Сульфид — свойства, получение и применение

Общая характеристика состава и структуры

Более 40 элементов таблицы Менделеева (как правило, металлы) образуют соединения с серой. Иногда вместо нее в подобных соединениях присутствуют мышьяк, сурьма, селен, висмут или теллур. Соответственно такие минералы носят наименование арсенидов, антимонидов, селенидов, висмутидов и теллуридов. Совместно с производными сероводорода все они включены в класс сульфидов благодаря сходству свойств.

Характерная для минералов этого класса химическая связь – ковалентная, с металлической компонентой. Наиболее часто встречающиеся структуры – координационная, островная (кластерная), иногда слоистая или цепочечная.

Строение

Сернистый водород (H2S) считается двуокисной кислотой, от которой происходит два ряда сульфидов:

• гидросульфиды или кислые сульфиды – в сероводороде замещается только один атом водорода;
• нормальные сульфиды – в сероводороде замещены все атомы водорода.

Ряды сульфидов отличаются строением. Общие формулы сульфидов:

• кислые – MHS;
• нормальные – M2S.

Сульфиды сочетают кристаллическое строение серы с металлической решёткой металлов. Атомы серы в сульфидах создают ионно-ковалентно-металлические химические связи. При этом размер атома серы во много раз больше атомов металлов. Это придаёт связи неустойчивость и объясняет активность соединений.

Гидросульфиды и сульфиды щелочных металлов хорошо растворяются в воде.

Физические свойства сульфидов

Практически все сульфиды характеризуются высоким удельным весом. Величина твердости по шкале Мооса у различных представителей группы колеблется в широких пределах и может составлять от 1 (молибденит) до 6,5 (пирит). Однако большинство сульфидов достаточно мягкие.

За малым исключением клейофан – разновидность цинковой обманки или сфалерита, минералы данного класса непрозрачны, часто имеют темную, иногда – яркую окраску, служащую важным диагностическим признаком (так же, как и блеск). Отражающая способность их может колебаться от средней до высокой.

Большая часть сульфидов – минералы, обладающие полупроводниковой электропроводностью.

Традиционная классификация

Несмотря на общность основных физических свойств, сульфиды, конечно, имеют внешние диагностические различия, по которым подразделяются на три типа.

1. Колчеданы. Это собирательное название минералов из группы сульфидов, обладающих металлическим блеском и окраской, имеющей оттенки желтого цвета, либо желтой побежалостью. Самый знаменитый представитель колчеданов – пирит FeS2, он же серный или железный колчедан. К ним относятся также халькопирит CuFeS2 (медный колчедан), арсенопирит FeAsS (мышьяковый колчедан, он же тальгеймит или миспикель), пирротин Fe7S8 (магнитный колчедан, магнитопирит) и другие.
2. Блески. Так именуются сульфиды с металлическим блеском и цветом от серого до черного. Характерные примеры таких минералов – галенит PbS (свинцовый блеск), халькозин Cu2S (медный блеск), молибденит MoS2, антимонит Sb2S3 (сурьмяный блеск).
3. Обманки. Это название минералов из группы сульфидов, характеризующихся неметаллическим блеском. Типичные примеры подобных сульфидов – сфалерит ZnS (цинковая обманка) или киноварь HgS (ртутная обманка). Известны также реальгар As4S4 – красная мышьяковая обманка, и аурипигмент As2S3 – желтая мышьяковая обманка.

Различия по химическим признакам

Более современная классификация основана на особенностях химического состава и включает следующие подклассы:

• Простые сульфиды являются соединениями иона металла (катион) и серы (анион). В качестве примера таких минералов можно упомянуть галенит, сфалерит, киноварь. Все они – простые производные сероводорода.
• Двойные сульфиды отличаются тем, что в них с анионом серы связываются несколько (два и более) катионов металлов. Это халькопирит, борнит («пестрая медная руда») Cu5FeS4, станнин (оловянный колчедан) Cu2FeSnS4 и другие подобные им соединения.
• Дисульфиды – соединения, в которых катионы связаны с анионной группировкой S2 либо AsS. К ним относятся такие минералы из группы сульфидов и арсенидов (сульфоарсенидов), как пирит, имеющий наибольшее распространение, или мышьяковый колчедан арсенопирит. Также в этот подкласс входит кобальтин CoAsS.
• Сложные сульфиды, или сульфосоли. Это название минералов из группы сульфидов, арсенидов и близких к ним по составу и свойствам соединений, представляющих собой соли тиокислот, таких как тиомышьяковистая H3AsS3, тиовисмутистая H3BiS3 или тиосурьмянистая H3SbS3. Так, в подкласс сульфосолей (тиосолей) входят минерал лиллианит Pb3Bi2S6 или так называемые блеклые руды Cu3(Sb,As)S3.

Генезис минералов группы сульфидов

Большинство сульфидов образуются путем кристаллизации из гидротермальных растворов. Иногда минералы этой группы имеют магматическое или скарновое (метасоматическое) происхождение, а также могут формироваться в ходе экзогенных процессов — в восстановительных условиях в зонах вторичного обогащения, в некоторых случаях в осадочных породах, как пирит или сфалерит.

В условиях поверхностного нахождения все сульфиды, кроме киновари, лаурита (сульфид рутения) и сперрилита (арсенид платины), очень неустойчивы и подвержены окислению, что ведет к образованию сульфатов. Результатом процессов изменения сульфидов становятся такие типы минералов, как оксиды, галогениды, карбонаты. Кроме того, за счет их разложения возможно образование самородных металлов – серебра или меди.

Особенности залегания

Сульфиды – минералы, образующие рудные скопления различного характера в зависимости от соотношения их с прочими минералами. Если сульфиды преобладают над ними, принято говорить о массивных или сплошных сульфидных рудах. В противном случае руды называют вкрапленными или прожилковыми.

Очень часто сульфиды отлагаются совместно, образуя месторождения полиметаллических руд. Таковы, например, медно-цинково-свинцовые сульфидные руды. Кроме того, разные сульфиды одного металла нередко формируют его комплексные месторождения его. Например, халькопирит, куприт, борнит – медьсодержащие минералы, залегающие вместе.

Чаще всего рудные тела сульфидных месторождений имеют форму жил. Но встречаются и линзообразные, штоковые, пластовые формы залегания.

Применение сульфидов

Сульфидные руды чрезвычайно важны как источник редких, благородных и цветных металлов. Из сульфидов получают медь, серебро, цинк, свинец, молибден. Висмут, кобальт, никель, а также ртуть, кадмий, рений и другие редкие элементы тоже извлекаются из таких руд.

Помимо этого, некоторые сульфиды используются в производстве красок (киноварь, аурипигмент) и в химической промышленности (пирит, марказит, пирротин – для производства серной кислоты). Молибденит, кроме использования в качестве руды, применяется как специальная сухая жаростойкая смазка.

Сульфиды – минералы, представляющие интерес благодаря своим электрофизическим свойствам. Однако для нужд полупроводниковой, электрооптической, инфракрасно-оптической техники применяют не природные соединения, а их искусственно выращиваемые аналоги в форме монокристаллов.

Еще одна область, где находят применение сульфиды, – радиоизотопное геохронологическое датирование некоторых рудных пород при помощи самарий-неодимового метода. В таких исследованиях используют халькопирит, пентландит и другие минералы, содержащие редкоземельные элементы — неодим и самарий.

Эти примеры свидетельствуют о том, что сфера применения сульфидов весьма широка. Они играют существенную роль в различных технологиях и в качестве сырья, и как самостоятельные материалы.

Сульфид рубидия — описание

Получение сульфид рубидия

• Прямой синтез из элементов:

2 Rb + S →100−130oC  Rb2S

• Пропусканием сероводорода через раствор щёлочи:

2 RbOH + H2S  →   Rb2S + 2 H2O

• Взаимодействием избытка рубидия и сульфида ртути с последующей отгонкой металлов:

2 Rb + HgS  →  Rb2S + Hg

• Разложением кристаллогидрата при нагревании:

Rb2S ⋅ 4 H2O  →−H2O 200−250oC Rb2S ⋅ 2 H2O  →−H2O >T  Rb2S

Физические свойства

Сульфид рубидия Rb2S — тёмно-красные (по другим данным — бесцветные) кристаллы кубической сингонии, пространственная группа F m3m, параметры ячейки a = 0,767 нм, Z=4.

Безводный порошкообразный Rb2S пирофорен на воздухе.

Хорошо растворимы в воде (с гидролизом). Гигроскопичен, образует тетрагидраты Rb2S•4H2O — белые или бледно-жёлтые кристаллы.

Химические свойства

• В водных растворах имеет щелочную реакцию вследствие гидролиза по аниону:

S2− + H2O  →  HS− + OH−

• Реагирует с разбавленными сильными кислотами:

Rb2S + 2 HCl  →  2 RbCl + H2S ↑

• В реакции с концентрированной серной кислотой проявляются восстанавливающие свойства сульфида рубидия:

Rb2S + 3 H2SO4  →  2 RbHSO4 + SO2 ↑ + S ↓ + 2 H2O

• Водные растворы медленно окисляются кислородом воздуха с образованием различных продуктов:

Rb2S  →−RbOH O2   S ↓ RbSn Rb2S2O3

• В твёрдом состоянии окисляется до сульфата:

Rb2S + 2 O2  →500oC  Rb2SO4

• При кипячении раствора с серой образуются полисульфиды:

Rb2S + n S  →100oC  Rb2Sn + 1где n=2÷5.

• При пропускании сероводорода через раствор образуется гидросульфид:

Rb2S + H2S  →  Rb2Sn + 1

Сульфид железа — описание

Описание и структура

Сульфид железа (II) — бескислородная соль. Кристаллы чёрного цвета с металлическим блеском и гексагональной кристаллической решёткой, тугоплавкий, разлагается при нагревании в вакууме. Во влажном состоянии чувствителен к кислороду воздуха. Нерастворим в воде. Не выпадает в осадок при насыщении растворов солей железа (II) сероводородом. Разлагается кислотами. Применяется как сырье в производстве чугуна, твердый источник сероводорода. Не притягивается магнитом.

Получение

1. Взаимодействие железа с серой:

Fe + S ⟶ FeS

Реакция начинается при нагревании смеси железа с серой в пламени горелки, далее может протекать и без подогрева, с выделением теплоты.

2. Взаимодействие оксида железа (III) с водородом и сероводородом:

Fe2O3 + H2 + 2H2S ⟶ 2FeS + 3H2O

Химические свойства

1. Взаимодействие с концентрированной HCl:

FeS + 2HCl ⟶ FeCl2 + H2S

2. Взаимодействие с концентрированной HNO3:

FeS + 12HNO3 ⟶ Fe(NO3)3 + 9NO2 + 5H2O + H2SO4

Применение

Сульфид железа (II) служит обычным исходным продуктом при получении сероводорода в лабораторных условиях. Гидросульфид железа [Fe(SH)2] и/или отвечающая ему основная соль [Fe(SH)OH] является важнейшей составной частью некоторых лечебных грязей.

Сульфид натрия

Получение

В промышленности — прокаливание минерала мирабилит Na2SO4 · 10H2O.

1.  Na2SO4 + 4H2 ⟶ Na2S + 4H2O
2.  Na2SO4 + 4C ⟶ Na2S + 4CO
3.  Na2SO4 + 4CO ⟶ Na2S + 4CO2

Химические свойства

Взаимодействует с разбавленной соляной кислотой:

Na2S + 2HCl ⟶ 2NaCl + H2S

Взаимодействует с концентрированной серной кислотой:

Na2S + 3H2SO4 ⟶ SO2 + S + 2H2O + 2NaHSO4

Реагирует с водным раствором перманганата калия:

3Na2S + 2KMnO4 + 4H2O ⟶ 2MnO2 + 6NaOH + 2KOH + 3S

В реакции с йодом оседает чистая сера:

Na2S + I2 = 2NaI + S

Применение

Сульфид натрия применяется в производстве сернистых красителей и целлюлозы, для удаления волосяного покрова шкур при дублении кож, как реагент в аналитической химии, а так же на хим.водоочистке.

Требования к безопасности при использовании сульфида натрия

Сульфид натрия ядовит. Данное вещество принадлежит ко второму классу опасности. Может быть взрывоопасным при выделении ядовитого сероводорода при взаимодействии с кислотами. При контакте с открытой кожей вызывает химический ожог, при вдыхании может приводить к насморку, слезотечению, сдавливанию груди, кашлю, одышке.

На предприятиях при работе с сульфидом натрия в обязательном порядке применяются средства химической защиты. Особенное внимание уделяется защите кожи, глаз и органов дыхания. Помещение, в котором производятся работы с компонентом, должно быть оборудовано промышленной вытяжкой и локальной (личной) вентиляцией. Идеальным вариантом является наличие контрольных датчиков сероводорода.

Ваша оценка?

Петр Иваныч

Возможно этот человек ответит на ваши вопросы

Задать вопрос