Сяра

16 Фосфор ← Сяра → Хлор O ↑ S ↓ Se Периодична система
Външен вид
твърдо;червен до жълт
Общи данни
Име, символ, №	Сяра, S, 16
Химическа серия	Неметал
Група, период, блок	16, 3, р
Свойства на атома
Атомна маса	32.065 u
Атомен радиус	127 pm
Ковалентен радиус	102 pm
Радиус на ван дер Ваалс	185 pm
Електронна конфигурация	3s23p4
Оксидационни с-ния (оксид)	6,4,2,-2
Кристална структура	ромбична и моноклинна
Физични свойства
Агрегатно състояние	Твърдо вещество
Плътност	2070 (при 20°С) kg/m³
Температура на топене	392,2 K (119,05 °C)
Температура на кипене	717,82 K (444,67 °C)
Моларен обем	- m³/mol
Специф. топлина на топене	kJ/mol
Специф. топлина на изпарение	kJ/mol
Скорост на звука	m/s при K
Други
Електроотрицателност	2,58 (скала на Полинг)
Топлопроводимост	W/(m·K)
Йонизационен потенциал	999,59 kJ/mol

Сярата е химичен елемент със символ S и атомен номер 16. Тя е широко разпространен елемент без вкус и миризма, многовалентен неметал. В естествена форма сярата представлява жълти кристали в твърдо състояние. В природата тя се намира в чист вид или под формата на сулфидни и сулфатни минерали. Тя е елемент, съществен за живота и участва в молекулите на две аминокиселини. Стопанската ѝ употреба е предимно в торове, но е широко използвана в барути, кибрит, инсектициди и фунгициди.

Забележителни характеристики

Парче сяра се стопява до кървавочервена течност. Когато се запали, гори със син пламък.

При стайна температура сярата е меко светложълто твърдо вещество. Въпреки че тя е известна с миризмата си (често сравнявана с миризмата на развалени яйца), миризмата всъщност е характеристика на сероводорода (H₂S). Чистата сяра има слаба миризма, подобна на тази на кибрита. Гори със син пламък, който отделя серен диоксид, известен с особената си задушаваща миризма. Сярата е неразтворима във вода, но е разтворима в серовъглерод и до по-малка степен в органични разтворители като бензин.

В твърдо състояние сярата обикновено съществува под формата на затворени коронообразни S₈ молекули. Освен тази, сярата има много алотропни форми. Отстраняване на един атом от пръстена дава S₇, която е отговорна за характерния жълт цвят на сярата. Правени са и други пръстени като S₁₂ и S₁₈. За контраст, нейният по лек съсед, кислорода, съществува само в две алотропни състояния: O₂ и O₃. Селенът, по-тежкият аналог на сярата, може да образува пръстени, но по-често съставя полимерни вериги.

Структура на S₈ молекулата

Кристалографията на сярата е сложна. В зависимост от специфичните условия, алотропите на сярата образуват няколко различни кристални структури, като ромбичната и моноклинната са най-разпространени.

Заслужава да се спомене, че вискозитетът на разтопената сяра, за разлика от повечето течности, се увеличава с увеличаване на температурата поради образуването на полимерни вериги. След като бъде достигната определена температура, обаче, вискозитетът пада, защото енергията е достатъчна, за да разкъса веригите.

Аморфна сяра може да се получи чрез бързо охлаждане на разтопена сяра. Рентгеново-кристалографични изследвания показват, че аморфната форма може да има спирална структура с осем атома на стъпка. Тази форма е метастабилна при стайна температура и постепенно се връща обратно в кристална форма. Този процес продължава часове и дори дни, но може да бъде катализиран.

При нагряване се изменят цветът и агрегатното състояние на сярата: 120°C — лимоненожълта стопилка; 160°C — кехлибареножълта стопилка; вишневочервена стопилка; тъмнокафява стопилка; 200°C — гъста смола; 400°C — лесноподвижна течност. Сярата започва да кипи при температура от 444,63°C.

История

През 1774 г. английският химик Джоузеф Пристли съобщава: "На първи август се опитах да извлека въздух от живачен оксид и открих, че въздухът лесно може да бъде изместен от него с помощта на лупа. Моето изумление беше голямо, когато открих, че свещта гори в този въздух с необикновено ярък пламък. Напразно търсех да намеря обяснение на това явление."

Физични свойства

Физичните свойства на сярата я харектеризират като неметал. Ромбичната сяра има лимоненожълт, а призматичната — бледожълт цвят. Тя е крехка. Във водата е неразтворима. Разтваря се само във веществото серовъглерод. Малко над температурата на топене сярата е лесноподвижна течност.

Химични свойства

• Взаимодействие на сяра с водород

S+H₂→ H₂S (сероводород)

• Взаимодействие на сяра с кислород

Запалената сяра гори на въздуха с бледосин пламък. Ако горящата сяра се внесе в среда от чист кислород, пламъкът става яркосин, а съдът се изпълва с бял дим. Получава се серен диоксид.

S + O₂ → SO₂

При допълнително взаимодействие на серен диоксид с кислород при нагряване и наличие на катализатор диванадиев пентаоксид V₂O₅, платина Pt или кобалт Co, се получава серен триоксид по уравнението:

2SO₂ + O₂ → 2SO₃

Серният триоксид е много важен за промишлеността, защото разтворен във вода дава сярна киселина.

• Взаимодействие на сяра с метали

При взаимодействието на сяра с метали, съответно се получават соли наречени сулфиди.

Fe + S → FeS (железен сулфид)

Zn + S → ZnS (цинков сулфид)

2Al + 3S → Al₂S₃ (диалуминиев трисулфид)

Cu + S → CuS (меден сулфид)

При обикновена температура сярата взаимодейства с живак. Отровният живак от счупен термометър се обезврежда, като се посипва със сяра.

Hg + S → HgS (живачен сулфид)