Конспект урока: Халькогены. Сера. Сероводород и сульфиды

VIA-группу периодической системы Д. И. Менделеева составляют шесть химических элементов: О — кислород, S — сера, Те — теллур, Ро — полоний и Lv — ливерморий. Эта группа также имеет общее название — халькогены (переводится как «рождающие руды»). В полном смысле этого слова халькогенами можно назвать только два первых элемента группы, которые входят в состав пород и минералов земной коры. Кислород — самый распространённый элемент в литосфере. Селен и теллур встречаются редко. Селен относится к микроэлементам и играет очень важную роль в жизнедеятельности живых организмов. Полоний — редкий и радиоактивный. Ливерморий был получен искусственно совсем недавно.

Халькогены находятся в VI группе, отсюда можно сделать вывод, что на последнем электронном слое будут располагаться шесть электронов. Такое большое количество электронов говорит о том, что халькогены — неметаллы. Но в группе от кислорода к полонию радиус атома увеличивается, а неметаллические свойства ослабевают настолько сильно, что полоний уже считается металлом.

Важнейший элемент среди халькогенов, конечно, кислород. Он считается родоначальником группы. Кислород — сильный окислитель, по электроотрицательности уступает только фтору.

Обычно в соединениях кислород проявляет степень окисления −2. Исключения — соединения с фтором ${\mathrm{OF}}_2$ и ${\mathrm{O}}_2{\mathrm{F}}_2$ (здесь кислород +2 и +1 соответственно, так как фтор всегда проявляет степень окисления −1). И в пероксидах кислород приобретает степень окисления −1, например, в пероксиде водорода ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2$.

Подробно кислород рассматривается в курсе химии 8 класса. Мы поговорим о сере и начнём со строения её атомов.

Строение атома серы

Рисунок 1. Модель атома серы

В периодической системе химических элементов сера расположена под 16 порядковым номером. Следовательно, в ядре содержится 16 протонов, а в электронной оболочке по трём энергетическим уровням распределены 16 электронов:

₁₆S 2ē, 8ē, 6ē.

 

Сера относится к типичным неметаллам. Для достижения устойчивого состояния ей не хватает двух электронов. Она может легко их принять, проявляя при этом окислительные свойства, её степень окисления становится −2. Также сера может отдавать электроны, приобретая положительную степень окисления. Отдаст два электрона и станет +2 (это происходит достаточно редко), чаще всего сера отдаёт четыре электрона (степень окисления становится +4) или все шесть электронов с последнего энергетического уровня (степень окисления становится +6).

В природе сера встречается в свободном состоянии и в виде соединений.

Сера как простое вещество

Для серы характерна аллотропия, то есть она способна образовывать несколько простых веществ, которые могут переходить друг в друга:

• кристаллическая сера. Молекулы состоят из восьми атомов и образуют замкнутое кольцо — цикл. Представляют собой твёрдые хрупкие блестящие кристаллы лимонно-жёлтого цвета, в воде не растворяются;
• пластическая сера — тягучая масса коричневого цвета. Она образована длинными цепочками атомов, связанных друг с другом.

Химические свойства серы

Сера проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства. Начнём с окислительных.

Окислительные свойства

1. Взаимодействие с металлами

С металлами сера образует сульфиды:
 

$\mathrm{Zn} + \mathrm{S} = \mathrm{ZnS}$,

$2\mathrm{Na} + \mathrm{S} = {\mathrm{Na}}_2\mathrm{S}$.

2. Взаимодействие с другими неметаллами, электроотрицательность которых меньше

В частности, сера реагируют с водородом при нагревании:
 

${\mathrm{H}}_2 + \mathrm{S} \leftrightarrow {\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$.

Образуется сероводород, но так как реакция обратима, в практике её не используют.

Восстановительные свойства

1. Взаимодействие с неметаллами, электроотрицательность которых выше: фтор, кислород, хлор, бром

Например, фтор окисляет серу до высшей степени окисления +6:
 

$\mathrm{S} + 3{\mathrm{F}}_2 = {\mathrm{SF}}_6$.

Сера горит в кислороде с образованием оксида серы (IV):
 

$\mathrm{S} + {\mathrm{O}}_2 = {\mathrm{SO}}_2$.

2. Взаимодействие со сложными веществами. Сера взаимодействует со сложными веществами, которые являются сильными окислителями, например, с азотной кислотой:
 

$\mathrm{S} + 6{\mathrm{HNO}}_3 = {\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4 + 6{\mathrm{NO}}_2\uparrow + 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

Применение и биологическое значение серы

Большая часть добываемой серы используется для производства серной кислоты. Также серу применяют для изготовления спичек и резины. Существуют технологии получения асфальта и цемента на основе серы. Из серы изготавливают порошки для уничтожения вредителей, лекарства.

Биологическое значение серы неоценимо. Это один из самых важных биогенных элементов, то есть элементов, постоянно присутствующих в живых организмах и играющих какую-либо биологическую роль. Сера:

• входит в состав многих белков;
• содержится в некоторых ферментах и витаминах.

Источниками данного элемента для человека служат яйца, телятина, молоко, творог, морепродукты, рыба, бобовые, капуста.

Сера — типичный неметалл, проявляющий окислительные и восстановительные свойства. Она взаимодействует с металлами и неметаллами, а также со сложными веществами-окислителями. Сера находит применение в различных сферах промышленности и имеет важное биологическое значение.