Геохимия серы

1

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Институт геологии и геоинформатики

Кафедра промысловой геологии

Реферат по дисциплине «Геохимия» на тему:

«Сера».

Выполнила:

СОДЕРЖАНИЕ.

1.      Происхождение серы. Получение серы…………...……………………………2

2.      История открытия элемента……………………………………………………..5

3.      Основные свойства серы………………………………….………..……………6

3.1. Общие сведения…………………………………………………..…………6

3.2. Физические и химические свойства серы………………………………….8

4.      Основные сферы применения серы……………………………………………14

5.      Список литературы……………………………………………………………...12

1. Происхождение серы. Получение серы.

Большие скопления самородной серы встречаются не так уж часто. Чаще она присутствует в некоторых рудах. Руда самородной серы — это порода с вкраплениями чистой серы.

Пока нет однозначного ответа на вопрос о том, образовались ли эти вкрапления одновременно с сопутствующими породами или позже. Существует несколько теорий, авторы которых придерживаются противоположных взглядов.

Теория сингенеза (то есть одновременного образования серы и вмещающих пород) предполагает, что образование самородной серы происходило в мелководных бассейнах. Особые бактерии восстанавливали сульфаты, растворенные в воде, до сероводорода, который поднимался вверх, попадал в окислительную зону и здесь химическим путем или при участии других бактерий окислялся до элементарной серы. Сера осаждалась на дно, и впоследствии содержащий серу ил образовал руду.

Теория эпигенеза (вкрапления серы образовались позднее, чем основные породы) имеет несколько вариантов. Самый распространенный из них предполагает, что подземные воды, проникая сквозь толщи пород, обогащаются сульфатами. Если такие воды соприкасаются с месторождениями нефти или природного газа, то ионы сульфатов восстанавливаются углеводородами до сероводорода. Сероводород поднимается к поверхности и, окисляясь, выделяет чистую серу в пустотах и трещинах пород.

Теория метасоматоза (одна из разновидностей теории эпигенеза) в последние десятилетия находит все новые подтверждения. Согласно ей в недрах постоянно происходит превращение гипса CaSO4-H2O и ангидрида CaSO4 в серу и кальцит СаСО3. Эта теория создана в 1935 году советскими учеными Л. М. Миропольским и Б. П. Кротовым. В ее пользу говорит то, что на месторождении Мишрак (Ирак) сера заключена в карбонатных породах, которые образуют свод, поддерживаемый уходящими вглубь опорами. Опоры состоят в основном из ангидрита и гипса. Такая же картина наблюдалась на отечественном месторождении Шор-Су. Геологическое своеобразие этих месторождений можно объяснить только с позиций теории метасоматоза: первичные гипсы и ангидриды превратились во вторичные карбонатные руды с вкраплениями самородной серы.

Важно не только соседство минералов — среднее содержание серы в руде этих месторождений равно содержанию химически связанной серы в ангидрите. А исследования изотопного состава серы и углерода в руде этих месторождений дали сторонникам теории метасоматоза дополнительные аргументы.

Но есть одно «но»: химизм процесса превращения гипса в серу и кальцит пока не ясен, и потому нет оснований считать теорию метасоматоза единственно правильной. На земле и сейчас существуют озера (в частности, Серное озеро близ Серноводска), где происходит сингенетическое отложение серы и сероносный ил не содержит ни гипса, ни ангидрита.

В основном серу получают из самородных руд, а так же путем окисления H2S или восстановления SO2. Из руд серу получают 6 способами:

           геотехнологический метод переработки заключается в выплавке элемента, находящегося в недрах Земли, без подъема руды на поверхность (т.е. в серосодержащий пласт подают под давлением по трубам водяной пар и сжатым воздухом расплавленную серу поднимают на поверхность);

           термический метод - серу либо выплавляют из дробленой руды в камерных печах, либо возгоняют во вращающихся печах;

           экстракционный метод состоит в извлечении серы из руд сероуглеродом;

           пароводяной метод - дробленая руда обрабатывается в автоклавах острым паром;

           флотационные методы - обогащение руд и последующее извлечение серы пароводяным методом;

методом флокуляции концентрат поступает а плавильник, оттуда во флокулятор, где к образовавшейся суспензии добавляют коагулянт (высококипящая жидкость, содержащая воду), затем флокулы пустой породы отделяют от жидкой серы.

Так же серу получают из H2S и природных газов следующим методом:

      извлекают H2S из газа щелочными растворами;

      затем перерабатывают десорбированный H2S методом контактного окисления - часть H2S окисляется до SO2 (сгорание);

      далее смесь H2S и SO2 реагирует на слое боксита при 270-300 °С, давая серу и Н2О;

      в процессе сухой очистки газ H2S на фильтре с активированным углем окисляется при 40 °С до серы и Н2О.

Так же серу получают и из SO2. Серу, выплавленную из самородных руд называют природной комовой; полученную из H2S и SO2 - гaзовой комовой; природную комовую, очищенную перегонкой – рафинированной; сконденсированную из паров выше температуры плавления и разлитую из жидкого состояния в формы – черенковой; сконденсированную в твердое состояние -серным цветом. Высокодисперсную серу называют коллоидной.

2. История открытия элемента.

С запахом горящей серы, удушающим действием сернистого газа и отвратительным запахом сероводорода человек познакомился, вероятно, еще в доисторические времена. Сера издавна использовалась человечеством и как лекарственное средство, и как атрибут в мистических ритуалах. Первые упоминания о ее практическом использовании датируются 2000 г. до н. э. Греки и римляне разрабатывали месторождения серы для получения сернистого ангидрида, газа, используемого для отбеливания тканей. Так же порошок из серы использовали при лечении кожных заболеваний и для изготовления косметики. В античном мире считалось, что голубое пламя и специфический запах могут отгонять злых духов; христиане же наоборот, считали  серу свидетельством присутствия злых сил.

Использовалась сера для военных целей. Так,  в 670 году с помощью смеси серы, угля и селитры («греческого огня») защитниками Константинополя был дотла сожжен арабский флот. Входила сера и в состав «черного пороха», использовавшегося в Европе во время войн вплоть до конца XIX века.

Русское название элемента сера вероятно происходит от древне-индийского «сира», что значит светло-желтый.

Элементарную природу серы установил в конце 70-х годов XVIII века французский химик А. Л. Лавуазье и включил её в список неметаллических простых тел (1789). В 1822 Э. Мичерлих обнаружил аллотропию серы.

3. Основные свойства серы.

3.1. Общие сведения.

радиоактивные изотопы 31S (T1/2 = 2,4 сек), 35S (T1/2 = 87,1 cyток), 37S (T1/2 = 5,04 мин). Сера является высокоотрицательным элементом, проявляющим неметаллические свойства.

Цвет - серно-желтый, желто-оранжевый, желто-бурый, серовато-желтый, серовато-бурый.
Блеск - на поверхности излома жирный, на гранях алмазный.
Прозрачность -мутная, просвечивающая, прозрачная.
Черта - серно-желтая, соломенно-желтая.
Твердость - 2.
Плотность 2—2,1.
Излом -раковистый, минерал очень хрупок.
Сингония - ромбическая.
Форма кристаллов - пирамида или притупленная пирамида.
Спайность - несовершенная.

Конфигурация внешней электронной оболочки атома 3s2 3р4 , наиболее характерные степени окисления - 2, +4, +6; :

Энергии ионизации при последовательном переходе от S0 к S6+ равны соответственно 10,3601, 23,35, 34,8, 47,29, 72,5, 88,0 эВ; сродство к электрону 2,0772 эВ; электроотрицательность по Полингу 2,58; атомный радиус 0,104 нм. Ионные радиусы в нм: S2- 0,170 (6), S4+ 0,051 (6), S6+ 0,026 (4). Сера является 16 по химической распространенности элементом, среднее содержание в земной коре 0,05 % по массе, в воде морей и океанов 0,09%. Основная масса серы в виде сульфидов металлов находится в мантии Земли на глубине 1100-1400 км. Она встречается в свободном и связанном виде.

Сера в обычных условиях имеют различный цвет. Окраска этих веществ обусловлена способностью поглощать какую-то часть спектра белого света. В результате этого они окрашены в какой-нибудь дополнительный (к цвету поглощения лучей) цвет. Дополнительными, или взаимокомпенсирующими, до белого цвета являются следующие пары цветовых сочетаний: красный — голубой, желтый — синий, зеленый — пурпурный и т. д. “Вычитание” какого-либо цвета из белого дает дополнительную окраску вещества. Так, ромбическая сера поглощает синий цвет, поэтому она окрашена в желтый, кристаллический моноклинный селен красного цвета, так как поглощает голубой.

Важнейшие природные соединения серы: FeS2 — железный колчедан или пирит ZnS — цинковая обманка или сфалерит, PbS — свинцовый блеск или галенит, HgS — киноварь, Sb2S3 — антимонт. Кроме того, сера присутствует в нефти, природном угле, природных газах и сланцах. Сера — шестой элемент по содержанию в природных водах, встречается в основном в виде сульфат-иона и обуславливает «постоянную» жесткость пресной воды. Жизненно важный элемент для высших организмов, составная часть многих белков, концентрируется в волосах. Сера - плохой проводник тепла и электричества.