Книга Путешествие в Страну элементов - Л. Бобров

А как было бы заманчиво добывать серу со дна моря!

Сера и каучук

Сера — это волшебная палочка, ведь с помощью ее натуральный каучук превращается в резину, которая окружает нас в повседневной жизни. Статистика говорит, что число различных изделий из резины в настоящее время включает больше 35 тысяч наименований.

Натуральный каучук очень дорог, да и свойства его бывают иногда не совсем подходящими: при низких температурах он делается твердым и хрупким, а при высоких — липким и клейким.

Для придания каучуку новых физико-химических свойств его вулканизируют: нагревают с серой при температуре около 140 °C.

В чем же заключается химический смысл процесса вулканизации?

Каучук состоит из длинных нитевидных молекул с двойными связями. Атомы серы, присоединяясь к этим связям, как бы сшивают молекулы каучука. За счет этого и возникают новые свойства вулканизированного каучука: прочность, большая эластичность и термическая устойчивость.

При изготовлении обычной резины в каучук вводится примерно 1–3 процента серы. При таком содержании серы в молекулах каучука заполняется только лишь часть двойных связей, что способствует образованию мягкой резины.

Но попробуем повысить содержание серы примерно до 45 процентов. В этом случае ее атомы займут почти все двойные связи молекулы каучука. Образуется эбонит — твердое вещество черного цвета.

Эбонит обладает высокими электроизоляционными свойствами и применяется главным образом для изготовления электротехнических изделий. На большой устойчивости эбонита по отношению к кислотам основано применение его при изготовлении аккумуляторных баков.

Но сера не только помогает превратить натуральный каучук в резину. С ее помощью можно получить синтетический неорганический каучук, обладающий особыми ценными свойствами. В технике это соединение известно под названием тиокаучука, или тиокола.

Тиокаучук получается нагреванием раствора сернистого натрия с серой и последующим взаимодействием полученного полисульфида с дихлорэтаном и так называемыми диспергирующими веществами. В результате сложного технологического процесса получается плотная коричневая масса. Это и есть тиокол. Практически он не растворяется ни в одном из обычных растворителей. Один лишь сероуглерод вызывает незначительное набухание тиокола.

Тиокаучук обладает крайне неприятным запахом, по сравнению с другими видами синтетического каучука он недостаточно прочен, а при температуре минус 40 градусов им полностью утрачиваются эластичные свойства. Но эти отрицательные качества тиокола отходят на второй план по сравнению с его положительными свойствами: он обладает значительной стойкостью к растворителям, действию озона и старению.

Когда в технике требуется каучукоподобный материал, обладающий такими свойствами, тиокол считается поистине незаменимым. Из него делают трубопроводы и шланги для бензина, керосина и бензола. С помощью тиокола изготовляют защитные покрытия на аэростатной ткани, непроницаемой для водорода и гелия. Тиокаучук находит применение в авиационной, полиграфической и химической промышленности.

Тиосульфат натрия и его роль

Мы уже говорили, что, если в молекуле серной кислоты один атом кислорода заменить серой, получается крайне неустойчивое соединение, известное под названием тиосерной кислоты. В свободном состоянии оно моментально разлагается на сернистую кислоту и серу.

Соли этой кислоты — тиосульфаты — являются уже более устойчивыми соединениями. Из них наибольшее практическое применение имеет тиосульфат натрия; его химическая формула Na2S2O3.

Поскольку в тиосульфате содержится отрицательно двухвалентная сера, он обладает восстановительными свойствами, что позволяет использовать его для связывания таких активных окислителей, как хлор. С этой целью тиосульфатом пользуются во время отбелки тканей для удаления избыточного хлора.

Но тиосульфат натрия известен не только как антихлор.

Каждый, кто занимался фотографированием, замечал, что иногда фотографии от действия света или при длительном хранении покрываются бурыми пятнами. В таких случаях говорят, что фотография «недозакрепилась», то есть подверглась недостаточной обработке фиксирующими материалами.

Эмульсия фотопластинки или пленки после проявления содержит неразложившееся бромистое серебро, для удаления которого пластинка погружается в фиксаж, то есть обычно в раствор тиосульфата (в фотографии его называют гипосульфитом). Роль гипосульфита заключается в том, чтобы перевести нерастворимые соединения серебра в растворимые комплексные соединения. В результате фиксирования изображение становится устойчивым к действию света и не изменяется при длительном хранении.

Тиосульфат натрия находит применение и в медицине. Он является противоядием при отравлении мышьяком и цианидами. Наружно его употребляют при лечении чесотки и при тяжелых ожогах.

Тиосульфат натрия обладает способностью быстро реагировать с йодом. Эта реакция послужила основанием для йодометрии — одного из важнейших методов объемного анализа, имеющего большое значение в аналитической химии. Реакция взаимодействия йода с тиосульфатом записывается следующим образом:

J2 + 2Na2S2O3 = 2NaJ + Na2S4O6.

Когда процесс заканчивается, характерная окраска йода исчезает. Зная, сколько потребовалось тиосульфата, можно рассчитать количество содержавшегося в растворе йода.

Что ожидает серу в будущем?

На первый взгляд может показаться, что сера как элемент уже во многом исчерпала себя в смысле использования для практических нужд человечества. Но разве мало известно примеров, когда кажущаяся обыденность на деле оказывается обманчивой, стоит лишь «пройтись» по периодической системе? Очень многие незаметные ранее элементы стали незаменимыми в жизни людей. Старые заслуги серы трудно переоценить, но мы с полной ответственностью можем сказать, что она еще таит в себе немало нового, неизведанного.

Мы обращаемся к высокомолекулярным соединениям — и вспоминаем серосодержащие полимеры, которым еще предстоит сказать веское слово. Мы говорим о тиоколе — и неорганические каучуки на основе серы привлекают наше внимание, ведь проблема устойчивости резиноподобных материалов становится все более острой в современной технике. Люминесцентные и теплочувствительные краски, люминофоры для тонких научных исследований ждут новых соединений серы.

Надежным помощником ученых оказываются радиоактивные изотопы серы и в первую очередь сера-35. Этот изотоп дает возможность изучать детальный механизм разнообразных химических процессов, в которых участвует сера, позволяет приоткрыть завесу над ее ролью в организмах растений и животных, помогает во многих сложных экспериментах. Меченая сера — один из самых перспективных радиоизотопов.

В истории почти каждого химического элемента есть свои замечательные вехи, научные открытия, после которых значение его возрастает неизмеримо. Открытие деления урана, обнаружение ценнейших полупроводниковых свойств у германия, доказательство сверхпроводимости и сверхтекучести жидкого гелия… Такой перечень можно продолжить для очень многих представителей периодической системы. «Бенефисом» серы явилось промышленное получение серной кислоты. Но вряд ли будет фантазией предположить, что сере еще суждено пережить второе рождение.

Рождающие соли

Они очень активны, эти элементы: соединяясь с большинством металлов, они дают соли. Поэтому их назвали галогенами, что в переводе на русский язык означает «солероды».

Группа солеродов состоит из