ — при н.у. белое хорошо растворимое в воде кристаллическое вещество. Является даже более слабой кислотой, чем сернистая. Проявляет окислительно-восстановительные свойства.
- Кислотно-основные свойства:
H₂SeO₃ + 2NaOH → Na₂SeO₃ + 2H₂O
- Окислительные свойства:
H₂SeO₃ + 2SO₂ + H₂O → Se↓ + 2H₂SO₄
- Восстановительные свойства:
H₂SeO₃ + H₂O₂конц → H₂SeO₄ + H₂O
- SeO₃ — белое гигроскопичное твердое вещество. Кислотный оксид, проявляет окислительные свойства.
Химические свойства:
2SeO₃ → 2SeO₂ + O₂↑
- Кислотно-основные свойства:
SeO₃ + H₂O → H₂SeO₄
SeO₃ + 2NaOH → Na₂SeO₄ + H₂O
- Окислительные свойства:
SeO₃ + 2HCl → H₂SeO₃ + Cl₂↑ — t⁰
5SeO₃ + P → 5SeO₂ + P₂O₅
- H₂SeO₄ — в чистом виде — бесцветное кристаллическое вещество. Очень сильный окислитель — способна окислить даже золото без нагревания.
Химические свойства:
2H₂SeO₄ → 2H₂SeO₃ + O₂↑
- Окислительные свойства:
H₂SeO₄ + 2HCl → Cl₂↑ + H₂SeO₃ + H₂O
H₂SeO₄ + Au → Au₂(SeO₄)₃ + 3H₂SeO₃ + 3H₂O
3. Селенаты:
Химические свойства:
2CaSeO₄ → 2CaSeO₃ + O₂↑ — t⁰
Раздел 6. All in all.
Мы рассмотрели основные физические и химические свойства серы, селена и их соединений. На основании этого можно выделить следующие закономерности:
- Несмотря на нахождение в одной подгруппе периодической системы сера и селен отличаются довольно сильно, начиная с физических свойств, заканчивая реакционной способностью;
- Почти все соединения серы и селена высокотоксичны и химически активны, очень агрессивные;
- Из-за большего атомного веса селена его соединения, в большинстве своем, являются твердыми веществами, в отличие от многих подобных соединений серы, являющихся газами. Например, H₂S и H₂Se, SO₂ и SeO₂;
- Селеновая кислота — более сильный окислитель, чем серная;
Данные элементы, а особенно сера, являются важными составляющими химической промышленности и фундаментальной химии, именно поэтому их свойства нужно знать и прослеживать перечисленные закономерности.
