Если это хим. соединение и встречается в составе воды открытых водных источников, то в незначительных концентрациях. Его обнаруживают в придонных слоях, где оно образуется из-за затрудненной аэрации и нехватки ветрового перемешивания водных массивов. Происходит данный процесс преимущественно в зимние месяцы, летом же он вызывается интенсивным биохимическим окислением органики, находящейся в толще воды. Избыточная сероводородная насыщенность - это показатель серьезной органической загрязненности водоема.

Следует заметить, что для этого сернистого соединения характерны три формы присутствия в воде:

H 2 S - недиссоциированные молекулы;

HS - ионы гидросульфида;

S 2- - ионы сульфида (данная форма встречается существенно реже других).

Соотношение их концентраций выстраивается на базе значений рН конкретного водного объекта:

рН < 10 (насыщенность сульфидными ионами можно в расчет не принимать);

рН = 7 (H2S и HS- находятся примерно в одинаковой пропорции);

рН = 4 (99.8% сероводорода представляет собой молекулы H 2 S).

К первоочередным поставщикам сульфидов и сероводорода относятся процессы восстановления, протекающие на фоне биохимического окисления и бактериального разложения различных соединений. Особенной интенсивностью отличаются процессы, протекающие в подземных источниках и в придонных слоях открытых водоемов. Естественными катализаторами служат: дефицит кислорода и слабое перемешивание водных масс. В реакцию вступают как соединения органического происхождения, так и вещества, поступающие в хозяйственно-бытовых стоках.

Эти соединения поступают в водные объекты в сливах предприятий металлургии и пищевкусовой отрасли, добавляются со сбросами химических комбинатов. Например, при производстве сульфатной целлюлозы в воду поступает около 0.01-0.014 миллиграммов этих соединений на каждый литр. Значительны также и поступления с нефтеперерабатывающих заводов и с коллекторными городскими стоками. Высокий процент сульфидов и сероводорода примешивается к воде минеральными удобрениями.

Кислородное обогащение и микробиологическая активность быстро снижают сероводородную насыщенность. В результате окисления и жизнедеятельности тионовых, бесцветных и окрашенных серных бактерий в воду выделяются сульфаты и сера. Процесс проходит с высокой интенсивностью - за сутки в литре воды может быть образовано до 0.5 г сероводорода. Данное сернистое соединение отличается токсичностью и неприятным запахом, серьезно ухудшающим органолептические показатели воды. Такую воду нельзя использовать как для питья, так и хозяйственных целей.

ПДК сульфидов и сероводорода для рыбопромысловых водных объектах и водоёмах культурно-бытового пользования отсутствует. Наличие этих веществ недопустимо.

Сульфаты

Эти важнейшие анионы обнаруживаются едва ли ни в любом из водоемов, находящихся на поверхности. Источники поступления в природе - это окисление серы и сульфидов, а также хим. выветривание и растворение гипса и прочих серосодержащих минералов.

2S + 3O 2 + 2H 2 O = 2H 2 SO 4 ;

2FeS 2 + 7O 2 + 2H 2 O = 2FeSO 4 + 2H 2 SO 4 .

Однако у сульфатов существует и множество иных путей поступления в водоемы. Поставщиками этих соединений выступают такие процессы, как отмирание и окисление водных организмов, а также веществ, попадающих в воду с наземными растениями и животными. Они заносятся с подземными стоками. Их выносят стоки от коммунальной и сельскохозяйственной деятельности. Шахтные воды и промышленные сбросы (например, после окисления пирита), где необходимо использование серной кислоты, также богаты сульфатными примесями.

Форма SO 4 2- присуща только для ионного состава воды с малой минерализацией. При увеличении минеральной насыщенности проявляется склонность сульфатов к объединению в устойчивые ассоциировано-нейтральные ионные пары (например, CaSO 4 , MgSO 4). Для сульфата кальция характерен сравнительно невысокий уровень растворимости в воде (L=6.1.10-5 - произведение растворимости), как следствие - при незначительной концентрации сульфата кальция в воде, сульфатные ионы в значительных концентрациях не обнаруживаются. Присутствие иных солевых примесей и низкое содержание кальция могут стать причиной существенного повышения концентрации растворённых сульфатов в воде.

В многоступенчатом круговороте серы сульфатам отведено определённое место. Сульфатредуцирующие бактерии (при кислородном отсутствии) восстанавливают эти соединения до состояния сульфидов и сероводорода, которые будут окислены до сульфатов, как только количество кислорода снова увеличится. Бактерии-гетеротрофы высвобождают серу, содержащуюся в форме сероводорода в протеинах отмерших живых клеток. Сульфаты отфильтровывают из воды автотрофные организмы, например, деревья, чтобы использовать их для построения белков.

Содержание сульфатов разниться для вод разных типов источников. По результатам анализа можно обнаружить:
Реки и пресные озера - 5-10 мг/дм 3 (иногда содержание сульфатов может достигать отметки в 60 мг/дм 3);
Вода дождевая - 1-10 мг/дм 3 .
В пробах, взятых из водных источников, залегающих под землей, уровень насыщенности сульфитами обычно гораздо выше.

Концентрация сульфатов зачастую коррелирует с общим солесодержанием водоема и подвержена ощутимым колебаниям в зависимости от текущего сезона. Из факторов, участвующих в формировании сульфатного режима, наиболее существенными являются перемены в соотношении поверхностного и подземного стоков. Немалое влияние оказывают баланс окислительных и восстановительных процессов, а также антропогенное загрязнение водоёма, содержание органических веществ.

Перенасыщенность сульфатами ухудшает органолептические характеристики. Такая вода опасна своим физиологическим воздействием на организм. Явный слабительный эффект, свойственный сульфатам, стал причиной строгой регламентации их предельно допустимых концентраций (пределы отражены в нормативных актах). Для вкусового порога сульфата магния характерны показатели в 400-600 мг/дм 3 , для сульфата кальция - 250-800 мг/дм 3 . Особой жесткостью отличаются требования к воде, используемой в паросиловых установках (кальций при взаимодействии с сульфатами образует трудноудаляемый осадок - накипь). Присутствие этих соединений в воде для промышленных и питьевых целей может быть полезным, но может наносить и вред.

ПДК питьевая вода - 500 мг/дм 3 ;
ПДК рыб-хоз - 100 мг/дм 3 .

Влияние сульфатов на коррозийные процессы не обнаружено, однако концентрация выше 200 мг/дм 3 чревата вымыванием свинца из свинцовых труб.

Сероуглерод

Обладающее резким запахом прозрачное вещество. Летучая жидкость. Политропный яд, вызывающий интоксикации как острого, так и хронического течения.

Результаты воздействия:

- Поражение периферической и центральной нервных систем;

- Нарушение сердечнососудистой деятельности;

- Поражение органов ЖКТ;

- Нарушения в обмене никотиновой кислотой и витамином В6.

Один из источников попадания этого соединения в открытые водоемы - это производственные сбросы комбинатов, осуществляющих выпуск шелка из вискозы, стоки заводов по изготовлению искусственной кожи, а также отходы многих других технологических циклов. Угнетающе на развитие микрофлоры (сапрофитные формы) сероуглерод влияет уже при концентрации в 30-40 мг/дм 3 . Рыбы способны выдерживать показатель в 100 мг/дм 3 .

ПДК питьевая воды (органолептическое ограничение по показателю вредности) - 1.0 мг/дм 3 ;
ПДК рыб-хоз (токсикологическое ограничение по показателю вредности) - 1.0 мг/дм 3 .

Уважаемые господа, если у Вас имеется потребность коррекции серосодержащих соединений для доведения качества воды до определённых нормативов, сделайте запрос специалистам компании Waterman . Мы разработаем для Вас оптимальную технологическую схему очистки воды.

СЕРА

Растворяем серу

Сера, которая, как известно, не растворяется в воде и в незначительных количествах растворяется в бензоле, спирте или эфире, прекрасно растворяется в сероуглероде cs2.

Если медленно испарять на часовом стекле раствор небольшого количества серы в сероуглероде, то получим крупные кристаллы так называемой ромбической или а-серы. Но не будем забывать об огнеопасности и ядовитости сероуглерода, поэтому потушим все горелки и поставим часовое стекло под тягу или перед окном.

Другая форма - моноклинная или b-cepa получится, если терпеливо выкристаллизовывать из толуола иглы длиной около 1 см (толуол также огнеопасен!).

Получение сероводорода и опыты с ним

Поместим в пробирку немного (с горошину) полученного сульфида железа и добавим разбавленной соляной кислоты. Вещества взаимодействуют с бурным выделением газа:

fes + 2hcl = h2s + fecl2

Из пробирки доносится неприятный запах тухлых яиц - это улетучивается сероводород. Если его пропустить через воду, то он частично растворится. Образуется слабая кислота, раствор которой часто называют сероводородной водой.

При работе с сероводородом надо соблюдать чрезвычайную осторожность, так как газ почти так же ядовит, как синильная кислота hcn. Он вызывает паралич дыхательных путей и смерть, если концентрация сероводорода в воздухе составляет 1,2-2,8 мг/л.

Химически сероводород обнаруживают с помощью влажной свинцовой реактивной бумаги. Чтобы получить ее, смочим фильтровальную бумагу разбавленным раствором ацетата или нитрата свинца, высушим её и разрежем на полоски шириной 1 см. Сероводород взаимодействует с ионами свинца, в результате образуется чёрный сульфид свинца. Таким способ можно обнаружить сероводород в испорченных продуктах питания (яйцах, мясе).

Мы рекомендуем получать сероводород сухим методом, так как в этом случае поток газа можно легко регулировать и перекрыть в нужное время. Для этой цели расплавим в фарфоровой чашке около 25 г парафина и смешаем с расплавом 15 г серы. Затем уберём горелку и будем перемешивать массу до застывания. Твердую массу размельчим и сохраним для дальнейших опытов.

Когда надо получить сероводород, несколько кусочков смеси парафина и серы нагреем в пробирке до температуры выше 170°С. При повышении температуры выход газа усиливается, а если убрать горелку - прекращается. В процессе реакции водород парафина взаимодействует с серой, в результате чего образуется сероводород, а в пробирке остаётся углерод, например:

c40h82 + 41s = 41h2s + 40c

Получаем сульфиды

Чтобы рассмотреть окраску выпадающих в осадок сульфидов металлов, пропустим сероводород через растворы различных солей металлов. Сульфиды марганца, цинка, кобальта, никеля и железа выпадут, еcли в растворе создать щелочную среду (например, добавив гидроксид аммония). В солянокислом растворе выпадут сульфиды свинца, меди, висмута, кадмия, сурьмы и олова.

Горение сероводорода

Сделав предварительно пробу на гремучий газ, подожжем сероводород, выходящий из оттянутой на конце стеклянной трубки. Сероводород горит с появлением бледного пламени с голубым ореолом:

ЗН2s + ЗО2 = 2h2o + 2so2

В результате сгорания возникает оксид серы (iv) или серрнистый газ. Его легко определить по резкому запаху и по покраснению влажной голубой лакмусовой бумажки. При недостаточном доступе кислорода сероводород окисляется только до серы. Активный уголь каталитически ускоряет этот процесс. Этим способом часто пользуются при тонкой очистке промышленных газов, содержание серы в которых не должно превышать 25 г/м3:

2h2s + О2 = 2Н2О + 2s

Нетрудно воспроизвести этот процесс. Схема установки изображена на рисунке. Главное заключается в том, что пропустить через активный уголь воздух и сероводород в отношении 1: 3. На угле выделится желтая сера.

Активный уголь можно очистить от серы, промыв его в сероуглероде. В технике для этой цели применяют чаще всего раствор сульфида аммония (nh4)2s.

Эксперименты с сернистой кислотой

Оксид серы (iv) - сернистый газ - чрезвычайно хорошо растворяется в воде, в результате этого образуется сернистая кислота:

h2o + so2 = h2so3

Она убивает микробы и обладает отбеливающим действие;. На пивоваренных и винодельческих заводах серой окуривав бочки. Сернистым газом отбеливают также корзины из ивовых прутьев, влажную шерсть, солому, хлопок и шелк. Пятна

От черники, например, выводятся, если долгое время держать увлажненное загрязненное место в "парах" горящей серы.

Проверим отбеливающее действие сернистой кислоты. Для этого цилиндр, где некоторое время горели кусочки серы, опустим различные окрашенные предметы (цветы, влажные кусочки ткани, важную лакмусовую бумагу и т. д.), хорошо закроем цилиндр стеклянной пластинкой и некоторое время подождем.

Тот, кто когда-нибудь изучал атомное строение элементов, знает, что в атоме серы на внешней орбите имеется шесть так называемых валентных электронов. Поэтому сера максимально может быть в соединениях шестивалентной. Этой степени окисления соответствует оксид серы (vi) с формулой so3. Он является ангидридом серной кислоты:

h2o + so3 = h2so4

При сгорании серы в обычных условиях всегда получается оксид серы (iv). А если и образуется некоторое количество оксида серы (vi), то чаще всего он тотчас же разлагается под действием тепла на оксид серы (iv) и кислород:

2so3 = 2so2 + o2

При производстве серной кислоты главной проблемой является превращение sО2 в so3. Для этой цели сейчас используются два способа: камерный (или улучшенный - башенный) и контактный. (см. опыт "Получение серной кислоты)

Получение серной кислоты

Камерный способ

Заполним оксидом серы (iv) so2 большой сосуд (круглодонную колбу на 500 мл), поместив в него на некоторое время горящие кусочки серы или подведя газ из аппарата, где он образуется. Оксид серы (iv) можно также относительно легко получить, капая концентрированную серную кислоту в концентрированный раствор сульфита натрия na2so3. При этом серная кислота, как более сильная, вытеснит слабую кислоту из ее солей.

Когда колба заполнится газом, закроем ее пробкой с тремя отверстиями. В одно, как показано на рисунке, вставим согнутую под прямым углом стеклянную трубку, соединенную с боковым отводом пробирки, в которой при взаимодействии кусочков меди и азотной кислоты образуется оксид азота (iv):

4hno3 + Сu = cu(no3)2 + 2h2o + 2no2

Концентрация кислоты должна составлять около 60% (масс.). Внимание! no2 - сильный яд!

В другое отверстие введем соединенную с пробиркой стеклянную трубку, через которую позже пойдет водяной пар.

В третье отверстие вставим короткий кусок трубки с бунзеновским клапаном - коротким куском резинового шланга с прорезью. Сначала создадим сильный приток- в колбу окси азота. (Осторожно! Яд!) Но реакция пока не идет. В колбе находится смесь коричневого no2 и бесцветного so2. К только мы пропустим водяной пар, изменение окраски укажет на то, что реакция началась. Под действием водяного пара оксид азота (iv) окисляет оксид серы (iv) до оксида серы (vi), который Тотчас же, взаимодействуя с водяным паром, превращаясь в серную кислоту:

2no2 + 2so2 = 2no + so3

На дне колбы соберется бесцветный конденсат, а излишек газа и паров уйдет через бунзеновский клапан. Выльем бесцветную жидкость из колбы в пробирку, проверим кислую реакцию лакмусовой бумажкой и обнаружим сульфат-ион so42- полученной серной кислоты, добавив раствор хлорид бария. Толстый белый осадок сульфата бария укажет нам успешное проведение опыта.

По этому принципу, но в гораздо большем масштабе, получают серную кислоту в технике. Раньше реакционные камер были футерованы свинцом, так как он устойчив при воздействии паров серной кислоты. В современных башенных установках применяют реакторы на керамической основе. Но большее количество серной кислоты производят сейчас по контактному способу.

Контактный способ

При производстве серной кислоты применяют различное сыры Чистая сера стала применяться в только в 60-х годах. В большинстве случаев на предприятиях получают оксид серы (iv) обжигом сульфидных руд. Во вращающейся трубчатой печи или в многоярусной печи пирит взаимодействует с кислородом воздуха по следующему уравнению:

4fes2 + 11О2 = Зfe2o3 + 8so2

Образующийся оксид железа (iii) удаляется из печи в виде окалины и перерабатывается далее на предприятиях по получению чугуна. Растолчем в ступке несколько кусочков пирита и поместим их в трубку из тугоплавкого стекла, которую закроем пробкой с отверстием. Затем горелкой сильно нагреем трубку, одновременно пропуская через нее воздух с помощью резиновой груши. Для того чтобы осела летучая пыль из обжигового газа, отведем его в пустой стеклянный сосуд, а из него - во вторую тугоплавкую трубку, в которой находится катализатор, нагретый до 400-500 °С. В технике чаще всего в качестве катализатора используют оксид ванадия (v) v2o5 или ванадат натрия navo3, а мы для этой цели применим красный оксид железа (iii) fe2О3. Нанесем мелкоизмельченный оксид железа на стеклянную вату, которую распределим в трубке слоем Длиной 5 см. Трубку с катализатором нагреем до начала красного каления. На катализаторе оксид серы (iv) взаимодействует с кислородом воздуха; в результате образуется оксид серы (vi)

2so2 + o2 = 2so3

который мы различим по его способности образовывать туман во влажном воздухе. Соберем so2 в пустой колбе и, сильно отряхивая, смешаем с небольшим количеством воды. Получим серную кислоту - ее наличие докажем, как и в предыдущем способе.

Можно также поместить разделенные стеклянной ватой и катализатор в одну из стеклянных трубок. Можно работать и в пробирке с боковым отводом. Положим на пробирки пирит, на него слой стеклянной ваты, а затем стеклянную вату с катализатором. Воздух введем сверху в трубку, которая должна подходить вплотную к катализатору. На боковом отводе укрепим согнутую под углом трубку, которая ведет в пробирку.

Если нет пирита, то в пробирке с боковым отводом получим оксид серы (iv) из сульфита или гидросульфита натри серной кислоты, и затем пропустим над катализатором полученный газ вместе с потоком воздуха или кислорода. В качестве катализатора можно применить также оксид хрома (Ш) который следует прокалить в железном тигле и тонко растолочь в ступке. Для этой же цели можно пропитать раствором су фата железа (ii) глиняный черепок и затем сильно прокалить его. На глине при этом образуется тонкий порошок оке железа (iii).

Кислота из гипса

Если сульфидов металлов мало (как, например, в Германии) исходными продуктами для получения серной кислоты может служить ангидрит caso4 и гипс caso4-h2o. Метод получения оксида серы (iv) из этих продуктов был разработан Мюллером и Кюне еще 60 лет, назад.

Способы получения серной кислоты из ангидрита будут иметь значение и в будущем, так как серная кислота является самым распространенным химическим продуктом. Сульфаты можно разложить, применяя высокую (до 2000 °С) температуру. Мюллер установил, что температуру разложения сульфата кальция можно снизить до 1200 °С, если добавить тонкоизмельченный кокс. Сначала, при 900 °С, кокс восстанавливает сульфат кальция до сульфида, а тот в свою очередь при температуре 1200 °С взаимодействует с неразложившимся сульфатом; при этом образуется оксид серы (iv) и негашенная известь:

caso4 + 2c = cas + 2co2

cas + 3caso4 = 4cao + 4so2

Разложить сульфат кальция в лабораторных условиях удастся только при применении соответствующей высокой температуры. Будем работать с аппаратурой, подобной той, какая была использована при обжиге пирита, только трубку для сгорания возьмем фарфоровую или железную. Закрой трубку пробками, обернутыми для теплоизоляции асбестовой тканью. В отверстие в первой пробке вставим капилляр, а во второй-простую стеклянную трубку, которую соединим: промывной склянкой, наполненной наполовину водой или раствором фуксина.

Реакционную смесь приготовим следующим образом. Растолчем в ступке 10 г гипса, 5 г каолина (глина) и 1,5 г активного порошкообразного угля. Смесь высушим, нагревая некоторое время при 200 °С в фарфоровой чашке. После охлаждения (лучше всего в эксикаторе) внесем смесь в середину трубки для сжигания. При этом обратим внимание на то, чтобы она не заполнила все поперечное сечение трубки. Затем сильно нагреем трубку с помощью двух горелок (одна снизу, вторая наклонно сверху) и, когда трубка накалится, пропустим через всю систему не слишком сильный поток воздуха. Уже через 10 минут, благодаря образованию сернистой кислоты, раствор фуксина в промывной склянке обесцветится. Выключим водоструйный насос и прекратим нагревание.

Получить высокую температуру мы можем также, если обмотаем как можно плотнее фарфоровую трубку нагревательной спиралью на 750-1000 Вт (см. рисунок). Концы спирали соединим с толстой медной проволокой, которую также многократно обмотаем вокруг трубки, а затем изолируем с помощью фарфоровых бусинок и подведем к штекеру. (Осторожно при работе с напряжением 220 В!) Естественно, в качестве источника нагрева может пригодиться также стеклодувная горелка или паяльная лампа.

В технике работают со смесью ангидрита, кокса, глины, песка и колчеданного огарка fe2o3. Червячный транспортер сдает смесь в 70-метровую вращающуюся трубчатую печь, где сжигают пылевидный уголь. Температура в концевой части печи, в месте горения, составляет примерно 1400 °С. При этой температуре образующаяся в ходе реакции негашеная известь сплавляется с глиной, песком и колчеданным огарком в результате получается цементный клинкер. Остывший клинкер размалывают и смешивают с несколькими процентами гипса. Получившийся в результате высококачественный портландцемент поступает в продажу. При тщательном проведении и контроле процесса из 100 т ангидрита (плюс глина, песок, kокс и колчеданный огарок) можно получить около 72 т cepной кислоты и 62 т цементного клинкера.

Серную кислоту можно получать также из кизерита (сульфата магния mgso4 -Н2О).

Для опыта воспользуемся такой же установкой, как и для разложения гипса, но трубку на этот раз возьмем из тугоплавкого стекла. Реакционную смесь получим, прокалив в фарфоровой чаше 5 г сульфата магния, а в железном тигле с крышкой-0,5 г активного угля, и затем смешав их и растет в ступке до пылеобразного состояния. Перенесем смесь в фарфоровую лодочку и поместим ее в реакционную трубку.

Белая масса, которая получится в конце опыта в фарфор вой лодочке, состоит из оксида магния. В технике его перерабатывают в цемент Сореля, являющийся основой для производства ксилолита.

Получение таких важных для строительной промышленности производных продуктов, как цементный клинкер и ксилолит, делает производство серной кислоты из местного сырья особенно экономичным. Переработка промежуточных и побочных продуктов в ценное сырье или конечные продукты является важным принципом химической промышленности.

Получим ксилолит

Смешаем равные части оксида магния и опилок с растворе хлорида магния и слой образовавшейся кашицы толщине около 1 см нанесем на подложку. Через 24-48 ч масса затвердеет, как камень. Она не горит, ее можно сверлить, пилить прибивать гвоздями. При строительстве домов ксилолит применяют как материал для полов. Древесное волокно, затвердевшее без заполнения промежутков с цементом Сореля (магнизиальным цементом), спрессованное и склеенное в плиты используется в качестве легкого, тепло- и звуконепроницаемого строительного материала (плиты Гераклита).

Описание и свойства серы

Сера представляет собой вещество, которое находится в в 16 группе, под третьим периодом и имеет атомный номер – 16. Она может встретиться как в самородном, также и в связанном виде. Обозначается сера литерой S. Известна формула серы – (Ne)3s 2 3p 4 . Сера как элемент входит в состав многих белков.

На фото кристаллы серы

Если говорить о строении атома элемента серы , то на внешней его орбите есть электроны, валентное число которых достигает шести.

Это объясняет свойство элемента быть максимально шестивалентным в большинстве объединений. В структуре природного химического элемента есть четыре изотопа, и это – 32S, 33S, 34S и 36S. Говоря о внешней электронной оболочке, атом имеет схему 3s2 3р4. Радиус атома – 0,104 нанометра.

Свойства серы в первую очередь делятся на физического типа. К нему относится то, что элемент имеет твердый кристаллический состав. Два аллотропических видоизменения – основное состояние, в котором устойчив этот элемент серы.

Первое видоизменение ромбическое, имеющее лимонно-желтую окраску. Его устойчивость ниже, чем 95,6 °С. Второй – моноклинный, имеющий медово-желтую окраску. Его устойчивость колеблется от 95,6 °С и 119,3 °С.

На фото минерал сера

Во время плавки химический элемент стает движущейся жидкостью, имеющей желтый цвет. Она буреет, достигая температуры более 160 °С. А при 190 °С цвет серы превращается в темно-коричневый. После достижения отметки 190 °С наблюдается уменьшение вязкости вещества, которое все же после нагревания 300 °С стает жидкотекучим.

Другие свойства серы:

Практически не проводит тепла и электричества.

Не растворяется при погружении в воду.

Растворима в аммиаке, имеющем безводную структуру.

Также растворима в сероуглероде и других растворителях, имеющих органическую природу.

К характеристике элемента серы важно добавить и ее химические особенности. Она является активной в этом отношении. Если серу нагреть, то она может просто объединяться практически с любым химическим элементом.

На фото образец серы, добытый в Узбекистане

За исключением инертных газов. При контакте с металлами, хим. элемент образовывает сульфиды. Комнатная температура способствует тому, что элемент может вступить в реакцию с . Увеличенная температура способствует увеличению активности серы.

Рассмотрим, как поведение серы с отдельными веществами:

С металлами – является окислителем. Образовывает сульфиды.

С водородом – при высоких температурах – до 200 °С происходит активное взаимодействие.

С кислородом. Образовывается объединения оксидов при температурах до 280 °С.

С фосфором, углеродом – является окислителем. Только при отсутствии воздуха во время реакции.

С фтором – проявляет себя как восстановитель.

С веществами, имеющими сложную структуру – также как восстановитель.

Месторождения и добыча серы

Основной источник для получения серы – ее месторождения. В целом во всем мире насчитывается 1,4 млрд т запасов этого вещества. Ее добывают как при открытом и подземном способе выработки, так и с помощью выплавки из-под земли.

На фото добыча серы в вулкане Кава Иджен

Если применим последний случай, то используется вода, которую перегревают и расплавляют ею серу. В бедных рудах элемент содержится примерно в 12 %. Богатых – 25% и больше.

Распространенные типы месторождений:

Стратиформный – до 60%.

Солянокупольный – до 35 %.

Вулканогенный – до 5%.

Первый тип связан с толщами, несущими название сульфатно-карбонатных. При этом рудные тела, которые имеют мощность до нескольких десятков метров и с размером до сотни метров находятся в сульфатных породах.

Также эти пластовые залежи можно найти посреди пород сульфатного и карбонатного происхождения. Второй тип характеризуется залежами серого цвета, которые приурочиваются к соляным куполам.

Последний тип связывают с вулканами, имеющими молодую и современную структуру. При этом рудный элемент имеет пластообразную, линзовидную форму. В нем сера может содержаться в размере 40 %. Этот тип месторождения распространен в Тихоокеанском вулканическом поясе.

Месторождение серы в Евразии находится в Туркмении, в Поволжье и других местах. Породы серы находят возле левых берегов Волги, которые тянутся от Самары. Ширина полосы пород достигает нескольких километров. При этом их можно найти вплоть до Казани.

На фото сера в горной породе

В Техасе и Луизиане в кровлях соляных куполов находят огромное количество серы. Особо красивые Италийские этого элемента находят Романьи и Сицилии. А на острове Вулькано находят моноклинную серу. Элемент, который был окислен пиритом, нашли на Урале в Челябинской области.

Для добычи серы хим элемента используют разные способы. Все зависит от условия его залегания. При этом, конечно же, особое внимание уделяют безопасности.

Так как вместе с серной рудой скопляется сероводород, то необходимо особо серьезно подходить к любому способу добычи, ведь этот газ ядовитый для человека. Также и сера имеет свойство возгораться.

Чаще всего пользуются открытым способом. Так с помощью экскаваторов снимаются значительные части пород. Затем с помощью взрывов дробится рудная часть. Глыбы отправляются на фабрику для обогащения. Затем – на завод по плавке серы, где и получают серу из концентрата.

На фото сера в порту, привезенная морским транспортом

В случае глубокого залегания серы во многих объемах, используют метод Фраша. Сера расплавляется, находясь еще под землей. Затем, как и нефть выкачивается наружу через пробитую скважину. Такой подход основывается на том, что элемент легко плавится и имеет небольшую плотность.

Также известен способ разделения на центрифугах. Только этот способ имеет недостаток: сера получается с примесями. И тогда необходимо проводить ее дополнительную очистку.

В некоторых случаях используют скважный метод. Другие возможности добычи серного элемента:

Пароводяной.

Фильтрационный.

Термический.

Центрифугальный.

Экстракционный.

Применение серы

Большая часть добытой серы уходит, чтоб изготовить серную кислоту. А роль этого вещества очень огромная в химическом производстве. Примечательно, что для получения 1 тонны серного вещества необходимо 300 кг серы.

Бенгальские огни, которые ярко светятся и имеют много красителей, также производятся с помощью серы. Бумажная промышленность – это еще одна область, куда уходит значительная часть добытого вещества.

На фото серная мазь

Чаще всего применение сера находит при удовлетворении производственных нужд. Вот некоторые из них:

Использование в химическом производстве.

Для изготовления сульфитов, сульфатов.

Изготовление веществ для удобрения растений.

Чтоб получить цветные виды металлов.

Для придачи стали дополнительных свойств.

Для изготовления спичек, материалов для взрывов и пиротехники.

Краски, волокна из искусственных материалов – изготовляются при помощи этого элемента.

Для отбеливания ткани.

В некоторых случаях элемент сера входит в мази, которые лечат кожные болезни.

Цена серы

По последним новостям необходимость в сере активно растет. Стоимость на российский продукт равняется 130 долларам. На канадский вариант – 145 долларов. А вот в Ближнем Востоке цены возросли до 8 долларов, что привело к стоимости в 149 долларов.

На фото крупный экземпляр минерала сера

В аптеках можно найти молоту в порошок серу по цене от 10 до 30 рублей. К тому же есть возможность купить ее оптом. Некоторые организации предлагают по невысокой цене приобрести гранулированную техническую газовую серу .

Гроссе Э., Вайсмантель X.

Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты.

Пары серы взаимодействуют с раскаленным углем с образованием дисульфида углерода CS 2 (сероуглерода), огнеопасной жидкости с неприятным запахом. Он незаменим при производстве искусственного шелка и штапеля. Сера, которая, как известно, не растворяется в воде и в незначительных количествах растворяется в бензоле, спирте или эфире, прекрасно растворяется в сероуглероде.
Если медленно испарять на часовом стекле раствор небольшого количества серы в сероуглероде, то получим крупные кристаллы так называемой ромбической или α-серы. Но не будем забывать об огнеопасности и ядовитости сероуглерода , поэтому потушим все горелки и поставим часовое стекло под тягу или перед окном.
Другая форма - моноклинная, или β- сера получится, если терпеливо выкристаллизовывать из толуола иглы длиной около 1 см (толуол также огнеопасен! ). Как известно, в природе сера часто встречается в соединениях с металлами в форме сульфидов металлов. Широко используемый в лабораториях сульфид железа FeS представляет собой голубовато-черную массу. Мы получим его, если смешаем 20 г чистого порошка железа с 11 г порошка серы (серного цвета) и нагреем на огнеупорной подложке. Будем перемешивать смесь, чтобы она равномерно прокалилась. После охлаждения получим твердый остаток.
Сульфид железа используют для получения сероводорода, который применяют в химическом анализе для осаждения металлов. Поместим в пробирку немного (с горошину) полученного сульфида железа и добавим разбавленной соляной кислоты. Вещества взаимодействуют с бурным выделением газа:

FeS + 2НСl = H 2 S + FeCl 2

Из пробирки доносится неприятный запах тухлых яиц - это улетучивается сероводород . Если его пропустить через воду, то он частично растворится. Образуется слабая кислота, раствор которой часто называют сероводородной водой.
При работе с сероводородом надо соблюдать чрезвычайную осторожность, так как газ почти так же ядовит, как синильная кислота HCN. Он вызывает паралич дыхательных путей и смерть, если концентрация сероводорода в воздухе составляет 1,2-2,8 мг/л. Поэтому опыты с сероводородом следует проводить только на открытом воздухе или под тягой. К счастью, человеческие органы обоняния чувствуют сероводород уже при концентрации его в воздухе 0,0000001 мг/л. Но при длительном вдыхании сероводорода наступает паралич обонятельного нерва, и тут уже нельзя надеяться на наше обоняние.
Химически сероводород обнаруживают с помощью влажной свинцовой реактивной бумаги. Чтобы получить ее, смочим фильтровальную бумагу разбавленным раствором ацетата или нитрата свинца, высушим ее и разрежем на полоски шириной 1 см. (Осторожно! Соли свинца ядовиты! )
Сероводород взаимодействует с ионами свинца, в результате образуется черный сульфид свинца:

Pb 2+ + S 2-- = PbS↓

Другие полоски приготовленной свинцовой реактивной бумаги используем для опытов с природным сероводородом - проверим наличие сероводорода в испорченных продуктах питания (мясе, яйцах) или исследуем воздух над выгребной ямой и в хлеву.
Мы рекомендуем получать сероводород для опытов сухим методом, так как в этом случае поток газа можно легко регулировать и перекрыть в нужное время. Для этой цели расплавим в фарфоровой чашке около 25 г парафина (остатки свечки) и смешаем с расплавом 15 г серного цвета. Затем уберем горелку и будем перемешивать массу до застывания. Если мы рано прекратим перемешивание, то частички серы неравномерно распределятся в застывающем парафине. Твердую массу размельчим и сохраним для дальнейших опытов.
Когда надо получить сероводород, несколько кусочков смеси парафина и серы нагреем в пробирке с газоотводной трубкой до температуры выше 170 °С. При повышении температуры выход газа усиливается, а если убрать горелку - прекращается. В процессе реакции водород парафина взаимодействует с серой, в результате чего образуется сероводород, а в пробирке остается углерод, например: Чтобы рассмотреть окраску выпадающих в осадок сульфидов металлов, пропустим сероводород через растворы различных солей металлов. Сульфиды марганца, цинка, кобальта, никеля и железа выпадут, если в растворе создать щелочную среду (например, добавив гидроксид аммония). В солянокислом растворе выпадают сульфиды свинца, меди, висмута, кадмия, сурьмы и олова. Внесем наши наблюдения в таблицу, которая нам пригодится для дальнейших опытов. Сделав предварительно пробу на гремучий газ, подожжем сероводород, выходящий из оттянутой на конце стеклянной трубки. Сероводород горит с появлением бледного пламени с голубым ореолом:

2H 2 S + 3O 2 = 2Н 2 О + 2SO 2

В результате сгорания возникает оксид серы(IV) - "сернистый газ". Его легко определить по резкому запаху и по покраснению влажной голубой лакмусовой бумажки.
При недостаточном доступе кислорода сероводород окисляется только до серы. Активный уголь каталитически ускоряет этот процесс. Этим способом часто пользуются при тонкой очистке промышленных газов, содержание серы в которых не должно превышать 25 г/м 3:

2H 2 S + O 2 = 2H 2 O + 2S

Нетрудно воспроизвести этот процесс. Схема установки изображена на рисунке. Главное заключается в том, чтобы пропустить через активный уголь воздух и сероводород в соотношении 1:3. На угле выделится желтая сера.
Активный уголь можно очистить от серы, промыв его в сероуглероде. В технике для этой щели применяют чаще всего раствор сульфида аммония (NH 4) 2 S.

ДВА МЕТОДА ДЛЯ ОДНОГО ПРОДУКТА

Сера сгорает с появлением бледно-голубого пламени. При этом образуется бесцветный газ с резким запахом - оксид серы(IV) SO 2 . Он ядовит и раздражает дыхательные пути, поэтому мы должны стараться не вдыхать его. Оксид серы(IV) - сернистый газ - чрезвычайно хорошо растворяется в воде, в результате этого образуется сернистая кислота (гидрат диоксида серы):

Н 2 O + SO 2 = SО 2 *H 2 O

Она убивает микробы и обладает отбеливающим действием. На пивоваренных и винодельческих заводах серой окуривают бочки. Сернистым газом отбеливают также корзины из ивовых прутьев, влажную шерсть, солому, хлопок и шелк. Пятна от черники, например, выводятся, если долгое время держать увлажненное загрязненное место в "парах" горящей серы.
Проверим отбеливающее действие сернистой кислоты. Для этого в цилиндр, где некоторое время горели кусочки серы, опустим различные окрашенные предметы (цветы, влажные кусочки ткани, влажную лакмусовую бумагу и т. д.), хорошо закроем цилиндр стеклянной пластинкой и некоторое время подождем.
Тот, кто когда-нибудь изучал атомное строение элементов, знает, что в атоме серы на внешней орбите имеется шесть так называемых валентных электронов. Поэтому сера максимально может быть в соединениях шестивалентной. Этой степени окисления соответствует оксид серы(VI) с формулой SO 3 . Он является ангидридом серной кислоты:

Н 2 О + SO 3 = H 2 SO 4

При сгорании серы в обычных условиях всегда получается оксид серы(IV). А если и образуется некоторое количество оксида серы(VI), то чаще всего он тотчас же разлагается под действием тепла на оксид серы(IV) и кислород:

2SO3 = SO2 + О2

При производстве серной кислоты главной проблемой является превращение SO 2 в SO 3 . Для этой цели сейчас используются два способа: камерный (или улучшенный - башенный) и контактный . Заполним оксидом серы (IV) SO 2 большой сосуд (круглодонную колбу на 500 мл), поместив в него на некоторое время горящие кусочки серы или подведя газ из аппарата, где он образуется. Оксид серы (IV) можно также относительно легко получить, капая концентрированную серную кислоту в концентрированный раствор сульфита натрия Na 2 SO 3 . При этом серная кислота, как более сильная, вытеснит слабую кислоту из ее солей.
Когда колба заполнится газом, закроем ее пробкой с тремя отверстиями. В одно, как показано на рисунке, вставим согнутую под прямым углом стеклянную трубку, соединенную с боковым отводом пробирки, в которой при взаимодействии кусочков меди и азотной кислоты образуется оксид азота(IV):

4HNO 3 + Сu = Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O + 2NO 2

Концентрация кислоты должна составлять около 60% (масс.). Внимание! NO 2 - сильный яд! В другое отверстие введем соединенную с пробиркой стеклянную трубку, через которую позже пойдет водяной пар.
В третье отверстие вставим короткий кусок трубки с бунзеновским клапаном - коротким куском резинового шланга с прорезью. Сначала создадим сильный приток в колбу оксида азота.
Но реакция пока не идет. В колбе находится смесь коричневого NO 2 и бесцветного SO 2 .
Как только мы пропустим водяной пар, изменение окраски укажет на то, что реакция началась. Под действием водяного пара оксид азота(IV) окисляет оксид серы(IV) до оксида серы(VI), который тотчас же, взаимодействуя с водяным паром, превращается в серную кислоту:

2NO 2 + 2SO 2 = 2NO + 2SO 3

2NO + O 2 = 2NO 2

На дне колбы соберется бесцветный конденсат, а излишек газа и паров уйдет через бунзеновский клапан. Выльем бесцветную жидкость из колбы в пробирку, проверим кислую реакцию лакмусовой бумажкой и обнаружим сульфат-ионы SO 4 2-- полученной серной кислоты, добавив раствор хлорида бария. Толстый белый осадок сульфата бария укажет нам на успешное проведение опыта.
По этому принципу, но в гораздо большем масштабе, получают серную кислоту в технике. Раньше реакционные камеры были футерованы свинцом, так как он устойчив при воздействии паров серной кислоты. В современных башенных установках применяют реакторы на керамической основе. Но большее количество серной кислоты производят сейчас по контактному способу. При производстве серной кислоты применяют различное сырье. Чистая сера стала применяться в ГДР только недавно. В большинстве случаев на предприятиях получают оксид серы(IV) обжигом сульфидных руд. Во вращающейся трубчатой печи или в многоярусной печи пирит взаимодействует с кислородом воздуха по следующему уравнению:

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

Образующийся оксид железа(III) удаляется из печи в виде окалины и перерабатывается далее на предприятиях по получению чугуна.
Растолчем в ступке несколько кусочков пирита и поместим их в трубку из тугоплавкого стекла, которую закроем пробкой с отверстием. Затем горелкой сильно нагреем трубку, одновременно пропуская через нее воздух с помощью резиновой груши. Для того чтобы осела летучая пыль из обжигового газа, отведем его в пустой стеклянный сосуд, а из него - во вторую тугоплавкую трубку, в которой находится катализатор, нагретый до 400-500 °С.
В технике чаще всего в качестве катализатора используют оксид ванадия(V) V 2 O 5 или ванадат натрия NaVO 3 , а мы для этой цели применим красный оксид железа(III) Fe 2 О 3 . Нанесем мелкоизмельченный оксид железа на стеклянную вату, которую распределим в трубке слоем длиной 5 см. Трубку с катализатором нагреем до начала красного каления. На катализаторе оксид серы(IV) взаимодействует с кислородом воздуха; в результате образуется оксид серы (VI)

2SO 2 + O 2 = 2SO 3

Который мы различим по его способности образовывать туман во влажном воздухе. Соберем SO 3 в пустой колбе и, сильно встряхивая, смешаем с небольшим количеством воды. Получим серную кислоту - ее наличие докажем, как и в предыдущем способе.
Можно также поместить разделенные стеклянной ватой пирит и катализатор в одну из стеклянных трубок. Можно работать и в пробирке с боковым отводом. Положим на дно пробирки пирит, на него слой стеклянной ваты, а затем стеклянную вату с катализатором. Воздух введем сверху через трубку, которая должна подходить вплотную к катализатору. На боковом отводе укрепим согнутую под углом трубку, которая ведет в пробирку.
Если нет пирита, то в пробирке с боковым отводом получим оксид серы(IV) из сульфита или гидросульфита натрия и серной кислоты, и затем пропустим над катализатором полученный газ вместе с потоком воздуха или кислорода. В качестве катализатора можно применить также оксид хрома(III), который следует прокалить в железном тигле и тонко растолочь в ступке. Для этой же цели можно пропитать раствором сульфата железа(II) глиняный черепок и затем сильно прокалить его. На глине при этом образуется тонкий порошок оксида железа(III). Если сульфидов металлов мало (как, например, в ГДР), то исходными продуктами для получения серной кислоты могут служить ангидрит CaSO 4 и гипс СаSO 4 *2Н 2 О. Метод получения оксида серы (IV) из этих продуктов был разработан Мюллером и Кюне еще 60 лет назад.
Способы получения серной кислоты из ангидрита будут иметь значение и в будущем, так как серная кислота является самым распространенным химическим продуктом. Установки для получения серной кислоты из гипса, производимые в ГДР, известны и ценятся на мировом рынке.
Сульфаты можно разложить, применяя высокую (до 2000 °С) температуру. Мюллер установил, что температуру разложения сульфата кальция можно снизить до 1200 °С, если добавить тонкоизмельченный кокс. Сначала, при 900 °С, кокс восстанавливает сульфат кальция до сульфида, а тот в свою очередь при температуре 1200 °С взаимодействует с неразложившимся сульфатом; при этом образуется оксид серы(IV) и негашеная известь:

CaSO 4 + 3С = CaS + 2СО 2

CaS+ 3CaSO 4 = 4CaO + 4SO 2

Разложить сульфат кальция в лабораторных условиях удастся только при применении соответствующей высокой температуры . Будем работать с аппаратурой, подобной той, какая была использована при обжиге пирита, только трубку для сгорания возьмем фарфоровую или железную. Закроем трубку пробками, обернутыми для теплоизоляции асбестовой тканью. В отверстие в первой пробке вставим капилляр, а во второй - простую стеклянную трубку, которую соединим с промывной склянкой, наполненной наполовину водой или раствором фуксина.
Реакционную смесь приготовим следующим образом. Растолчем и ступке 10 г гипса, 5 г каолина (продается в аптеке под названием "Bolus alba") и 1,5 г активного порошкообразного угля. Смесь высушим, нагревая некоторое время при 200 °С в фарфоровой чашке.
После охлаждения (лучше всего в эксикаторе) внесем смесь в середину трубки для сжигания. При этом обратим внимание на то, чтобы она не заполнила все поперечное сечение трубки. Затем сильно нагреем трубку с помощью двух горелок (одна снизу, вторая наклонно сверху) и, когда трубка накалится, пропустим через всю систему не слишком сильный поток воздуха. Уже через 10 минут, благодаря образованию "сернистой кислоты", раствор фуксина в промывной склянке обесцветится. Выключим водоструйный насос и прекратим нагревание.
Получить высокую температуру мы можем также, если обмотаем как можно плотнее фарфоровую трубку нагревательной спиралью на 750-1000 Вт (см. рисунок). Концы спирали соединим с толстой медной проволокой, которую также многократно обмотаем вокруг трубки, а затем изолируем с помощью фарфоровых бусинок и подведем к штекеру. (Осторожно при работе с напряжением 220 В! ) Естественно, в качестве источника нагрева может пригодиться также стеклодувная горелка или паяльная лампа.
В технике работают со смесью ангидрита, кокса, глины, песка и колчеданного огарка Fe2O3. Червячный транспортер подает смесь в 70-метровую вращающуюся трубчатую печь, где сжигают пылевидный уголь. Температура в концевой части печи, в месте горения, составляет примерно 1400 °С. При этой температуре образующаяся в ходе реакции негашеная известь сплавляется с глиной, песком и колчеданным огарком, в результате получается цементный клинкер. Остывший клинкер размалывают и смешивают с несколькими процентами гипса. Получившийся в результате высококачественный портландцемент поступает в продажу. При тщательном проведении и контроле процесса из 100 т ангидрита (плюс глина, песок, кокс и колчеданный огарок) можно получить около 72 т серной кислоты и 62 т цементного клинкера.
Серную кислоту можно получать также из кизерита (сульфата магния MgSO 4 *H 2 O), который в значительных количествах поставляют соляные копи ГДР.
Для опыта воспользуемся такой же установкой, как и для разложения гипса, но трубку на этот раз возьмем из тугоплавкого стекла. Реакционную смесь получим, прокалив в фарфоровой чаше 5 г сульфата магния, а в железном тигле с крышкой - 0,5 г активного угля, и затем смешав их и растерев в ступке до пылеобразного состояния. Перенесем смесь в фарфоровую лодочку и поместим ее в реакционную трубку.
Белая масса, которая получится в конце опыта в фарфоровой лодочке, состоит из оксида магния. В технике его перерабатывают в цемент Сореля, являющийся основой для производства ксилолита. Получение таких важных для строительной промышленности производных продуктов, как цементный клинкер и ксилолит, делает производство серной кислоты из местного сырья особенно экономичным. Переработка промежуточных и побочных продуктов в ценное сырье или конечные продукты является важным принципом химической промышленности. Смешаем равные части оксида магния и опилок с раствором хлорида магния и слой образовавшейся кашицы толщиной около 1 см нанесем на подложку. Через 24-48 ч масса затвердеет, как камень. Она не горит, ее можно сверлить, пилить и прибивать гвоздями. При строительстве домов ксилолит применяют как материал для полов. Древесное волокно, затвердевшее без заполнения промежутков с цементом Сореля (магнезиальным цементом), спрессованное и склеенное в плиты, используется в качестве легкого, тепло- и звуконепроницаемого строительного материала.

ЦЕННЫЕ СИЛИКАТЫ

После того как мы рассмотрели природные хлориды и сульфаты в качестве основного сырья для химического производства, необходимо сказать немного о силикатах.
Кремний - второй по распространенности (после кислорода) элемент в литосфере нашей планеты (почти 28%). Он встречается преимущественно в виде кремнекислых солей различных металлов, а также в форме чистого оксида (кварц SiO 2). Анионы силикатов могут иметь аналогично сульфатам простую формулу однако, чаще всего встречаются сложные структуры, например, , (SiO 3) n , (Si 2 O 5) n или (SiO 2) n . Так, у полевого шпата альбита формула NaAl, а слоистый силикат каолин отвечает составу Al 4 (OH) 8 .
К сожалению, химические опыты с силикатами проводить нелегко, так как получение или превращение силикатов происходит чаще всего при температурах выше 1400 °С.
Силикаты зачастую представляют собой не кристаллическую, а стекловидную или спеченную керамическую массу. При этом группы молекул могут образовывать кольца или так называемые сетчатые структуры. Эти вещества при растворении не разрушаются. Практически их можно разрушить только фтороводородной (плавиковой) кислотой, что создает большие трудности в аналитической химии силикатов. С другой стороны, силикатные материалы имеют огромное значение как строительное сырье, и производство цемента, стекол и керамики быстро увеличивается в соответствии со все возрастающим спросом на строительные материалы. В последнее время созданы новые виды материалов, например, пенобетоны и пеностекла. Имеющееся в продаже жидкое стекло представляет собой сиропообразный раствор силиката натрия. (Na 2 Si 2 O 3) n или калия (К 2 Si 2 O 3) n . В смеси с различными добавками, такими как глинозем, гипс или опилки его можно использовать для изготовления замазок. Оно находит широкое применение при получении огнеупорной краски и огнеупорных покрытий.
В пробирку с разбавленным наполовину жидким стеклом будем добавлять по капле соляную кислоту. Мы заметим появление густого белого осадка кремневой кислоты (Н 2 SiO 3) n или ее ангидрида. По мере увеличения осадка частицы кремневой кислоты образуют структуру, в которой связывается вся оставшаяся вода. Наконец, при некоторой степени разбавления получается эластичный твердый гель кремневой кислоты.
В следующих опытах рассмотрим свойства силикагеля с различным содержанием воды. В маленькие пластмассовые чашечки (например, в крышки от баночек из-под лекарств), наполненные жидким стеклом с различной степенью разбавления, добавим по каплям соляную кислоту и размешаем полученную массу. Мы предлагаем читателю самому выбрать степень разведения исходного вещества в области от 1: 100 до неразведенного жидкого стекла. Через некоторое время образуются более или менее вязкие составы, которые затем превратятся в эластичные студенистые или твердые массы геля кремневой кислоты. Здесь речь идет о тонком коллоидно-дисперсном распределении кремневой кислоты, которая полностью включила в свою структуру имеющуюся воду.
Свежий гель кремневой кислоты, в котором на молекулу SiO 2 приходится 300 молекул Н 2 О, очень подвижен. Если же на молекулу SiO 2 приходится 30-40 молекул Н 2 О, то гель твердый, и его можно резать ножом. После сушки при слабом нагревании в нем останется шесть молекул H 2 O на молекулу SiO 2 , и гель можно размолоть до тонкодисперсного состояния.
Разотрем такую пробу в ступке или размелем в старой кофемолке. Затем высушим порошок в фарфоровой чашке или тигле, нагревая на бунзеновской горелке. При этом образуется кремневый ксерогель (от греческого xeros - сушить). Это более или менее пористое вещество, имеющее очень большую удельную поверхность (до 800 м 2 /г), обладает сильной адсорбирующей способностью. Благодаря этому свойству сухой гель применяют для поглощения водяных паров из атмосферы. Его используют для осушения замкнутых объемов, например внутри упаковок ценных машин и аппаратов.
В лабораториях патроны с силикагелем закладывают в кожуха аналитических весов; им заполняют башни для сушки газа. Чаще всего применяют так называемый голубой гель - с добавкой безводного хлорида кобальта(II) (См. раздел "Обнаруживаем кристаллизационную воду"). При потере способности к поглощению воды голубой гель окрашивается в розовый цвет. Мы можем сами получить голубой гель, если смешаем ксерогель с небольшим количеством тонкоизмельченного и хорошо высушенного хлорида кобальта(II).
Способность к поглощению воды проверим, поместив немного высушенного геля на часовом стекле во влажный воздух, например на кухне или на открытом воздухе. Станем взвешивать эту пробу сначала через короткие (10 минут) и затем через длительные интервалы времени. Если на листе миллиметровой бумаги построить графическую зависимость прироста массы от времени, то полученная кривая будет заканчиваться площадкой, соответствующей величине насыщения и указывающей на максимальную степень поглощения воды. Правда, при этом известную роль играет относительная влажность воздуха. Бетон сейчас, несомненно, является важнейшим строительным материалом. Покрытия автострад, плиты, столбы, балки, конструкции современных жилых домов и промышленных построек выполнены большей частью из бетона. Бетонные смеси различаются плотностью, прочностью и теплоизоляционными свойствами. Объединяет их то, что они все состоят из цемента и через некоторое время после смешивания с водой затвердевают, поглощая влагу. В этом заключается важнейшее отличие бетона от классического известкового раствора, затвердевание которого происходит под влиянием угольной кислоты с выделением воды.
Высококачественный портландцемент получают, обжигая смесь известняка, глины или мергеля и железистых отходов, например доменных шлаков. Этот процесс протекает при температуре около 1450 °С в огромной (длиннее 100 м) вращающейся трубчатой печи. Важными компонентами портландцемента являются ди- и трехкальциевый силикат, трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит. При затвердевании в результате реакции с водой образуются гидраты силикатов, которые аналогично силикатному гелю, описанному в предыдущем разделе, обволакивают наполнитель и способствуют образованию твердого как камень вещества. После того, как мы провели уже ряд описанных в предыдущем разделе опытов с гелями, которые имеют различные прочностные свойства, зависящие от способа их получения, в особенности от добавки воды, можем проделать несколько простых опытов по затвердеванию бетона.
Сначала сделаем простую форму для получения цементных брусков. Для этого разделим плоскую сигарную коробку с помощью реек таким образом, чтобы получились одинаковые формы 1 - 2 см в сечении, а длина их будет равна длине коробки.
В отдельные зоны поместим следующие смеси: 1 часть портландцемента и 1, 3, 5 или 8 частей чистого песка; 1 часть портландцемента, 2 части песка и 2 части кирпичной крошки (измельчим кирпич); 1 часть портландцемента, 3 части песка и 2 кусочка стальной проволоки (старые вязальные спицы), которые нужно положить по возможности параллельно по обе стороны формы и постараться ввести их в бетон.
Перед заполнением форм добавим в смесь немного воды, чтобы получилась влажная, но рассыпчатая масса (как влажная земля). Этими смесями заполним формы и тщательно утрамбуем их деревянной палочкой. В течение следующих двух дней будем смачивать цемент водой из пульверизатора или лейки с мелкими отверстиями. Через два дня, постучав по форме, вытащим из нее застывшие пробы, положим их концы на края двух стульев, причем для большей точности подложим под бруски на равном расстоянии трехгранные напильники или другие имеющие грани металлические предметы. К середине бруска на прочной проволоке будем подвешивать груз, увеличивая его до тех пор, пока не появится излом. В другом опыте проверим прочность образцов при сжатии, ударяя по ним молотком или тонким зубилом.
Наконец мы можем при получении образцов варьировать добавку воды и степень увлажнения во время отверждения. При испытании окажется, что бетон, полученный из исходной смеси высокой влажности или не увлажнявшийся при отверждении, значительно уступает в прочности. Тепло- и звукоизоляционный газо- или пенобетон получают, добавляя в вязкую бетонную массу порошок карбида алюминия или кальция. Если одновременно добавить поверхностно-активное вещество, например какое-нибудь моющее средство, то получающиеся пузырьки газа будут образовывать особенно тонкую пену.
Наряду с пенобетоном применение пеностекла и строительных частей из легких металлов и пластмасс открывает новые возможности, которые уже с успехом реализованы на опытных строительных объектах.