Строение и аллотропия серы

Почему сера бывает жёлтой хрупкой и тягучей коричневой — и что это меняет в химии.

1. Общая характеристика и строение

В основном состоянии атом серы имеет 2 неспаренных электрона. При возбуждении электроны с 3p и 3s орбиталей могут переходить на вакантную 3d-орбиталь, увеличивая число неспаренных электронов до 4, а затем до 6.

Нахождение в природе:

В самородном виде (свободная сера).
Сульфиды: из них самые популярные — ZnS (цинковая обманка), FeS₂ (пирит, железный колчедан), HgS (киноварь).
Сульфаты: CaSO₄·2H₂O (гипс), Na₂SO₄·10H₂O (глауберова соль).

Вопрос 1: Степени окисления

Проверка

Назовите возможные степени окисления атома серы и приведите примеры соединений для каждой из них.

Ответ: -2 ($H_2S, Na_2S$), 0 ($S_8$), +4 ($SO_2, H_2SO_3$), +6 ($SO_3, H_2SO_4$).

2. Аллотропные модификации

Ромбическая сера (S₈)

Самая стабильная форма

Атомы соединены в коронообразные циклические молекулы S₈. Это знакомый всем хрупкий порошок или кристаллы желтого цвета. Нерастворима в воде, но хорошо растворяется в сероуглероде (CS₂).

Моноклинная сера (S₈)

Кристаллизуется при нагреве

Образуется при медленном охлаждении расплавленной серы. Выглядит как темно-желтые иголочки. Устойчива только при температуре выше 95.6 °C. При комнатной температуре постепенно превращается обратно в ромбическую.

Пластическая сера (Sₙ)

Резиноподобная масса

Получается, если кипящую серу резко вылить в холодную воду. Кольца S₈ разрываются и образуют длинные полимерные цепи Sₙ. Это коричневая аморфная масса, тянущаяся как резина. Со временем кристаллизуется и тоже становится ромбической.

Вопрос 1: Аллотропные модификации

Проверка

Какие три основные аллотропные модификации образует сера? Какая из них наиболее термодинамически устойчива при обычных условиях?

Ответ: Ромбическая, моноклинная и пластическая. Наиболее устойчива — ромбическая сера (состоит из кольцевых молекул $S_8$).