Атомы серы обладают уникальной способностью образовывать устойчивые гомоцепи, т.е. цепи, состоящие только из атомов S. Сера образует несколько десятков как кристаллических, так и аморфных модификаций, отличающихся составом молекул и полимерных цепей, способом их упаковки и некоторыми свойствами. Наиболее известны три аллотропных видоизменения серы: сера ромбическая, моноклинная, пластическая (рис. 7).
Рис.7. Аллотропные формы серы
По физическим свойствам сера представляет собой твердое кристаллическое вещество, устойчивое в виде двух модификаций: ромбической α-S лимонно-желтого цвета плотностью 2,07 г/см3 (температура плавления 112,8оC), и моноклинной β-S медово-желтого цвета плотностью 1,97 г/см3 (температура плавления 119,3 оC). Обе эти формы построены из неплоских восьмичленных циклических молекул в виде короны, причем различие между ними заключается в различной взаимной ориентации молекул в кристаллической решетке. Сера является плохим проводником тепла и электричества. В воде вещество практически нерастворимо; плохо растворяется оно и в этаноле, гексане и гептане, несколько лучше — в толуоле и бензоле. Лучшими растворителями серы служат жидкий аммиак (под давлением), сероуглерод и монохлорид серы. Чистая сера не ядовита. Сера способна долгое время сохранять электрические заряды любого знака. (является электретом — аналогом магнита). Сера имеет множество модификаций. Каждой модификации соответствуют различные температуры плавления и кипения, они отличаются друг от друга и другими физическими свойствами. Поэтому, приведенные выше данные относятся к наиболее устойчивой модификации серы — ромбической [17].
Сера — достаточно активный неметалл, способный соединяться практически со всеми химическими элементами, за исключением N2, I2, Au, Pt и инертных газов. В присутствии CO2 на воздухе при температуре выше 300 оC сера образует окислы: SO2 — сернистый ангидрид и SO3 — серный ангидрид, из которых получают, соответственно, сернистую и серную кислоты, а также их соли — сульфиты и сульфаты. В обычных условиях сера соединяется с F2, при нагревании взаимодействует и с Cl2. С бромом S образует только S2Br2, иодиды серы неустойчивы. С водородом при нагревании (150-200оС) сера образует сероводород H2S и в небольшом количестве сульфаны общей формулой H2Sn. Известны и многочисленные сероорганические соединения. При повышенной температуре сера взаимодействует с металлами, образуя соответствующие сернистые соединения (сульфиды) и многосернистые металлы (полисульфиды). При температуре 800-900 оС пары реагируют с углеродом, образуя сероуглерод CS2. Более половины получаемой в мире серы применяется для производства серной кислоты, около 25% выпускаемого вещества используется при выпуске серных солей (главным образом, сульфитов). Оставшаяся же часть продукта находит применение в резинотехнической промышленности (в качестве вулканизующего агента), в сельском хозяйстве (для борьбы с болезнями растений, прежде всего, винограда и хлопчатника), при производстве красителей, пигментов и люминофоров, искусственного волокна, спичек и взрывчатых веществ. Применяется сера и в медицине, ее добавляют в некоторые мази, которыми лечат заболевания кожи. Соединения серы по отрицательному воздействию на окружающую среду занимают одно из первых мест среди загрязняющих веществ. Около 96% серы поступает в атмосферу в виде SO2, остальное количество приходится на долю сульфатов, H2S, CS2, COS и других соединений. Помимо негативного экологического воздействия, элементарная сера в виде пыли раздражает органы дыхания, слизистые оболочки, а также вызывает экземы. ПДК в воздухе составляет 0,07 мг/м3 [5].
Сера существует в природе в свободном состоянии (самородная сера) и в виде минералов — сульфидных (например, пирит FeS2, галенит PbS), сульфатных (гипс CaSO4·2H2O, ангидрит CaSO4, барит BaSO4). Неметалл. Наиболее устойчивые кристаллические модификации: ромбическая — лимонно-жёлтая — моноклинная — медово-жёлтая — и аморфная — пластическая сера. В кристаллическом состоянии построена из неплоских циклических молекул S8. Плохо растворяется в этаноле, хорошо — в сероуглероде и жидком аммиаке. Не реагирует с водой, йодом. Окисляется концентрированными серной и азотной кислотами. Степени окисления: -2, — 1; 0, +1; +2, +3; +4, +5; +6 [14].
Сера реагирует с металлами, водородом, кислородом, галогенами [9]:
3S + 2H2O ( пар)→ 2H2S + SO2 ( выше 400 оС) (1)
S + 2 H2SO4 (конц) →3SO2 + 2H2O (кип) (2)
S + 6HNO3 (конц) → H2SO4 + 6NO2 +2H2O (кип) (3)
S + H2 → H2S (150-200 оС) (4)
S + O2 → SO2 (280-360 оС, сгорание на воздухе, примесь SO3) (5)
2S + C (графит) → CS2 (700-800 оС) (6)
S + Na2SO3 → Na2S2O3 (7)
Итак, сера взаимодействует с простыми веществами – неметаллами, проявляя при этом свойства восстановителя. Непосредственно сера взаимодействует только с фтором. Реакции взаимодействия с другими металлами происходят при нагревании. В реакциях взаимодействия с простыми веществами – металлами сера проявляет свойства окислителя. Эти реакции протекают при нагревании и очень бурно. Сера вступает в реакции взаимодействия со сложными веществами. Она способна растворяться в концентрированных кислотах и расплавах щелочей, причем в последнем случае сера диспропорционирует. Эти реакции происходят при кипении реакционной смеси. При взаимодействии серы с сульфидами металлов происходит образование полисульфидов [2].
Таким образом в данном разделе представлена общая характеристика серы и ее соединений.
