парах серы содержится целый набор различных молекул — S
8, S
6, S
2. Получить индивидуальные атомы серы оказывается весьма трудным делом; для этого нужна очень высокая температура, превосходящая полторы тысячи градусов.
Сера известна в виде нескольких аллотропических модификаций. Наиболее устойчива так называемая ромбическая модификация, при нормальном давлении она сохраняется до температуры 95 градусов. Когда температура становится выше, атомы серы меняют свое расположение в кристаллической решетке, происходит перестройка, и образуется сера моноклиническая.
Ромбическая сера обладает ярко-желтой окраской. Она образует прозрачные кристаллы, представляющие собой октаэдры.
Иной вид имеет темно-желтая моноклиническая сера. Это длинные игольчатые кристаллы призматической формы. Интересно наблюдать, как при постепенном понижении температуры моноклиническая сера все больше и больше светлеет, а ее длинные призмы распадаются на множество мелких кристаллов ромбической системы. Все существующие аллотропические модификации серы обладают одной общей тенденцией: превращаться в наиболее устойчивую кристаллическую форму — ромбическую, в виде которой сера и встречается в природе.
Как добывают серу
Сера легко плавится и горит на воздухе: недаром в Сицилии из-за недостатка других видов топлива пользовались серой. Добыча серы как раз и основана на ее легкоплавкости.
В древности выплавка серы была примитивной. Большой глиняный горшок с отверстиями в дне заполняли породой, содержащей серу. Этот горшок ставили на другой, вкопанный в землю. Нехитрый «аппарат» нагревали. Сера плавилась и стекала из отверстий в нижний горшок.
Шли века, и способы выплавки серы все более совершенствовались. В зависимости от видов серных месторождений, а также от примесей, которые обычно сопутствуют сере, человек находил самые различные способы ее добычи.
Италия дала миру опыт выплавки самородной серы, которая лежала обычно на небольшой глубине. Но то, что было возможным на каменистых, выжженных солнцем плоскогорьях Сицилии, оказалось неприемлемым для других стран.
В отличие от сицилийских месторождений американская сера лежит очень глубоко под землей. Добывать ее с помощью шахт было невозможно из-за большой рыхлости почв.
Американский инженер Фраш предложил оригинальное решение. Через систему вложенных друг в друга труб под землю нагнетали перегретые пары воды, которые расплавляли серу и выталкивали ее на поверхность. Так в прошлом веке на небольшом полуострове Флорида забил фонтан чистой расплавленной серы.
В отличие от американских месторождений каракумская сера содержит значительные примеси кварцевого песка; поэтому все известные способы были в данном случае неприемлемыми. Советский инженер Волков нашел выход из положения. Он соорудил простой аппарат, чем-то напоминающий обычный самовар. Этот сосуд заполняли размельченной рудой, которую смешивали с водой и начинали кипятить. Расплавленная сера собиралась внизу и выливалась из «самовара» ровной и чистой струей. В заводских условиях этот способ был усовершенствован. «Самовар» заменили герметически закрывающимся котлом-автоклавом.
Такими способами получается почти стопроцентно чистая сера с ничтожной примесью золы и совсем микроскопическими следами мышьяка и селена. Но первичный продукт — комовая сера, «почти чистая» — еще нуждается в очистке. Для этого используют метод перегонки. В особых камерах серу расплавляют. Твердые частицы опускаются на дно камеры, а жидкая сера поступает в особые чугунные реторты, в которых доводится до кипения. В зависимости от того, как происходила конденсация серы из паров, получается или так называемый серный цвет, или черенковая сера.
Такая рафинированная сера находит широкое применение в жизни человека.
«Огненный камень»
…С трудом добывали огонь первобытные люди. По картинкам в учебниках истории мы представляем себе закутанного в шкуры человека, который высекает искры, ударяя кремнем по камню.
С этим камнем были хорошо знакомы и древние греки. За ярко-желтый цвет, а может быть, за способность под ударом кремня испускать сноп искр они называли его пиритом, что означает огонь.
Коробка спичек избавляет нас от необходимости думать о добыче огня. Но древнейшие пиритные огнива дожили и до наших дней. У эскимосов полярной Америки до сих пор находит употребление «огненный камень».
Трудно переоценить роль пирита в эволюции человеческой жизни. В глубокой древности он помог людям получить огонь. Тем самым они поднялись на более высокую ступень культурного развития. Но так же трудно представить без этого минерала и современное хозяйство. Серный колчедан (так еще называют пирит) — основа сернокислотного производства.
Химическая формула пирита FeS2. Это так называемый полисульфид железа. Его залежи в земной коре весьма значительны.
Отнимем у молекулы серного колчедана один атом серы. Яркие «огненные» кристаллы пирита превратятся в черные хрупкие кристаллики сернистого железа FeS.
Сернистое железо как минерал не встречается фактически на Земле. Это «гость из космоса»; сульфид железа содержится в основном в метеоритах. Сернистое железо долгое время представляло загадку в металлургии. Даже незначительные его примеси делали сталь ломкой и непригодной для дальнейшей обработки.
Секрет знаменитого русского и шведского железа XVIII века заключался именно в том, что оно делалось из бессернистых руд.
Другой важный сульфид — известная еще в глубокой древности киноварь, сернистая ртуть. За ярко-красный цвет индийцы назвали ее «драконовой кровью». В древней Руси киноварь была одной из самых распространенных минеральных красок: переписчики книг писали ею заставки.
Сера и ртуть легко соединяются между собой. Такое сродство было подмечено еще очень давно, как, впрочем, и обратный процесс — получение ртути из киновари. На основании исторических источников можно считать, что реакция эта была известна еще Демокриту. Во всяком случае, и по сей день природной киноварью пользуются как исходным сырьем для получения ртути.
Близкий родственник киновари — сернистый цинк. Немецкие рудокопы назвали его «цинковой обманкой» за то, что он бывает прозрачным и совсем не напоминает обычную сернистую руду.
Сульфид цинка обладает весьма интересными свойствами. Если его обработать особым способом, он начинает светиться в темноте, фосфоресцировать. Сульфид цинка непосредственно светится под действием рентгеновских или радиоактивных лучей. Эта особенность ZnS широко применяется в рентгеновской технике и при работе с радиоактивными элементами.
Например, с помощью небольшой пластинки, на которую был нанесен тонкий слой сернистого цинка, впервые удалось зрительно наблюдать альфа (α) — распад радиоактивных атомов. Ядра гелия (альфа-частицы), ударяясь о пластинку, вызывали вспышки (сцинтилляции). На этом принципе основано устройство специального прибора для изучения радиоактивности — спинтарископа.
Цинковая обманка, свинцовый блеск PbS и медный колчедан Cu2S являются основным сырьем для получения соответствующих металлов цинка, свинца и меди.
Интересное лабораторное использование находят сульфиды редкоземельных элементов. Эти соединения исключительно трудно расплавить. Они являются самыми тугоплавкими среди всех известных сульфидов. Например, в тигле из сульфида церия могут быть расплавлены такие «упорные» вещества, как окись алюминия.
Одним из самых важных для промышленности является не встречающийся в природе сульфид натрия Na
