исключительно важную роль в работах алхимиков. По мнению алхимика Гебера, сера олицетворяла собой одно из «основных начал» природы — горючесть и изменчивость. Предположение Гебера, что все металлы состоят из серы и ртути, смешанных в разных пропорциях, сделалось краеугольным камнем алхимического учения о металлах. Алхимики рассчитывали превратить различные металлы в золото; для этого, по мнению алхимиков, достаточно было лишь отнять от них серу.
Сера на земле и в космосе
Самородная сера под землей, многочисленные соединения серы с металлами, наконец, залежи «квасцевого камня» алунита на склонах потухших вулканов — вот отдельные страницы своеобразной геохимической летописи этого интереснейшего элемента. Изучение этой летописи дает нам возможность представить геологию серы, степень ее распространенности и все сложные процессы превращения серы в природе.
В земной коре содержится 0,04 процента серы. Как реально представить себе такое количество? Попробуем решить простую задачу: сколько серной кислоты можно получить из всей встречающейся на Земле серы? Расчет дает огромную цифру: 3,16·1016 тонн, или 2·107 кубических километров серной кислоты. Такой массой серной кислоты можно заполнить примерно 1000 водоемов, равных озеру Байкал.
Но сера участвовала в образовании не только земной коры. Ее находят в метеоритах, и этот факт позволяет предполагать, что сера входит в состав ядра Земли: многие ученые считают, что сердце нашей планеты и метеориты содержат одни и те же элементы. Глубокие недра Земли очень богаты серой. Об этом свидетельствуют не только выделения серосодержащих газов при вулканических извержениях, но и многочисленные сернорудные жилы. Они представляют собой застывшие растворы сернистых металлов, вылившихся в глубокой древности в расплавленном виде из земных недр.
Сфера «деятельности» серы выходит за пределы Земли, распространяясь и на космос.
Наряду с другими элементами сера является одним из незаменимых кирпичиков мироздания. Сульфид железа и алунит — известные нам «земные» и в то же время «космические» соединения серы.
В виде сульфида железа, или, как его иногда называют, метеоритного железа, сера входит в состав других планет солнечной системы.
Алунит представляет собой сложное соединение серы, содержащее калий и алюминий. Наблюдая Луну через мощные телескопы, можно увидеть сверкающие белоснежные ореолы, которые окружают кратеры лунных гор. Быть может, это тот же алунит, который всегда встречается в кратерах потухших вулканов? Скоро человек получит ответ на этот вопрос.
Сера на Земле и на других планетах — это одна из иллюстраций единства происхождения вселенной.
Экскурс в далекое прошлое
В невообразимо далекие времена высокая температура и недостаток кислорода и воды в атмосфере создавали предпосылки для непосредственного соединения серы с металлами, для образования сульфидов. И лишь с появлением жидкой воды и свободного кислорода сульфиды начали окисляться. Наступила пора «рождения» сульфатов.
Образование самородной серы шло двумя путями: один из них — взаимодействие сероводорода и сернистого газа, выделяющихся при извержениях вулканов. Два газа, соединяясь, давали воду и серу. Но был и другой путь образования серы, в результате которого возникали мощные серные месторождения под землей. Если рассматривать географию серы, можно заметить, что подобные месторождения падают на южные районы: Средняя Азия, Крым и Кавказ в СССР; Сицилия, Япония, где сера добывается на особом Серном острове, и, наконец, на юге США. Чем же объясняется такое «тяготение» серы к южным районам? По всей вероятности, это не случайность.
Академик Ферсман считал, что для образования самородной серы необходим особый климатический режим — сухой и пустынный. Кроме того, в достаточном количестве должны присутствовать углеводороды, которые и восстанавливают сульфаты до самородной серы.
Сера как элемент
Ученые прошлого не зря приписывали сере различные чудодейственные свойства; она обладает интересными химическими и физическими особенностями.
Химия немногих элементов столь же «богата», как химия серы. Сера — образец классического неметалла, и расположение ее в периодической таблице таково, что и положительная и отрицательная валентность серы выступают с одинаковым успехом.
Сера легко принимает на внешнюю оболочку два электрона. Она становится отрицательно двухвалентной, и в такой форме входит в молекулу сероводорода H2S. Основные положительные валентности серы: 4+ и 6+. Например, в двуокиси серы, или сернистом ангидриде SO2, сера положительно четырехвалентна, а в трехокиси, или серном ангидриде SO3, — шестивалентна. Соединяясь с водой, эти окислы дают соответственно сернистую и серную кислоты: H2SO3 и H2SO4. Структурные их формулы имеют знакомые каждому школьнику начертания:
Если в формуле серной кислоты заменить один из атомов кислорода атомом серы, то получается весьма любопытное соединение — тиосерная кислота, H2S2O6, или
В ней один атом серы положительно шестивалентен, другой — отрицательно двухвалентен. Тиосерная кислота — довольно редкий пример неорганического соединения, где два атома одного и того же соединения имеют различные валентности. В отличие от серной кислоты сернистая и тиосерная в свободном виде не существуют.
Наконец, для серы известна обширная серия так называемых политионовых кислот. Они образуются при взаимодействии сернистого ангидрида и сероводорода в присутствии больших количеств воды. Общая их формула записывается в виде H2SxO6. Индекс x может принимать значение от 3 до 6.
По многообразию неорганических соединений сера занимает одно из первых мест.
Сера очень охотно соединяется почти со всеми элементами таблицы Менделеева. Лишь инертные газы, благородные металлы, азот и йод противостоят ее «натиску». Очень многие металлы залегают в земной коре в виде соответствующих сернокислых или сернистых соединений. Вспомним, к слову говоря, мирабилит, гипс или многочисленные и разнообразные колчеданы. Каждому из вас, наверное, знаком простейший школьный опыт: при растирании железных опилок с порошком серы в фарфоровой ступке и легком нагревании начинается бурная реакция.
Даже опытному химику не всегда удается сразу разобраться в многообразии и особенностях соединений серы.
Но с этим элементом связано и немало любопытных фактов, которые следует отнести уже к физическим свойствам.
Расплавим кусок серы. Прежде всего мы наблюдаем заметное увеличение объема. Оно составляет почти 15 процентов. Будем нагревать дальше получившуюся желтую легкоподвижную жидкость. При температуре около 200 градусов она становится вдруг темной и очень вязкой массой. Повысим температуру еще до 200 градусов — и снова наблюдаем легкоподвижную жидкость.
Как объяснить такие переходы свойств? В обычных условиях молекула серы имеет вид своеобразного кольца, связывающего восемь атомов элемента. При нагревании кольца постепенно разрываются и образуются открытые восьмиатомные цепи; благодаря этому повышается вязкость. Более высокая температура приводит уже к тому, что начинают дробиться сами цепи, и вязкость снова уменьшается. В
