Общая характеристика и строение
Атом серы способен находиться в 2-, 4- и 6-валентном состояниях. В высших состояниях она имеет положительные степени окисления, соединяясь с более электроотрицательными элементами (кислород, галогены).
В отличие от кислорода, который образует цепи максимум из трёх атомов (озон), сера склонна к катенации — образованию цепей из сотен тысяч атомов ($-S-S-S-$). В биологии дисульфидные мостики ($-S-S-$) играют ключевую роль, стабилизируя структуру белковых молекул.
В виде простого вещества сера — это жёлтое хрупкое кристаллическое вещество. Твёрдая сера состоит из кольцевых молекул $S_8$, напоминающих по форме корону. При нагревании выше температуры плавления ($115,21\ ^{\circ}\text{C}$) она темнеет и превращается в вязкую массу, состоящую из длинных полимерных цепей.
Нахождение в природе
Сера — распространенный элемент, который встречается в различных формах:
- Сульфиды (соединения с металлами): пирит ($FeS_2$), халькозин ($Cu_2S$), ковелин ($CuS$), халькопирит ($CuFeS_2$).
- Сульфаты (соли серной кислоты): гипс ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$) — нерастворимый, мирабилит ($Na_2SO_4 \cdot 10H_2O$) — растворимый.
- Самородная сера: залежи простого вещества (часто в зонах вулканизма).
- Органические соединения: присутствует в нефти и каменном угле.
Химические свойства: взаимодействие с неметаллами и металлами
Химическая активность серы проявляется преимущественно при нагревании.
- С неметаллами: Обратимо реагирует с водородом при нагревании, образуя сероводород ($H_2S$). Горит в кислороде голубым пламенем с образованием диоксида серы ($SO_2$). Дальнейшее окисление до $SO_3$ — процесс обратимый и из-за высоких температур в него вступает лишь около 5% серы.
- С металлами: Реакции идут с выделением большого количества теплоты. Например, при поджигании смеси с цинком происходит яркая вспышка с образованием белого сульфида цинка ($ZnS$). С серебром сера реагирует даже без нагревания, образуя бурый сульфид ($Ag_2S$), что показывает её бóльшую активность по отношению к некоторым $d$-элементам по сравнению с кислородом.
Взаимодействие со сложными веществами
Сера проявляет выраженные восстановительные свойства в реакциях с сильными окислителями (оксидами, кислотами, солями).
- При взаимодействии с оксидом азота (IV) ($NO_2$) образуется $SO_2$ и азот.
- При нагревании с концентрированной серной кислотой выделяется диоксид серы и вода.
- Реакция с азотной кислотой приводит к образованию серной кислоты и оксида азота (II).
- При реакции со щелочами (например, $NaOH$) при нагревании происходит диспропорционирование: сера одновременно окисляется и восстанавливается, образуя сульфид ($Na_2S$) и сульфит ($Na_2SO_3$).
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какие серосодержащие аминокислоты входят в состав белков человека?
В состав белков входят серосодержащие аминокислоты цистеин и метионин.
- Цистеин — серосодержащая аминокислота, брутто-формула C₃H₇O₂NS; участвует в обезвреживании тиоловых ядов.
- Метионин — незаменимая аминокислота, являющаяся источником серы для синтеза цистеина.
Цистин также относится к серосодержащим аминокислотам и участвует в обезвреживании тиоловых ядов, но в приведённых источниках не указан среди протеиногенных аминокислот.
С какими металлами сера способна реагировать без нагревания?
В приведённых источниках прямо указано, что без нагревания сера реагирует с серебром: образуется сульфид серебра бурого цвета.
- Серебро: 2Ag + S → Ag₂S.
Каковы биологические функции серы помимо стабилизации структуры белков?
Помимо стабилизации структуры белков посредством дисульфидных мостиков, сера выполняет иные важные биологические функции в организме человека.
- Детоксикация (Detoxicatio) — участие серосодержащих аминокислот в обезвреживании тиоловых ядов, таких как ртуть, свинец и мышьяк.
- Радиозащитная функция — повышение устойчивости организма к воздействию ионизирующей радиации.
Вопросы с занятий и экзамена
В чем главное отличие валентных возможностей серы от кислорода?
Кислород стабильно двухвалентен, а сера может переходить в 4- и 6-валентные состояния за счёт распаривания электронов.
Как сера реагирует с серебром?
Сера реагирует с серебром без нагревания с образованием бурого осадка Ag2S. Этим она отличается от кислорода, к которому серебро устойчиво.
Что происходит при реакции серы со щелочами?
Происходит реакция диспропорционирования: образуются сульфид и сульфит соответствующего металла.
Что ещё разобрать по теме
- Методы получения серы в промышленности и лаборатории
- Фазовые переходы серы (пластическая сера)
- Применение серы в фармации и сельском хозяйстве
- Токсичность соединений серы
Разберите тему целиком в курсе «Химия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Сера» и ещё 3 009 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 95 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Глава 10. Элементы группы VIA»
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.