· На взрывных работах (пропитывают пористые материалы)
· В химическом производстве (для получения кислот)
2. Напишите уравнение реакции между серной кислотой и гидроксидом бария.
2HCl + Ba(OH)2 > 2H2O + BaCl2
Билет №17
1. Сера. Важнейшие соединения серы. Действие сероводорода на организм. Применение серы и ее соединений в медицине.
Сера расположена в главной подгруппе VI группы и в третьем периоде периодической системы химических элементов Менделеева.
Электронная конфигурация серы в основном состоянии:
Атом серы содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и две неподеленные электронные пары в основном энергетическом состоянии. Следовательно, атом серы может образовывать 2 связи по обменному механизму, как и кислород. Однако, в отличие от кислорода, за счет вакантной 3d орбитали атом серы может переходить в возбужденные энергетические состояния.
Электронная конфигурация серы в первом возбужденном состоянии:
Электронная конфигурация серы во втором возбужденном состоянии:
Таким образом, максимальная валентность серы в соединениях равна VI. Также для серы характерна валентность -- IV.
Степени окисления атома серы - от -2 до +4. Характерные степени окисления -2, 0, +4, +6.
Сера образует различные простые вещества (аллотропные модификации).
Наиболее устойчивая модификация серы - ромбическая сера S8. Это хрупкое вещество желтого цвета.
Моноклинная сера - это аллотропная модификация серы, в которой атомы соединены в циклы в виде «короны». Это твердое вещество, состоящее из темно-желтых игл, устойчивое при температуре более 96оС, а при обычной температуре превращающееся в ромбическую серу.
Пластическая сера - это вещество, состоящее из длинных полимерных цепей. Коричневая резиноподобная аморфная масса, нерастворимая в воде.
В природе сера встречается:
· в самородном виде;
· в составе сульфидов (сульфид цинка ZnS, пирит FeS2, сульфид ртути HgS - киноварь и др.)
· в составе сульфатов (CaSO4·2H2O - гипс, Na2SO4·10H2O - глауберова соль)
Типичные соединения серы
Оксид серы(VI) SO3
Серная кислота H2SO4 степень окисления +6
Сульфаты Na2SO4
Галогенангидриды: SО2Cl2
Оксид серы (IV) SO2
Сернистая кислота H2SO3
Сульфиты Na2SO3 степень окисления +4
Гидросульфиты Mg(HSO3)2
Галогенангидриды: SOCl2
Сероводород H2S степень окисления -2
Сульфиды металлов FeS
1. В промышленных масштабах серу получают открытым способом на месторожде-ниях самородной серы, либо из вулканов. Из серной руды серу получают также пароводяными, фильтрационными, термическими, центрифугальными и экстракцион-ными методами. Пароводяной метод - это выплавление из руды с помощью водяного пара.
2. Способ получения серы в лаборатории - неполное окисление сероводорода.
2H2S + O2 > 2S + 2H2O
3. Еще один способ получения серы - взаимодействие сероводорода с оксидом серы (IV):
2H2S + SO2 > 3S + 2H2O
Химические свойства серы
В нормальных условиях химическая активность серы невелика: при нагревании сера активна, и может быть как окислителем, так и восстановителем.
1. Сера проявляет свойства окислителя (при взаимодействии с элементами, которые расположены ниже и левее в Периодической системе) и свойства восстановителя (с элементами, расположенными выше и правее). Поэтому сера реагирует с металлами и неметаллами.
1.1. При горении серы на воздухе образуется оксид серы (IV):
S + O2 > SO2
1.2. При взаимодействии серы с галогенами (со всеми, кроме йода) образуются галогениды серы:
S + Cl2 > SCl2 (S2Cl2)
S + 3F2 > SF6
1.3. При взаимодействии фосфора и углерода с серой образуются сульфиды фосфора и сероуглерод:
2P + 3S > P2S3
2P + 5S > P2S5
2S + C > CS2
1.4. При взаимодействии с металлами сера проявляет свойства окислителя, продукты реакции называют сульфидами. С щелочными металлами сера реагирует без нагревания, а с остальными металлами (кроме золота и платины) - только при нагревании.
Например, железо и ртуть реагируют с серой с образованием сульфидов железа (II) и ртути:
S + Fe > FeS
S + Hg > HgS
Еще пример: алюминий взаимодействует с серой с образованием сульфида алюминия:
3S + 2Al > Al2S3
1.5. С водородом сера взаимодействует при нагревании с образованием сероводорода:
S + H2 > H2S
2. Со сложными веществами сера реагирует, также проявляя окислительные и восстановительные свойства. Сера диспропорционирует при взаимодействии с некоторыми веществами.
2.1. При взаимодействии с окислителями сера окисляется до оксида серы (IV) или до серной кислоты (если реакция протекает в растворе).
Например, азотная кислота окисляет серу до серной кислоты:
S + 6HNO3 > H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
Серная кислота также окисляет серу. Но, поскольку S+6 не может окислить серу же до степени окисления +6, образуется оксид серы (IV):
S + 2H2SO4 > 3SO2 + 2H2O
Соединения хлора, например, бертолетова соль, также окисляют серу до +4:
3S + 2KClO3 > 3SO2 + 2KCl
Взаимодействие серы с сульфитами (при кипячении) приводит к образованию тиосульфатов:
S + Na2SO3 > Na2S2O3
2.2. При растворении в щелочах сера диспропорционирует до сульфита и сульфида.
Например, сера реагирует с гидроксидом натрия:
S + 6NaOH > Na2SO3 + 2Na2S + 3H2O
При взаимодействии с перегретым паром сера диспропорционирует:
3S + 2H2O(пар) > 2H2S + SO2
Качественные реакции:
а) Качественная реакция на сульфит- и сульфат-ионы
Сера образует ряд кислот. Соли серной кислоты H2SO4 называют сульфатами, сернистой H2SO3 - сульфитами. Качественная реакция на сульфат и сульфит-ионы - реакция с растворимой солью бария.
BaCl2 + Na2SO3 > BaSO3v + 2NaCl
BaCl2 + Na2SO4 > BaSO4v + 2NaCl
В двух пробирках появляются белые кристаллические осадки сульфата бария и сульфита бария. Как различить эти осадки? При добавлении раствора азотной кислоты осадок сульфита бария растворяется, а осадок сульфата бария остается без изменения.
б) Качественные реакции на сульфид-анион S2-
Из сульфидов растворимы сульфиды только щелочных металлов и аммония. Нерастворимые сульфиды имеют специфическую окраску, по которым можно определить тот или иной сульфид.
Окраска:
MnS - телесный (розовый).
ZnS - белый.
PbS - черный.
Ag2S - черный.
CdS - лимонно-желтый.
SnS - шоколадный.
HgS (метакиноварь) - черный.
HgS (киноварь) - красный.
Sb2S3 - оранжевый.
Bi2S3 - черный.
Некоторые сульфиды при взаимодействии с кислотами - неокислителями образуют токсичный газ сероводород H2S с неприятным запахом (тухлых яиц):
Na2S + 2HBr > 2NaBr + H2S^
S2- + 2H+ > H2S^
А некоторые устойчивы к разбавленным растворам HCl, HBr, HI, H2SO4, HCOOH, CH3COOH - к примеру CuS, Cu2S, Ag2S, HgS, PbS, CdS, Sb2S3, SnS и некоторые другие. Но они переводятся в раствор конц. азотной кислотой при кипячении (Sb2S3и HgS растворяются тяжелее всего, причем последний гораздо быстрее растворится в царской водке): to
CuS + 8HNO3 > CuSO4 + 8NO2^ + 4H2O
Также сульфид-анион можно выявить, приливая раствор сульфида к бромной воде:
S2- + Br2 > Sv + 2Br-
Образующаяся сера выпадает в осадок.
в) Качественная реакция на тиосульфат-анион S2O3
При добавлении раствора серной или соляной кислоты к раствору тиосульфата образуется диоксид серы SO2 и выпадает в осадок элементарная сера S:
S2O3 + 2H+ > Sv + SO2^ + H2O
Действие сероводорода на организм
Сероводород в зависимости от концентрации оказывает как положительное, так и отрицательное действие на жизнедеятельность организма и его физиологические процессы. Это химическое соединение может образовываться во внутренних средах или поступать из внешнего окружения. Влияние сероводорода на организм человека многогранное, как полезное, так и отравляющее, способное вызвать мгновенную смерть.
Вещество образуется в процессе гниения белковых соединений, которые содержат в своём составе аминокислоты с серой. Сероводород в незначительном количестве вырабатывается в кишечнике человека.
Эндогенный, образующийся в организме, сероводород важен для нормальных физиологических процессов. Он принимает активное участие в синаптической передаче нервных импульсов. Положительно влияет на головной мозг, способствует развитию памяти и восприятию новой информации.
Газ является спазмолитиком, при его использовании расслабляются кровеносные сосуды мелкого калибра и гладкая мускулатура полых органов. Поэтому сероводород - это профилактика развития сердечно-сосудистой патологии.
Вещество регулирует внутриклеточные обменные процессы.
В небольших объёмах действует как антиоксидант, снижает выраженность воспаления тканей.
Сероводород, находящийся в воздухе, опасен для человека (класс опасности-2). Газ попадает внутрь организма ингаляционным и трансдермальным (через кожу) путём.
Внешние источники отравляющего вещества:
· полигоны твёрдых и жидких отходов, в которых активно проходят процессы гниения;
· выгребные ямы, канализация, очистные водные сооружения, туннели;
· нефтеперерабатывающая, химическая и газовая промышленность;
· предприятия по производству целлюлозы, чугуна, асфальтной крошки;
· химические лаборатории.
Попадая в организм, вещество окисляется и образует неорганические соединения. При вдыхании сероводород парализует обонятельные нервы, и человек перестаёт ощущать запах газа, который оказывает смертельное действие. Это часто приводит к сильным отравлениям из-за неспособности своевременно распознать и прекратить контакт с токсическим источником.
При проникновении во внутренние среды организма механизм токсического действия направлен на поражение нервной и кроветворной системы, костный мозг.
Газ оказывает поражающее воздействие на слизистые оболочки. Из-за разрушения гемоглобина приводит к выраженной гипоксии (кислородное голодание). Такое системное влияние нарушает функциональность всех органов. Первым под токсическое отравление попадает мозг.
Применение серы и ее соединений в медицине.
1. Очищенная мелкодисперсная сера применяется наружно в 15--20%-ных мазях и присыпках при лечении псориаза, себореи, чесотки и внутрь в качестве слабительного и отхаркивающего средства. Она взаимодействует с органическими веществами, образуя сульфиды и пентатионовую кислоту, которые оказывают противомикробное и противопаразитарное действие.
2. Радиоактивная сера и меченные ею соединения используются в экспериментальной медицине в качестве индикаторов.
3. 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.
4. Сероводородные (H2S) ванны благоприятно влияют на организм при различных заболеваниях.
5. Большое распространение получили производные моноамида серной кислоты -- сульфаниламидные препараты: стрептоцид, норсульфазол, сульфадиметоксин, сульфамонометоксин, фталазол и др., обладающие антибактериальной активностью.
6. Пентагидрат тиосульфата натрия Na2S2O3-5H2O применяется как противоядие при отравлениях цианидами, синильной кислотой, солями тяжелых металлов, йодом.
7. Тиосульфат натрия Na2S2O3 в виде 30%-ного раствора применяется как антисептическое средство при аллергических заболеваниях, артритах, невралгиях, красной волчанке. Наружно тиосульфатом лечат чесотку, грибковые заболевания.
При подкислении водных растворов тиосульфата образуются сера и оксид серы (IV):
Эта реакция лежит в основе метода лечения чесотки по Демьяновичу: сначала в кожу втирается раствор Na2S2O3, а затем раствор НС1. Образующиеся при этом продукты реакции (SO2 и S) оказывают противопаразитарное действие.
Na2S2O3 используется при отравлении цианидами, так как окисляет цианид-анион в значительно менее ядовитый тиоцианат-анион:
Со многими ионами-токсикантами: кадмия, меди (I), ртути (II), свинца (II), серебра - тиосульфат-анион образует прочные комплексы и малорастворимые нетоксичные соединения, поэтому он используется как универсальный антидот:
8. Серная кислота H2SO4 применяется как противоядие при отравлениях солями бария и свинца, для подкисления микстур. Определение сульфатов в моче позволяет судить о процессах гниения белков в кишечнике.
Концентрированная серная кислота оказывает прижигающее действие путем дегидратации поверхностных элементов с образованием плотного струпа (коагуляционный некроз).
9. В медицине широкое применение нашли различные сульфаты: Na2SO4-10H2O -- глауберова соль, CaSO4-2H2O -- гипс, 2CaSO4-H2O -- алебастр, MgSO4-7H2O, BaSO4, CuSO4, ZnSO4, FeSO4-7H2O -- железный купорос, KA1(SO4)2-12H2O -- алюмокалиевые квасцы.
10. Сукцимер,
Пеницилламин
и унитиол
называют антидотами. Они используются при отравлениях мышьяком, ртутью, кадмием, свинцом, хромом, кобальтом и некоторыми радиоактивными элементами, так как являясь мягкими основаниями, связывают мягкие кислоты -- ионы токсичных металлов, согласно принципу ЖМКО, в прочные комплексные соединения, которые затем выводятся с мочой из организма, например: