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.

Содержание статьи

СЕРА, S (sulfur), неметаллический химический элемент, член семейства халькогенов (O, S, Se, Te и Po) – VI группы периодической системы элементов. Cера, как и многие ее применения, известны с далекой древности. А.Лавуазье утверждал, что сера – это элемент. Сера жизненно необходима для роста растений и животных, она входит в состав живых организмов и продуктов их разложения, ее много, например, в яйцах, капусте, хрене, чесноке, горчице, луке, волосах, шерсти и т.д. Она присутствует также в углях и нефти.

Применение.

Около половины ежегодного потребления серы идет на производство таких промышленных химических продуктов, как серная кислота, диоксид серы и дисульфид углерода (сероуглерод). Кроме того, сера широко используется в производстве инсектицидов, спичек, удобрений, взрывчатых веществ, бумаги, полимеров, красок и красителей, при вулканизации каучука . Ведущее место в добыче серы занимают США, страны СНГ и Канада.

Распространенность в природе.

Сера встречается в свободном состоянии (самородная сера). Кроме того, имеются огромные запасы серы в виде сульфидных руд, прежде всего руд свинца (свинцовый блеск), цинка (цинковая обманка), меди (медный блеск) и железа (пирит). При извлечении металлов из этих руд освобождаются от серы обычно обжигом в присутствии кислорода, при этом образуется диоксид серы(IV), который часто выбрасывается в атмосферу без использования. Кроме сульфидных руд достаточно много серы встречается в виде сульфатов, например, сульфата кальция (гипс), сульфата бария (барит). В морской воде и многих минеральных водах присутствуют растворимые в воде сульфаты магния и натрия. В некоторых минеральных водах встречается сульфид водорода (сероводород). В промышленности серу можно получать как побочный продукт процессов в плавильных, коксовых печах, при нефтепереработке, из топочных или природных газов. Из природных подземных отложений серу добывают, расплавляя ее перегретой водой и доставляя на поверхность сжатым воздухом и насосами. Во фраш-процессе извлечения серы из сероносных отложений на установке в виде концентрических труб, запатентованной Г.Фрашем в 1891, сера получается чистотой до 99,5%.

Свойства.

Сера имеет вид желтого порошка или хрупкой кристаллической массы без запаха и вкуса и нерастворима в воде. Для серы характерны несколько аллотропных модификаций. Наиболее известны следующие: кристаллическая сера – ромбическая (самородная сера, a -S) и моноклинная (призматическая сера, b -S); аморфная – коллоидная (серное молоко) и пластическая; промежуточная аморфно-кристаллическая – сублимированная (серный цвет).

Кристаллическая сера.

Кристаллическая сера имеет две модификации; одну из них, ромбическую, получают из раствора серы в сероуглероде (CS 2) испарением растворителя при комнатной температуре. При этом образуются ромбовидные просвечивающие кристаллы светложелтого цвета, легко растворимые в CS 2 . Эта модификация устойчива до 96° С, при более высокой температуре стабильна моноклинная форма. При естественном охлаждении расплавленной серы в цилиндрических тиглях вырастают крупные кристаллы ромбической модификации с искаженной формой (октаэдры, у которых частично «срезаны» углы или грани). Такой материал в промышленности называется комовая сера. Моноклинная модификация серы представляет собой длинные прозрачные темножелтые игольчатые кристаллы, также растворимые в CS 2 . При охлаждении моноклинной серы ниже 96° С образуется более стабильная желтая ромбическая сера.

Некристаллическая сера.

В дополнение к этим кристаллическим и аморфным формам существует промежуточная форма, известная как серный цвет или сублимированная сера, которая получается конденсацией паров серы, минуя жидкую фазу. Она состоит из мельчайших зерен, имеющих центр кристаллизации и аморфную поверхность. Эта форма медленно и не полностью растворяется в CS 2 . После обработки аммиаком для очистки от таких примесей, как мышьяк, получается продукт, известный в медицине как промытая сера, которая используется аналогично коллоидной сере.

Жидкое состояние.

Молекулы серы состоят из замкнутой цепочки восьми атомов (S 8). Жидкая сера обладает необычным свойством: с повышением температуры ее вязкость увеличивается. Ниже 160° С сера – типичная жидкость желтоватого цвета, ее состав соответствует формуле S 8 и обозначается l -S. С повышением температуры кольцевые молекулы S 8 начинают разрываться и соединяться друг с другом, образуя длинные цепи (m -S), цвет жидкой серы становится темнокрасным, вязкость возрастает, достигая максимума при 200–250° С. При дальнейшем повышении температуры жидкая сера светлеет, длинные цепи рвутся, образуя короткие, с меньшей способностью к переплетению, что приводит к меньшей вязкости.

Газ.

Сера кипит при 444,6° C, образуя оранжево-желтые пары, состоящие преимущественно из молекул S 8 . С повышением температуры окраска паров переходит в темнокрасную, затем в палевую, а при 650° C в соломенно-желтую. При дальнейшем нагревании молекулы S 8 диссоциируют, образуя равновесные формы S 6 , S 4 и S 2 при разных температурах. И, наконец, при >1000° С пары состоят практически из молекул S 2 , а при 2000° С – из одноатомных молекул.

Химические свойства.

Сера – типичный неметалл. На внешней электронной оболочке у нее шесть электронов, и она легче присоединяет электроны других элементов, чем отдает свои. Со многими металлами реагирует с выделением тепла (например, при соединении с медью, железом, цинком). Она соединяется и почти со всеми неметаллами, хотя не так энергично.

Соединения.

Диоксид серы

образуется при сжигании серы на воздухе, в частности, при обжиге сульфидных руд металлов. Диоксид серы – бесцветный газ с удушающим запахом. Это ангидрид сернистой кислоты, он легко растворяется в воде с образованием сернистой кислоты. Диоксид легко сжижается (т. кип. –10° C) и его хранят в стальных цилиндрах. Диоксид используют в производстве серной кислоты, в холодильных установках, для отбеливания текстиля, древесной массы, соломы, свекловичного сахара, для консервации фруктов и овощей, для дезинфекции, в пивоваренных и пищевых производствах.

Сернистая кислота

H 2 SO 3 существует только в разбавленных растворах (менее 6%). Это слабая кислота, образующая средние и кислые соли (сульфиты и гидросульфиты). Сернистая кислота – хороший восстановитель, реагируя с кислородом образует серную кислоту. Сернистая кислота находит несколько областей применения, среди которых – обесцвечивание шелка, шерсти, бумаги, древесной массы и аналогичных веществ. Она используется как антисептик и консервант, особенно для предотвращения брожения вина в бочках, для предотвращения ферментации зерна при извлечении крахмала. Кислоту используют и для сохранения продуктов. Наибольшее значение из ее солей имеет гидросульфит кальция Ca(HSO 3) 2 , используемый при переработке древесной щепы в целлюлозу.

Триоксид серы

SO 3 (серный ангидрид), образующий с водой серную кислоту, представляет собой либо бесцветную жидкость, либо белое кристаллическое вещество (кристаллизуется при 16,8° С; т. кип. 44,7° С). Он образуется при окислении диоксида серы кислородом в присутствии соответствующего катализатора (платина, пентаоксид ванадия). Триоксид серы сильно дымит во влажном воздухе и растворяется в воде, образуя серную кислоту и выделяя много тепла. Его используют в производстве серной кислоты и получении синтетических органических веществ.

Серная кислота

H 2 SO 4 . Безводная H 2 SO 4 – бесцветная маслянистая жидкость, растворяет SO 3 , образуя олеум. Смешивается с водой в любых отношениях. При растворении в воде образуются гидраты с выделением очень большого количества теплоты; поэтому во избежание разбрызгивания кислоты обычно при растворении осторожно, постепенно добавляют кислоту в воду, а не наоборот. Концентрированная кислота хорошо поглощает пары воды и поэтому применяется для осушения газов. По этой же причине она приводит к обугливанию органических веществ, особенно углеводов (крахмала, сахара и т.п.). При попадании на кожу вызывает сильные ожоги, пары разъедают слизистую дыхательных путей и глаз. Серная кислота – сильный окислитель. Конц. H 2 SO 4 окисляет HI, HBr до I 2 и Br 2 соответственно, уголь – до CO 2 , серу – до SO 2 , металлы – до сульфатов. Разбавленная кислота тоже окисляет металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода. H 2 SO 4 – сильная двухосновная кислота, образующая средние и кислые соли – сульфаты и гидросульфаты; большинство ее солей растворимы в воде, за исключением сульфатов бария, стронция и свинца, малорастворим сульфат кальция.

Серная кислота – один из важнейших продуктов химической промышленности (производящей щелочи, кислоты, соли, минеральные удобрения, хлор). Ее получают главным образом контактным или башенным способом по принципиальной схеме:

Бóльшая часть получаемой кислоты идет на производство минеральных удобрений (суперфосфат, сульфат аммония). Серная кислота служит исходным сырьем для получения солей и других кислот, для синтеза органических веществ, искусственных волокон, для очистки керосина, нефтяных масел, бензола, толоуола, при изготовлении красок, травлении черных металлов, в гидрометаллургии урана и некоторых цветных металлов, для получения моющих и лекарственных средств, как электролит в свинцовых аккумуляторах и как осушитель.

Тиосерная кислота

H 2 S 2 O 3 структурно аналогична серной кислоте за исключением замены одного кислорода на атом серы. Наиболее важным производным кислоты является тиосульфат натрия Na 2 S 2 O 3 – бесцветные кристаллы, образующиеся при кипячении сульфита натрия Na 2 SO 3 с серным цветом. Тиосульфат (или гипосульфит) натрия используется в фотографии как закрепитель (фиксаж).

Сульфонал

(CH 3) 2 C(SO 2 C 2 H 5) 2 – белое кристаллическое вещество, без запаха, слабо растворимое в воде, является наркотиком и используется как седативное и снотворное средство.

Сульфид водорода

H 2 S (сероводород) – бесцветный газ с резким неприятным запахом тухлых яиц. Он несколько тяжелее воздуха (плотность 1,189 г/дм 3), легко сжижается в бесцветную жидкость и хорошо растворим в воде. Раствор в воде является слабой кислотой с рН ~ 4. Жидкий сероводород используют как растворитель. Раствор и газ широко применяют в качественном анализе для отделения и определения многих металлов. Вдыхание незначительного количества сероводорода вызывает головную боль и тошноту, большие количества или непрерывное вдыхание сероводорода вызывают паралич нервной системы, сердца и легких. Паралич наступает неожиданно, в результате нарушения жизненных функций организма.

Монохлорид серы

S 2 Cl 2 – дымящая масляная жидкость янтарного цвета с едким запахом, слезоточивая и затрудняющая дыхание. Она дымит во влажном воздухе и разлагается водой, но растворима в сероуглероде. Монохлорид серы – хороший растворитель для серы, иода, галогенидов металлов и органических соединений. Монохлорид используется для вулканизации каучука, в производстве типографской краски и инсектицидов. При реакции с этиленом образуется летучая жидкость, известная как горчичный газ (ClC 2 H 4) 2 S – токсичное соединение, используемое как боевое химическое отравляющее вещество раздражающего действия.

Дисульфид углерода

CS 2 (сероуглерод) – бледножелтая жидкость, ядовитая и легко воспламеняющаяся. CS 2 получают синтезом из элементов в электрической печи. Вещество нерастворимо в воде, имеет высокий коэффициент светопреломления, высокое давление паров, низкую температуру кипения (46° C). Сероуглерод – эффективный растворитель жиров, масел, каучука и резин – широко используют для экстракции масел, в производстве искусственного шелка, лаков, резиновых клеев и спичек, уничтожения амбарных долгоносиков и одежной моли, для дезинфекции почв.

Сера расположена в VIа группе Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
На внешнем энергетическом уровне серы содержится 6 электронов, которые имеют 3s 2 3p 4 . В соединениях с металлами и водородом сера проявляет отрицательную степень окисления элементов -2, в соединениях с кислородом и другими активными неметаллами – положительные +2, +4, +6. Сера – типичный неметалл, в зависимости от типа превращения может быть окислителем и восстановителем.

Нахождение серы в природе

Сера встречается в свободном (самородном) состоянии и связанном виде.

Важнейшие природные соединения серы:

FeS 2 - железный колчедан или пирит,

ZnS - цинковая обманка или сфалерит (вюрцит),

PbS - свинцовый блеск или галенит,

HgS - киноварь,

Sb 2 S 3 - антимонит.

Кроме того, сера присутствует в нефти, природном угле, природных газах, в природных водах (в виде сульфат-иона и обуславливает «постоянную» жёсткость пресной воды). Жизненно важный элемент для высших организмов, составная часть многих белков, концентрируется в волосах.

Аллотропные модификации серы

Аллотропия — это способность одного и того же элемента существовать в разных молекулярных формах (молекулы содержат разное количество атомов одного и того же элемента, например, О 2 и О 3 , S 2 и S 8 , Р 2 и Р 4 и т.д).

Сера отличается способностью образовывать устойчивые цепочки и циклы из атомов. Наиболее стабильны S 8 , образующие ромбическую и моноклинную серу. Это кристаллическая сера - хрупкое вещество жёлтого цвета.

Открытые цепи имеет пластическая сера, вещество коричневого цвета, которая получается при резком охлаждении расплава серы (пластическая сера уже через несколько часов становится хрупкой, приобретает жёлтый цвет и постепенно превращается в ромбическую).

1) ромбическая — S 8

t°пл. = 113°C; r = 2,07 г/см 3

Наиболее устойчивая модификация.

2) моноклинная — темно-желтые иглы

t°пл. = 119°C; r = 1,96 г/см 3

Устойчивая при температуре более 96°С; при обычных условиях превращается в ромбическую.

3) пластическая — коричневая резиноподобная (аморфная) масса

Неустойчива, при затвердевании превращается в ромбическую

Получение серы

1. Промышленный метод — выплавление из руды с помощью водяного пара.
2. Неполное окисление сероводорода (при недостатке кислорода):

2H 2 S + O 2 → 2S + 2H 2 O

1. Реакция Вакенродера:

2H 2 S + SO 2 → 3S + 2H 2 O

Химические свойства серы

Окислительные свойства серы
(S 0 + 2ē → S -2 )

1) Сера реагирует со щелочными без нагревания:

S + O 2 – t° → S +4 O 2

2S + 3O 2 – t °; pt → 2S +6 O 3

4) (кроме йода):

S + Cl 2 → S +2 Cl 2

S + 3F 2 → SF 6

Со сложными веществами:

5) c кислотами — окислителями:

S + 2H 2 SO 4 (конц) → 3S +4 O 2 + 2H 2 O

S + 6HNO 3 (конц) → H 2 S +6 O 4 + 6NO 2 + 2H 2 O

Реакции диспропорционирования:

6) 3S 0 + 6KOH → K 2 S +4 O 3 + 2K 2 S -2 + 3H 2 O

7) сера растворяется в концентрированном растворе сульфита натрия:

S 0 + Na 2 S +4 O 3 → Na 2 S 2 O 3 тиосульфат натрия