«подгоняли» к такому допущению. В частности, формулы двух известных хлоридов меди записывали так: Cl—Cu—Cu—Cl и Cl—Cu—Cl. По этому поводу Смит делает важный и актуальный во все времена вывод: «Вполне противно научному методу – изобретать или искажать факты в целях поддержки представления, которое, не будучи основано на опыте, является результатом простого предположения. Однако история науки показывает, что подобные ошибки наблюдаются часто».
Термин «валентность» потерял однозначность и первоначальную простоту определения и фактически, по мере развития химии, разделился на несколько понятий – парциальную валентность, главную и побочную и т.д.
Первые осложнения начались с признания, что валентность – величина переменная. Теорию немецкого химика Фридриха Карла Иоганнеса Тиле (1865–1918) о парциальных, или частичных, валентностях Чугаев считает одной из первых попыток расширить классическое понятие валентности. Швейцарский химик Альфред Вернер предположил, что наряду с главными, или основными, единицами валентности существуют другие, побочные. Например, в соединении СоСl3·6NH3 атом кобальта связан одновременно с девятью атомами хлора и азота!
Теория немецкого химика Рихарда Абегга (1869–1910) об электровалентности, которая может быть положительной (в высших кислородных соединениях) или отрицательной (в соединениях с водородом) была весьма продуктивной. Валентность при этом определялась числом отдаваемых или принимаемых в реакции электронов.
Какие же напрашиваются выводы? По-видимому, традиционное понятие валентности имеет чёткий и однозначный смысл только для соединений, в которых все химические связи осуществляются парами электронов, расположенными между двумя соседними атомами, проще говоря – для соединений типа HCl, СО2, С5Н12 и т.п. Попытки же дать определение валентности «на все случаи жизни» малопродуктивны и вряд ли нужны.
47. Сера, Sulfur, S (16)
Сера известна человеку со времен глубокой древности. Легендарный древнегреческий поэт Гомер, живший между XII и VIII вв. до нашей эры, автор эпических поэм «Иллиада» и
«Одиссея», указывает, что сера употреблялась для курений при религиозных обрядах.
Сера входит в состав знаменитого в истории древнего мира греческого огня. Секретом его изготовления владели греческие цари в течение четырех веков.
В 941 г. под стенами Царьграда был уничтожен флот киевского князя Игоря. «Повесть временных лет» – летописный свод событий, составленный в Киеве, заканчивал словами очевидцев описание похода Игоря: «Словно молнию... которая на небе, Греки имеют у себя и пускали ее, сжигая нас, поэтому мы и не одолели их».
Встречаясь в виде серных жил в трещинах земли вулканических местностей (в Италии, на о. Милосе, в Греции и др.), а также внутри кратеров вулканов, сера издавна считалась продуктом деятельности подземного бога Вулкана. Красивое сине-голубое пламя серы, удушливый запах вблизи огнедышащих гор укрепляли представление о божественном происхождении серы. В представлении древних натуралистов, особенно алхимиков, сера играла особую роль. Мысль, высказанная в VIII в. арабским алхимиком и врачом Джабир- ибн-Хайяном (Гебером), о том, что все металлы состоят из серы и ртути, стала основным принципом алхимического «учения» о металлах. Формула: «Все металлы состоят из ртути и серы в изменчивых количествах» теоретически обосновывала возможность превращения неблагородных металлов в золото. По мысли алхимиков, оно состояло из самой чистой ртути, смешанной с небольшим количеством самой чистой серы. Алхимики считали, что путем простого изменения соотношения между серой и ртутью и очищения их любой металл может быть превращен в золото.
О древнейшем знакомстве человека с серой свидетельствует и происхождение ее названия, заимствованное у санскритского слова «сира», что значит светло-желтый. Химический знак – от латинского «сульфур» – сера.
Сера относится к весьма распространенным элементам. В земной коре содержание серы достигает 0,03%. Сера встречается в самородном состоянии во многих странах. Особенно широко распространена сера в виде многочисленных и разнообразных
соединений с металлами (минералы – колчеданы, обманки, блески), а также в виде солей (ангидрит, астраханит, вантгоффит, гипс, кругит, леонит и др.).
Сера входит в состав белков. При анализе различных белков количество серы, в пересчете на сухое вещество, колеблется от 0,3 до 2,5%. Большое количество серы находится в белках покровных тканей, из которых образованы копыта, ногти, волосы, перья. Сера входит в состав некоторых гормонов (например, в инсулин), витаминов и ряда других органических соединений, играющих большую роль в обмене веществ.
Сейчас трудно перечислить отрасли техники и промышленности, где бы можно было обойтись без серы; она входит в состав спичечной зажигательной массы, широко используется в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями виноградников, хлопчатника и других растений.
Сера – незаменимый материал в производстве резины. Ценнейшие свойства каучука – упругость, эластичность – могут сохраняться в узком интервале температуры. Летом, в жару, изделия из каучука размягчаются и липнут. Зимой, в мороз, становятся хрупкими и ломкими. Было установлено, что каучук, соединяясь с серой при нагревании, дает резину (от французского слова – древесная смола). Жара и мороз ей не страшны. Процесс получения резины называется вулканизацией (от латинского «вулканус» – огонь).
Рисунок 93.
Кристаллы серы
Рисунок 94.
Пластичная сера
Рисунок 95.
Сера не смачивается водой
В больших масштабах сера применяется для получения многочисленных производных – сероуглерода, сульфитной целлюлозы, фармацевтических препаратов, некоторых сортов синтетических каучуков, серной кислоты.
Оксид серы – сернистый газ SO2, хорошо растворяется в воде (1 объем воды при 0°С растворяет 80 объемов газа). Сернистый газ бесцветен, ядовит, обладает резким запахом. Обладая способностью обесцвечивать в присутствии влаги органические краски, сернистый газ применяется в текстильной промышленности для отбеливания шерсти и шелка.
В медицинской и ветеринарной практике сернистый газ употребляется как превосходное дезинфицирующее средство. В бумажно-целлюлозной промышленности сернистый газ используется для получения целлюлозы из древесины. При пропускании смеси сернистого газа с кислородом воздуха над нагретым катализатором образуется серный ангидрид SO3. При температуре 44,8°С серный ангидрид превращается в бесцветную летучую жидкость, затвердевающую при 16,8°С.
Соединение серного ангидрида с водой сопровождается большим выделением тепла.
В результате образуется серная кислота.
Огромные количества серной кислоты расходуются в производстве минеральных удобрений, применяются для очистки поверхности железа от окислов перед нанесением металлических покрытий (цинка, олова и др.). Серная кислота используется для получения медного и цинкового купороса, сернокислого алюминия, некоторых кислот, а также для очистки органических продуктов и особенно нефтепродуктов.
Большие количества серной кислоты требуются для свинцовых аккумуляторов.
Соли серной кислоты – сульфаты широко распространены в природе. Из них особого упоминания заслуживает Na2SO4, содержащийся в морской воде или в минеральных озерах и заливах.
В истории химии сульфат натрия (он кристаллизуется с 10 молекулами воды) играл видную роль. Он был открыт и искусственно получен химиком Иоганном Глаубером, за что и назван глауберовой солью. За ряд своеобразных свойств (слабительное действие, легкость выветривания, способность давать пересыщенные растворы и др.) сульфат натрия был назван Глаубером «удивительной солью». От латинского названия этой соли («салис мирабилис») произошло и ее минералогическое название – мирабилит.
Сульфат натрия одно время в больших количествах получали искусственным путем. Французский химик Леблан использовал мирабилит, как естественный так и искусственный, для получения соды.
Профессор Петербургской Академии Лаксман в 1764 г. при варке стекла заменил поташ глауберовой солью. Стекольная промышленность стала одним из крупнейших потребителей сульфата натрия. В настоящее время это соединение является одним из важнейших видов сырья многих отраслей промышленности.
Другая кислота серы – сероводородная – в больших количествах содержится во многих источниках вулканических местностей. В небольших количествах она присутствует в минеральных грязях, образующихся на дне неглубоких соляных озер. Сероводородная кислота – водный раствор сероводорода – бесцветного, с характерным запахом газообразного соединения серы с водородом. Сероводород очень ядовит. Он относится к числу аккумулятивных ядов, т.е. таких, которые, постепенно накапливаясь в организме, вызывают отравление даже в тех случаях, когда их концентрация в воздухе сама по себе не должна вызывать отравлений у человека, если он не находится в этом помещении сравнительно долго.
В природе сероводород в свободном состоянии встречается в составе вулканических газов. В растворенном и отчасти в свободном состоянии сероводород содержится в Черном море, начиная с глубины 200 и более метров. В небольших количествах он образуется всюду, где происходит разложение или гниение органических веществ.
§15. Расчеты по химическим формулам
Молекулярная и формульная масса вещества
Молекулы обладают определенной массой. Но поскольку массы молекул, как и атомов, чрезвычайно малы, пользуются значениями не их абсолютных, а относительных масс.
Относительная молекулярная масса (обозначается символом M r) рассчитывается, как и
относительная атомная масса, относительно 1
12
части массы атома углерода.
Например, молекула кислорода имеет абсолютную массу 5,32·10−23 г. Масса атома
углерода – 1,994·10−23 г, масса 1
12
атома углерода – 1,662·10−24 г:
Mr(O2) =
m(O2) =
1 m(C)
5,32·10–23 г
1,662·10–24 г
= 32.
12
Более удобным способом расчета относительной молекулярной массы является расчет при помощи относительных атомных масс.
Например, рассчитаем относительные молекулярные массы хлора Cl2 и углекислого газа CO2:
Mr(Cl2) = Ar(Cl)∙2 = 35,5∙2 = 71
M r (CO 2) = A r (C)∙1 + A r (O)∙2 = 12∙1 + 16∙2 = 12 + 32 = 44
