Sērs

Sērs
16	; ; ; ; 6; 8; 2
	S; 32,065 g/mol
	[Ne]3s23p4
	; S8 molekulas uzbūve un sēra kristāli
Oksidēšanas pakāpes	6, 4, 2, −2
Elektronegativitāte	2,58
Blīvums	2070 kg/m3
Kušanas temperatūra	388,36 K (115,21 °C)
Viršanas temperatūra	717,87 K (444,6 °C)

Sērs ir ķīmiskais elements ar simbolu S un atomskaitli 16. Sērs ir nemetāls, kurš pieskaitāms pie halkogēniem, lai arī bieži vien šo grupu īpaši neizdala. Sērs deg (bet diezgan slikti), ar zilu liesmu, veidojot sēra dioksīdu. Rūpnieciski nozīmīgākais sēra savienojums ir sērskābe.

Vēsture

Sērs pieder pie elementiem, kas pazīstami no aizvēsturiskiem laikiem. Iespējams, tā nosaukums cēlies no sanskrita vārda sira — gaišdzeltens.

Atrašanās dabā

Sērs ir sastopams dabā tīrradņu veidā un savienojumos — sulfīdos (sulfīdu rūdās), sulfātos (lielos daudzumos jūras ūdenī), kā arī dažu paveidu naftā un akmeņoglēs. Sērs pēc izplatības Zemes garozā ir piecpadsmitajā vietā (0,05% pēc masas, 0,03% pēc atomu skaita).^[1]

Svarīgākie dabā atrodamie sēra savienojumi:

FeS₂ — pirīts, dzelzs kolčedāns
ZnS — cinkmānis
PbS — svina spīde jeb galenīts
HgS — cinobrs
CaSO₄·2H₂O — ģipsis
Na₂SO₄·10H₂O — glaubersāls
MgSO₄·7H₂O — rūgtais sāls

Dabas ūdeņos sērs sastopamības ziņā ir sestais elements. Sulfāta joni rada saldūdens pastāvīgo (nepārejošo) cietību.

Izotopi

Uz Zemes sērs sastopams četru stabilu izotopu veidā. Izplatītākais izotops ir ³²S (95,084%), kā arī ³⁴S (4,16%). Izotopi ³³S un ³⁶S sastopami niecīgā daudzumā. Mākslīgi iegūti β radioaktīvie ³¹S un ³⁷S.

Bioloģiskā nozīme

Sērs pieder pie biogēnajiem elementiem, jo ietilpst dažu aminoskābju (cisteīna, metionīna) sastāvā, kā arī citās bioloģiski aktīvās vielās. Sērs ir svarīgs elements cilvēka organismam.

Iegūšana

Sēru galvenokārt iegūst, kausējot dabiskās sēra iegulas tieši to atrašanās vietā — pazemē. Iegūst arī, rūpnieciski izkausējot no sēru saturošām rūdām. Sēru var iegūt arī no sēru saturošām gāzēm, kas rodas metalurģiskajā rūpniecībā (tādējādi turklāt tiek samazināts gaisa piesārņojums).

Fizikālās īpašības

Tīrā veidā sērs ir dzeltena kristāliska viela, kas sastāv no gredzenveida S₈ molekulām. Stabilākā sēra modifikācija ir rombiskais sērs jeb α-sērs, daļēji stabils ir monoklīnais sērs jeb β-sērs, kura blīvums ir drusku mazāks un krāsa — gaišāka. Abu modifikāciju kristāli atšķiras ar gredzenveida molekulu savstarpējo novietojumu. Strauji atdzesējot sēra tvaikus uz aukstas virsmas, iegūst ļoti smalku pulveri, ko sauc par sēra ziediem. Lejot aukstā ūdenī verdošu sēra kausējumu, var iegūt plastisko sēru — tumšbrūnu, staipīgu gumijveida masu, kas sastāv no garām sēra atomu ķēdītēm (līdz vairākiem tūkstošiem atomu). Parastā temperatūrā plastiskais sērs ātri kļūst trausls un sabirst rombiskā sēra kristālos. Ir pazīstamas arī citas nestabilas sēra modifikācijas — veidotas no S₂ molekulām (purpursarkanā krāsā) vai S₆ molekulām (oranždzeltenā krāsā).

Karsējot sērs izkūst, veidojot laistīgu dzeltenu šķidrumu. Tālāk karsējot, apmēram 160 °C temperatūrā šķidrums sāk palikt tumšāks un sabiezē, bet pie 200 °C tas kļūst darvai līdzīgs — tumši brūns un viskozs. Tas izskaidrojams ar sēra ciklisko molekulu sairšanu un garu lineāru sēra atomu virkņu veidošanos. Turpinot karsēšanu, garās ķēdes sāk sairt un viskozitāte atkal samazinās, līdz kamēr sērs sāk vārīties. Sēra tvaikos, atkarībā no temperatūras, ir S₈, S₆, S₄ vai S₂ molekulas, ar ko izskaidrojama sēra tvaiku krāsas maiņa no oranždzeltenas līdz gaišdzeltenai. Interesanti, ka S₂ molekulas ir paramagnētiskas — tās pievelk magnēts. 1500 °C temperatūrā sērs disociē atsevišķos atomos.

Sērs ūdenī praktiski nešķīst, bet dažas tā modifikācijas šķīst sērogleklī vai organiskos šķīdinātājos (toluolā). Sērs ir blīvāks par ūdeni, tādēļ tā gabaliņi ūdenī grimst. Tomēr sēra smalks pulveris peld ūdenī, jo ūdens sēru neslapina.

Sērs, tāpat kā citi nemetāli, slikti vada siltumu un nevada elektrisko strāvu.

Ķīmiskās īpašības

Atšķirībā no skābekļa, sēra veidotās atomu ķēdes ir pilnīgi stabilas. Tas veido zigzagveida atomu virknes, no kurām visstabilākās ir cikliskas vainaga veida molekulas no astoņiem atomiem.

Sēra elektronegativitāte ir samērā liela (tomēr daudz mazāka nekā skābeklim) un tas ir diezgan aktīvs — veido savienojumus ar gandrīz visiem elementiem. Sērs parasti ir oksidētājs. Kā reducētājs sērs reaģē ar skābekli un halogēniem, kas ir elektronegatīvāki. Sērs mēdz būt divvērtīgs, četrvērtīgs vai sešvērtīgs. Savienojumos sēram var būt oksidēšanas pakāpe -2 (sulfīdos), +4 (SO₂ un sulfītos) vai +6 (sērskābē un sulfātos). Retāk sastopama oksidēšanas pakāpe +2, piemēram, sēra halogenīdos.

Sēra kušana degot (augšā). Apakšā — sēra gaišzilā liesma, novērojama aptumšotā telpā.

Istabas temperatūrā sērs reaģē kā reducētājs ar fluoru, hloru un koncentrētām oksidējošām skābēm (HNO₃, H₂SO₄):

S + 3F₂ → SF₆

S + Cl₂ → SCl₂

S + 6HNO₃ → H₂SO₄ + 6NO₂ ↑ + 2H₂O

S + 2H₂SO₄ → 3SO₂ ↑ + 2H₂O

Gaisā sērs deg, veidojot gāzi ar asu smaku — sēra dioksīdu:

S + O₂ → SO₂

Iedarbojoties ar metāliem, veido sulfīdus.

Karsējot reaģē ar oglekli, silīciju, fosforu, ūdeņradi:

C + 2S → CS₂ (sērogleklis)

Sērs reaģē ar karstiem sārmiem, iesaistoties disproporcionēšanās reakcijā:

3S + 6KOH → K₂SO₃ + 2K₂S + 3H₂O

Sēra savienojumi

Sēru saturošās skābes

H₂SO_n veida skābekli saturošās skābes
Sēra vidējā oksidēšanas pakāpe	Uzbūve	Skābes	Sāļi	Piemēri un piezīmes
+2		Sulfoksilskābe H₂SO₂	Sulfoksilāti
+4		Sērpaskābe H₂SO₃	Sulfīti	Nātrija sulfīts
+6		Sērskābe H₂SO₄	Sulfāti	Nātrija sulfāts, Amonija sulfāts, Kalcija sulfāts (ģipsis)
+6		Peroksisērskābe (Karo skābe) H₂SO₅	Peroksisulfāti	spēcīgi oksidētāji

H₂S₂O_n veida skābekli saturošās skābes
Sēra vidējā oksidēšanas pakāpe	Uzbūve	Skābes	Sāļi	Piemēri un piezīmes
+1		Tiosērpaskābe H₂S₂O₂	Tiosulfīti (nav pazīstami)
-2 un +6		Tiosērskābe H₂S₂O₃	Tiosulfāti	Nātrija tiosulfāts (hiposulfīts, fotogrāfiskās fiksāžas pamatviela)
+3		Ditiosērpaskābe H₂S₂O₄	Ditionīti	Nātrija ditionīts, reducētājs, balināšanas līdzeklis
+4		Disērpaskābe H₂S₂O₅	Disulfīti	Nātrija disulfīts un kālija disulfīts (konservēšanas līdzekļi)
+5		Ditionskābe H₂S₂O₆	Ditionāti	reducētāji
+6		Disērskābe H₂S₂O₇	Disulfāti
+6		Peroksidisērskābe H₂S₂O₈	Peroksidisulfāti	Kālija persulfāts, (spēcīgs oksidētājs, balinošs līdzeklis)

Citi sēra savienojumi

Sērogleklis CS₂, normālos apstākļos ir šķidrums, dažreiz lieto par šķīdinātāju.
Sēra heksafluorīds (elegāze) SF₆, normālos apstākļos ir gāze, lieto par elektroizolācijas materiālu augstsprieguma slēdžos.

Izmantošana

Sēru lieto sērskābes ražošanai, kaučuka vulkanizācijai, sērkociņu ražošanai, kā fungicīdu lauksaimniecībā. Koloīdo sēru izmanto medicīnā (dažādās ziedēs).