Какого цвета сера?
Казалось бы, ответ на этот вопрос очень простой: сера жёлтая, а если точнее, светло-жёлтая. Но только ли такая? А что если она бывает сине-фиолетовой, вишнёво-красной, красно-оранжевой, и даже желтый цвет представлен множеством разнообразных оттенков? Итак, давайте попробуем разобраться…
Такое разнообразие цветов возможно благодаря множеству аллотропных модификаций. Дело в том, что связь S-S очень подвижна, её длина может увеличиваться в два раза в зависимости от числа и кратности связей. Поэтому сера способна образовывать различные цепочки, а её атомы имеют многочисленные варианты расположения в кристаллической решётке. Поговорим подробнее о модификациях серы.
Наиболее устойчивая и известная аллотропия серы имеет состав S8 и следующее строение:
Это ромбическая α-форма серы жёлтого цвета. Именно в неё при комнатной температуре превращаются все другие модификации серы. Установить строение этой аллотропии не могли до 1935 года. Сера ромбической α-формы является хорошим электро- и теплоизолятором.
При 95°C α-форма S8 переходит в β-моноклинную форму серы.
Третья форма S8 – это γ-моноклинная сера. Впервые её обнаружил В. Мутман в 1890 году. Эта сера имеет ещё одно красивое название — «перламутровая сера», так как при определённом освещении она даёт перламутровый отлив. Чтобы получить кристаллы такой модификации, нужно медленно охлаждать нагретую до 150°C γ-серу или охлаждать её раствор в этиловом спирте, сероуглероде, углеводородах.
Теперь разберемся с циклами серы большего и меньшего размеров. Итак, S6 – ромбоэдрическая ε-сера, она имеет красно-оранжевый цвет. Впервые она была получена М. Энгелем в 1891 году действием концентрированной HCl на тиосульфаты (ион (S2O3)2-) при 0 °C. То, что она имеет состав S6, было установлено в 1914 году, а вот её строение было изучено лишь к 1968 году. Сейчас её получают при помощи реакции:
Ещё восемь новых модификаций серы были синтезированы благодаря работам М. Шмидта и его группы. Все реакции основаны на соединении концевых групп одной молекулы с концевыми группами другой молекулы и образовании цепочки нужной длины:
Первый способ используется для получения S6, S10, S18 и S20. Второй способ применяют для получения S7, S9, S10, S11.
Мы обсудили строение S6, теперь стоит поговорить о S7. Эта форма имеет четыре кристаллических модификации. Одну из них можно получить при кристаллизации серы в растворе сероуглерода при -78 °C. В этой аллотропии достаточно большие межатомные расстояния.
Вот строение молекул, имеющих формулы S10 и S20:
Итак, следующая структура - это S12. Л. Полинг описывал эту форму, он утверждал, что такая сера должна быть очень неустойчива. Но оказалось, что среди циклов состава Sx S12 уступает в устойчивости лишь S8. Впервые такую серу получили в 1966 году по реакции H2S4 с S2Cl2, но сейчас для её синтеза используют другой способ: H2S8+S4Cl2 в диэтиловом эфире.
Следующая аллотропия – это S18. Она имеет две модификации. Получают это вещество по реакции: H2S8 и S10Cl2. Такая сера представляет собой кристаллы лимонно-жёлтого цвета.
Ну и, наконец, самая необычная аллотропия – это S2. S2 представляет собой газ сине-фиолетового цвета, по строению он аналогичен кислороду. Конечно, при комнатной температуре такой газ нельзя увидеть, поскольку он очень неустойчив. Его получают, нагревая серу при низком давлении и высокой (выше 750 °C) температуре. Также она может образовываться при облучении CS2, H2S2, S2Cl2, C2H4S, PSF3 или COS. В таком виде сера находится на поверхности спутника Юпитера Ио, в окрестностях вулкана Пеле.
Не менее интересен газ S3, она имеет название тиозон. Такое название ему дал Хьюго Эрдманн в 1908 году. Сама S3 имеет насыщенный вишнёво-красный цвет, а анион S3 — синий. Он содержится в известном минерале — лазурите.
В качестве итога я составила таблицу с аллотропными модификациями серы и их цветами:
Оказывается, сера бывает совершенно разных цветов. Аллотропные модификации этого элемента имеют очень красивое строение. Сейчас изучаются новые способы получения различных модификаций серы, так что будет интересно узнать, какие открытия сделают в этой области.
А на этом всё, любите химию — мать вашу!))
Автор статьи: Новик Арина
Editorial review and corrections by Goodwin.