Быстрый Поиска
Сера используется в сельском хозяйстве как фунгицид.
Сера применяется в производстве серной кислоты (H₂SO₄), ключевого промышленного химиката.
Сера используется в косметике, особенно для лечения угревой сыпи и ухода за кожей.
Номер CAS: 7704-34-9
Номер ЕС: 231-722-6
Молекулярная формула: S₈
Молекулярный вес: 256,52 г/моль
СИНОНИМЫ:
Сера, сера, цветы серы, порошок серы, сера, прекурсор серной кислоты, пыль серы
Сера (также пишется как sulphur в британском английском) — химический элемент; имеет символ S и атомный номер 16.
Сера распространена, многовалентна и неметаллична. При нормальных условиях атомы серы образуют циклические восьмиатомные молекулы с химической формулой S8.
Элементарная сера представляет собой ярко-желтое кристаллическое вещество при комнатной температуре.
Сера — десятый по массе элемент во Вселенной и пятый по распространенности на Земле.
Хотя сера иногда встречается в чистом, самородном виде, на Земле она обычно встречается в виде сульфидных и сульфатных минералов.
Сера, широко распространенная в естественном виде, была известна еще в древние времена и упоминалась в связи с ее применением в Древней Индии, Древней Греции, Китае и Древнем Египте.
Исторически и в литературе серу также называют серой, что означает «горящий камень».
Почти вся элементарная сера производится как побочный продукт удаления серосодержащих загрязняющих веществ из природного газа и нефти.
Наибольшее коммерческое применение элемент находит в производстве серной кислоты для сульфатных и фосфатных удобрений, а также в других химических процессах.
Сера используется в спичках, инсектицидах и фунгицидах.
Многие соединения серы имеют запах, а запахи пахнущего природного газа, скунса, неприятного запаха изо рта, грейпфрута и чеснока обусловлены сероорганическими соединениями.
Сероводород придает характерный запах гниющим яйцам и другим биологическим процессам.
Сера является необходимым элементом для всей жизни, почти всегда в форме сероорганических соединений или сульфидов металлов.
Аминокислоты (две протеиногенные: цистеин и метионин, и множество других некодируемых: цистин, таурин и др.) и два витамина (биотин и тиамин) являются сероорганическими соединениями, имеющими решающее значение для жизни.
Многие кофакторы также содержат серу, включая глутатион и железо-серные белки.
Дисульфиды, связи S–S, обеспечивают механическую прочность и нерастворимость (среди прочего) белка кератина, содержащегося в наружном слое кожи, волосах и перьях.
Сера является одним из основных химических элементов, необходимых для биохимического функционирования, и основным макроэлементом для всех живых организмов.
Сера — многовалентный неметалл, широко распространенный, не имеющий вкуса и запаха.
В естественном виде сера представляет собой желтое кристаллическое вещество.
В природе сера встречается в чистом виде или в виде сульфидных и сульфатных минералов.
Хотя сера печально известна своим запахом, часто сравниваемым с тухлыми яйцами, этот запах на самом деле характерен для сероводорода (H2S).
Кристаллография серы сложна.
В зависимости от конкретных условий аллотропы серы образуют несколько различных кристаллических структур.
Сера (S), неметаллический химический элемент, принадлежащий к группе кислорода (группа 16 [VIa] периодической системы), один из самых реакционноспособных элементов.
Чистая сера — это безвкусное, не имеющее запаха, хрупкое твердое вещество бледно-желтого цвета, плохо проводящее электричество и нерастворимое в воде.
Сера реагирует со всеми металлами, кроме золота и платины, образуя сульфиды; она также образует соединения с несколькими неметаллическими элементами.
Ежегодно производятся миллионы тонн серы, в основном для производства серной кислоты, которая широко используется в промышленности.
Сера также присутствует в составе молибденового кофактора.
По распространенности в космосе сера занимает девятое место среди элементов, составляя всего один атом из 20 000–30 000.
Сера встречается в свободном состоянии, а также в сочетании с другими элементами в горных породах и минералах, которые широко распространены, хотя она относится к второстепенным составляющим земной коры, в которой ее доля оценивается в пределах от 0,03 до 0,06 процента.
На основании того, что некоторые метеориты содержат около 12 процентов серы, было высказано предположение, что в более глубоких слоях Земли ее содержится гораздо больше.
Морская вода содержит около 0,09 процента серы в форме сульфата.
В подземных залежах очень чистой серы, которые присутствуют в куполообразных геологических структурах, считается, что сера образовалась в результате воздействия бактерий на минеральный ангидрит, в котором сера соединяется с кислородом и кальцием.
Отложения серы в вулканических регионах, вероятно, образовались из газообразного сероводорода, который образовывался под поверхностью Земли и превращался в серу в результате реакции с кислородом воздуха.
Сера — неметаллический химический элемент, обозначаемый буквой S.
Сера — ценный товар и неотъемлемый компонент мировой экономики, используемый для производства многочисленных продуктов, включая удобрения и другие химикаты.
Сера также является жизненно важным питательным веществом для сельскохозяйственных культур, животных и людей.
Сера встречается в природе и является тринадцатым по распространенности элементом в земной коре.
Серу можно добывать в ее элементарной форме, хотя в последние годы ее добыча значительно сократилась.
С начала XX века процесс Фраша использовался как метод извлечения серы из подземных месторождений, когда он вытеснил традиционную добычу, главным образом на Сицилии.
Большая часть серы в мире добывалась именно таким способом вплоть до конца XX века, когда извлечение серы из нефтяных и газовых источников (извлеченная сера) стало более распространенным явлением.
По состоянию на 2011 год единственные действующие рудники по добыче фраша в мире находятся в Польше, а с 2010 года — в Мексике.
Последняя действующая шахта в США закрылась в 2000 году. Шахта Фраш в Ираке закрылась в 2003 году.
Сера, добываемая или извлекаемая при добыче нефти и газа, известна как сера или элементарная сера.
Сера, получаемая как побочный продукт выплавки черных и цветных металлов, производится в виде серной кислоты.
Меньший объем вырабатывается в виде диоксида серы, который также выбрасывается из нефтепродуктов, используемых в транспортных средствах и на некоторых электростанциях.
Растения поглощают серу из почвы в форме сульфата.
Сера — экологически чистый продукт.
Основные области применения серы включают сельское хозяйство (благодаря ее действию фунгицида, акарицида, питательного продукта и почвенного кондиционера), а также промышленность (шины, резиновая промышленность, корма для животных и пиротехника).
Сера (S) является важным питательным веществом, необходимым всем сельскохозяйственным культурам для оптимального производства.
Растения поглощают и используют серу в форме сульфата (SO4-S), которая, как и нитрат (NO3-N), очень подвижна в почве и склонна к вымыванию во влажных почвенных условиях, особенно в песчаных почвах.
Дефицит серы становится все более распространенным явлением в Альберте.
Дефицит можно легко устранить с помощью удобрений, содержащих сульфат (SO4).
В целом, сера является третьим по значимости ограничивающим элементом почвы при выращивании зерновых, масличных и кормовых культур в Альберте.
По объему использования удобрений в Альберте он уступает только азоту (N) и фосфору (P).
Масличные культуры, особенно рапс и кормовые культуры, нуждаются в большем количестве серы, чем зерновые культуры.
Сера необходима для развития плодовитых цветков рапса и должна присутствовать для хорошего развития клубеньков на бобовых кормовых культурах, таких как люцерна, и корнях бобовых культур, таких как горох и конские бобы.
Сера в настоящее время является вторым по важности питательным веществом
Сера является основополагающим компонентом жизни на Земле.
Сера присутствует во всех сельскохозяйственных культурах и играет важную роль в метаболизме растений.
Сера необходима для образования растительных белков, аминокислот, некоторых витаминов и ферментов.
Большинство комплексных удобрений, содержащих серу, также содержат азот, что подчеркивает тесную связь между этими двумя элементами.
Сера является частью фермента, необходимого для усвоения азота, и ее недостаток может серьезно затруднить метаболизм азота.
Вместе с азотом сера способствует образованию аминокислот, необходимых для синтеза белка.
Сера содержится в жирных кислотах и витаминах и оказывает важное влияние на качество, вкус и запах урожая.
Сера также принимает активное участие в фотосинтезе, общем энергетическом обмене и производстве углеводов.
Сера — классический продукт, который обеспечивает эффективную борьбу с мучнистой росой на фруктах и овощах, одновременно обеспечивая питание сельскохозяйственных культур.
Сера — это элемент, который существует в природе и содержится в почве, растениях, продуктах питания и воде.
Некоторые белки содержат серу в форме аминокислот.
Сера является важным питательным веществом для растений.
Сера способна убивать насекомых, клещей, грибки и грызунов.
Сера зарегистрирована для использования в пестицидных продуктах в Соединенных Штатах с 1920-х годов.
Сера (S) является четвертым макроэлементом, но занимает третье место среди наиболее ограничивающих питательных веществ в прериях.
Дефицит серы в западной Канаде был впервые выявлен в 1927 году на серых лесистых почвах в Альберте.
Рапс более чувствителен к дефициту серы, чем зерновые культуры, и часто реагирует на внесение удобрений с серой.
Поэтому уделяйте одинаковое внимание азоту, фосфору и сере.
Сера встречается в природе вблизи вулканов.
Самородная сера встречается в природе в виде крупных залежей в Техасе и Луизиане в США.
Известно много сульфидных минералов: пирит и маркеист — сульфиды железа; стибнит — сульфид сурьмы; галенит — сульфид свинца; киноварь — сульфид ртути, а сфалерит — сульфид цинка.
Другие, более важные сульфидные руды — халькопирит, борнит, пенландит, миллерит и молибденит.
Основным источником серы для промышленности является сероводород природного газа, основным производителем которого является Канада.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ СЕРЫ:
Удобрения: Сера используется в качестве ключевого ингредиента в удобрениях для стимуляции роста растений.
Фармацевтика: Сера входит в состав местных лекарственных средств и мазей для лечения кожных заболеваний.
Резиновая промышленность: Сера используется при вулканизации для повышения прочности и эластичности резины.
Пестициды: Сера используется в качестве фунгицида в сельском хозяйстве.
Промышленные процессы: Сера применяется в производстве серной кислоты (H₂SO₄), ключевого промышленного химиката.
Косметика: Сера используется в косметике, особенно для лечения угревой сыпи и ухода за кожей.
Основным производным серы является серная кислота (H2SO4), один из важнейших элементов, используемых в качестве промышленного сырья.
Сера также используется в аккумуляторах, моющих средствах, фунгицидах, производстве удобрений, оружейного боеприпаса, спичек и фейерверков.
Другие области применения серы включают производство коррозионно-стойкого бетона, обладающего большой прочностью и устойчивостью к воздействию погодных условий, растворителей и множества других продуктов химической и фармацевтической промышленности.
-Сера в окружающей среде:
Жизнь на Земле могла быть возможна благодаря сере.
Условия в древних морях были таковы, что простые химические реакции могли генерировать целый ряд аминокислот, которые являются строительными блоками жизни.
-ПРОМЫШЛЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЕРЫ:
*РЕЗИНОВАЯ И ШИННАЯ ВУЛКАНИЗАЦИОННАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ:
Сера является основным элементом, используемым в промышленных процессах.
*ДЕЗИНФЕКЦИЯ ВИННЫХ БОЧЕК:
Таблетки серы помогают поддерживать бочки в хорошем состоянии и защищать их от микробов.
*ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ПО ПРОИЗВОДСТВУ КОРМОВ ДЛЯ ЖИВОТНЫХ:
Сера вносит существенный вклад в витамины и белки жизненного цикла животных.
-Серная кислота:
Элементарная сера используется в основном как прекурсор для других химикатов. Примерно 85% (1989) преобразуется в серную кислоту (H2SO4):
1⁄8 S8 + 3⁄2 O2 + H2O → H2SO4
В 2010 году в США было произведено больше серной кислоты, чем любого другого неорганического промышленного химиката.
Основное применение кислоты — добыча фосфатных руд для производства удобрений.
Другие области применения серной кислоты включают переработку нефти, очистку сточных вод и добычу полезных ископаемых.
-Другие важные химические свойства серы:
Сера напрямую реагирует с метаном, образуя сероуглерод, который используется для производства целлофана и вискозы.
Одним из применений элементарной серы является вулканизация резины, где полисульфидные цепи сшивают органические полимеры.
Большие количества сульфитов используются для отбеливания бумаги и консервирования сухофруктов.
Многие поверхностно-активные вещества и моющие средства (например, лаурилсульфат натрия) являются производными сульфатов.
Сульфат кальция, гипс (CaSO4•2H2O) добывается в объеме 100 миллионов тонн каждый год для использования в портландцементе и удобрениях.
В эпоху широкого распространения фотографии на основе серебра в качестве «фиксаторов» широко использовались тиосульфат натрия и аммония.
Сера входит в состав пороха («черного пороха»).
-Использование серы в качестве удобрения:
Аминокислоты, синтезируемые живыми организмами, такие как метионин и цистеин, содержат сероорганические группы (тиоэфирные и тиоловые соответственно).
Антиоксидант глутатион, защищающий многие живые организмы от свободных радикалов и окислительного стресса, также содержит органическую серу.
Некоторые культуры, такие как лук и чеснок, также производят различные сероорганические соединения, такие как син-пропантиаль-S-оксид, вызывающий раздражение слезной железы (лук), или диаллилдисульфид и аллицин (чеснок).
Сульфаты, обычно встречающиеся в почвах и грунтовых водах, часто являются достаточным естественным источником серы для растений и бактерий.
Атмосферные отложения диоксида серы (SO2) также являются распространенным искусственным источником (сжигание угля) серы для почв.
В нормальных условиях в большинстве сельскохозяйственных почв сера не является лимитирующим питательным веществом для растений и микроорганизмов (см. бочку Либиха).
Однако в некоторых обстоятельствах почвы могут истощаться сульфатами, например, если они впоследствии вымываются метеорными водами (дождями) или если потребность в сере для некоторых видов сельскохозяйственных культур высока.
Это объясняет, почему сера все чаще признается и используется в качестве компонента удобрений.
Наиболее важной формой серы для удобрений является сульфат кальция, обычно встречающийся в природе в виде минерала гипса (CaSO4•2H2O).
Элементарная сера гидрофобна (не растворяется в воде) и не может напрямую использоваться растениями.
Элементарную серу (ЭС) иногда смешивают с бентонитом для улучшения истощенных почв для культур с высокой потребностью в органической сере.
Со временем окислительные абиотические процессы с участием атмосферного кислорода и почвенных бактерий могут окислять и преобразовывать элементарную серу в растворимые производные, которые затем могут использоваться микроорганизмами и растениями.
Сера повышает эффективность других важных питательных веществ для растений, особенно азота и фосфора.
Биологически полученные частицы серы обладают естественной гидрофильностью благодаря биополимерному покрытию и легче распределяются по земле в виде распыляемой разбавленной суспензии, что приводит к более быстрому усвоению растениями.
Потребность растений в сере равна или превышает потребность в фосфоре.
Сера является важным питательным веществом для роста растений, образования корневых клубеньков бобовых, а также иммунитета и защитных систем.
Дефицит серы широко распространен во многих странах Европы.
Поскольку поступление серы в атмосферу продолжает снижаться, дефицит поступления/выведения серы, вероятно, увеличится, если не будут использоваться серные удобрения.
Выбросы серы в атмосферу уменьшаются благодаря мерам, принимаемым для ограничения кислотных дождей.
-Использование серы в качестве фунгицидов и пестицидов:
Элементарная сера — один из старейших фунгицидов и пестицидов.
«Пылевидная сера», элементарная сера в порошкообразной форме, является распространенным фунгицидом для винограда, клубники, многих овощей и ряда других культур.
Сера эффективна против широкого спектра заболеваний мучнистой росой, а также черной пятнистости.
В органическом производстве сера является важнейшим фунгицидом.
Сера — единственный фунгицид, используемый в органическом земледелии против основного заболевания яблонь — парши в холодных условиях.
Биосера (биологически полученная элементарная сера с гидрофильными свойствами) также может использоваться для этих целей.
Стандартная формула для опыления серы применяется к посевам с помощью распылителя серы или с помощью распылительного самолета.
Смачиваемая сера — это коммерческое название серы для распыления, в состав которой входят дополнительные ингредиенты, делающие ее смешивающейся с водой.
Сера имеет схожее применение и используется в качестве фунгицида против плесени и других проблем, связанных с плесенью на растениях и в почве.
Порошок элементарной серы используется как «органический» (т. е. «зеленый») инсектицид (фактически акарицид) против клещей и клещей.
Распространенным методом применения является посыпание одежды или конечностей серным порошком.
Разбавленный раствор известково-сернистой извести (полученный путем соединения гидроксида кальция с элементарной серой в воде) используется в качестве раствора для обработки домашних животных от стригущего лишая (грибка), чесотки и других дерматозов и паразитов.
Серные свечи, состоящие почти из чистой серы, сжигались для окуривания строений и винных бочек, но сейчас они считаются слишком токсичными для жилых помещений.
- Фармацевтическое применение серы:
Сера (в частности октасульфур, S8) используется в фармацевтических препаратах для кожи, предназначенных для лечения угревой сыпи и других заболеваний.
Сера действует как кератолитическое средство, а также убивает бактерии, грибки, чесоточных клещей и других паразитов.
Осажденная и коллоидная сера используются в виде лосьонов, кремов, порошков, мыла и добавок для ванн для лечения угрей, розацеа и себорейного дерматита.
Многие лекарства содержат серу.
Ранними примерами являются антибактериальные сульфаниламиды, известные как сульфамидные препараты.
Более современным примером является муколитический препарат N-ацетилцистеин.
Сера входит в состав многих защитных молекул бактерий.
Большинство β-лактамных антибиотиков, включая пенициллины, цефалоспорины и монобактамы, содержат серу.
-Использование серы в аккумуляторах:
В связи с высокой плотностью энергии и доступностью серы ведутся постоянные исследования по созданию перезаряжаемых литий-серных батарей.
До сих пор карбонатные электролиты вызывали отказы таких батарей после одного цикла.
В феврале 2022 года исследователи из Университета Дрекселя не только создали прототип батареи, выдерживающей 4000 циклов перезарядки, но и обнаружили первую моноклинную гамма-серу, которая оставалась стабильной при температуре ниже 95 градусов Цельсия.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ СЕРЫ:
Возможно эффективно для
*Перхоть.
Сера — одобренный FDA ингредиент, используемый в распространенных безрецептурных средствах для лечения перхоти.
Однако имеющиеся исследования его эффективности ограничены.
Некоторые исследования показывают, что использование шампуня, содержащего серу и/или салициловую кислоту, два раза в день в течение 5 недель уменьшает перхоть.
Наиболее эффективным представляется шампунь, содержащий как серу, так и салициловую кислоту.
Зудящая инфекция кожи, вызываемая клещами (чесотка).
Нанесение на кожу геля, содержащего серу, по-видимому, является эффективным средством лечения чесотки у большинства людей.
Обработка серой обычно проводится на ночь в течение 3–6 ночей.
Но это лечение неприятное из-за запаха.
Кроме того, существуют более эффективные и дешевые методы лечения, включая препараты ивермектин и перметрин.
*Недостаточно доказательств в пользу акне.
Сера — одобренный FDA ингредиент, используемый в распространенных безрецептурных средствах для лечения акне.
Однако исследований его эффективности недостаточно.
Большинство продуктов содержат серу в сочетании с бензоилпероксидом, салициловой кислотой или сульфацетамидом натрия.
*Сенная лихорадка.
Ранние исследования показывают, что использование назального спрея, содержащего гомеопатические (разбавленные) количества серы, люффы, галфимии глауки и гистамина в течение 42 дней, столь же эффективно, как и обычный назальный спрей кромогликат натрия.
Заболевание легких, при котором затрудняется дыхание (хроническая обструктивная болезнь легких или ХОБЛ).
Ранние исследования показывают, что вдыхание воздуха из теплой сернистой воды не способствует нормальному функционированию легких у людей с ХОБЛ.
*Простуда.
Ранние исследования показывают, что прием гомеопатического (разбавленного) препарата, содержащего серу и ипекакуану (Engystol, Heel GmbH), внутрь в течение 2 недель во время простуды помогает облегчить симптомы.
Высокий уровень холестерина или других жиров (липидов) в крови (гиперлипидемия).
Ранние исследования показывают, что употребление воды из сернистого источника три раза в день в течение 4 недель снижает уровень общего холестерина, липопротеинов низкой плотности (ЛПНП или «плохого») и триглицеридов.
Однако из этого исследования не ясно, может ли сера снижать уровень холестерина.
Заболевание кожи, вызывающее покраснение лица (розацеа).
Ранние исследования показывают, что нанесение крема, содержащего серу, на лицо один раз в день в течение 8 недель уменьшает заполненные жидкостью прыщи на лице и другие симптомы, вызванные розацеа.
Некоторые ранние исследования показывают, что крем Sulphur может быть столь же эффективным, как антибиотик тетрациклин.
*Одышка.
*Боль в горле (фарингит).
*Симптомы менопаузы.
*Вши.
*Герпес на губах (herpes labialis).
*Бородавки.
Грубая, шелушащаяся кожа на голове и лице (себорейный дерматит).
Инфекции ядовитых дубов, плюща и сумаха.
*Другие условия.
Для оценки пригодности серы для этих целей необходимы дополнительные доказательства.
РОЛЬ СЕРЫ В РАСТЕНИЯХ РАКАНОЛЫ:
Рапс содержит большое количество серы.
Сера входит в состав структурных и ферментативных компонентов.
Сера является ключевым компонентом двух незаменимых аминокислот (цистеина и метионина) и необходима для синтеза белка.
Для синтеза хлорофилла также необходима сера.
Обе эти аминокислоты также являются предшественниками коферментов и вторичных растительных веществ.
Глутатион, важный антиоксидант в растениях и животных, синтезируется из цистеина.
Содержание глутатиона в листьях выше, чем в корнях.
Он содержится в основном в хлоропластах, где его антиоксидантные свойства необходимы для нейтрализации свободных радикалов, образующихся в процессе фотосинтеза.
Глутатион также выполняет функцию временного хранилища серы и является предшественником фитохелатинов (соединений, которые нейтрализуют тяжелые металлы в растениях).
Тиоредоксины, еще одна важная группа соединений серы, связанных с глутатионом, помогают активировать несколько ферментов в метаболизме углерода.
Сера также входит в состав нескольких ферментов и коферментов, таких как ферродоксин, биотин (витамин Н), кофермент А, уреаза и тиамин (витамин В1).
Важной группой вторичных соединений серы в растениях рапса являются глюкозинолаты.
Растения содержат более 100 различных глюкозинолатных соединений.
Эти вторичные соединения, хотя и не до конца изучены, вероятно, имеют ряд функций.
Глюкозинолаты хранятся в вакуолях клеток и могут расщепляться ферментом (мирозиназой) с образованием глюкозы, сульфата и летучих соединений, таких как изотиоцианат.
Глюкозинолаты способствуют защите или привлечению определенных насекомых и болезней.
Когда растительные клетки разрушаются в результате поедания насекомыми, глюкозинолаты расщепляются, высвобождая различные отпугивающие/аттрактантные вещества.
Уровень глюкозинолатов самый высокий в точках роста, корнях и молодых листьях, которые наиболее уязвимы для насекомых и болезней.
Роль глюкозинолатов как резервов серы для поддержания уровня серы в растениях в периоды ее высокой потребности (например, в период стрелкования, цветения, образования стручков и налива семян) является спорной.
Однако исследования, проведенные в Европе, показали, что глюкозинолаты составляют небольшой пул серы в листьях, а в условиях вызванного дефицита серы мобилизация сульфата (SO4-2) из запасов в вакуолях клеток была примерно в 10 раз выше, чем вклад глюкозинолатов.
Сера также входит в состав сульфолипидов, которые являются компонентами мембран.
ПОГЛОЩЕНИЕ СЕРЫ РАКАНОЛОЙ:
Основная форма серы, поглощаемая корнями рапса, — сульфат.
В промышленных зонах атмосферные соединения серы, растворенные в дожде, могут поглощаться листьями.
Однако это количество довольно мало и снижается по мере улучшения контроля за загрязнением воздуха.
Поглощение сульфата осуществляется с помощью активных транспортных систем через мембраны.
Скорость поглощения увеличивается по мере повышения уровня сульфата в почвенной воде.
Низкое содержание серы в растениях также увеличивает скорость ее усвоения корнями.
Сигналами отрицательной обратной связи для поглощения серы могут быть уровни сульфата или глюкозинолата в вакуолях или уровни органических соединений серы, таких как цистеин, метионин или глутатион.
Поглощение сульфата сталкивается с конкуренцией со стороны молибдена и селена.
Следовательно, почвы с высоким содержанием этих минералов будут препятствовать поглощению серы.
Уровень серы в растениях рапса самый высокий на ранней стадии прорастания, когда большую часть сухого вещества составляют молодые листья.
По мере развития растений общий уровень серы снижается, но не так резко, как в случае с азотом.
К моменту созревания солома рапса содержит приблизительно 0,3–0,4 процента серы, тогда как мякина стручков содержит немного больше серы (0,5–0,6 процента).
Семена канолы содержат около 0,4–0,6 процента серы.
Во время сбора урожая солома рапса и мякина стручков содержат примерно в два раза больше серы на акр, чем семена.
Поглощение серы быстро увеличивается после прорастания и достигает пика через три-четыре недели после появления всходов.
Это подчеркивает важность наличия серы в начале сезона, но также указывает на то, что дефицит серы можно устранить, если провести подкормку сульфатом аммония достаточно рано, до появления стрелок у рапса.
Было проведено ограниченное количество исследований по распределению сложной серы в различных соединениях различных частей растений в течение вегетационного периода.
Большая часть серы в растениях попадает в белки и запасается в сульфатах.
По мере старения листьев белковая сера легко ремобилизуется, тогда как ремобилизация накопленного сульфата происходит медленно и более ограниченно.
Поэтому в целом сера имеет среднюю подвижность.
ПОСТАВКА СЕРЫ ИЗ ПОЧВЫ:
Органическая часть цикла серы в почве тесно связана с азотом из-за его связи с белком.
Как и азот, основной запас серы в почве находится в органическом веществе.
Хотя в органическом веществе почвы существуют значительные различия в относительных пропорциях или соотношении углерода, азота и серы (C:N:S), эти соотношения довольно схожи для каждой группы почв.
В исследовании сельскохозяйственных почв Саскачевана соотношение C:N:S варьировалось от 58:6:1 в коричневых почвах до 63:7:1 в темно-коричневых, 83:8:1 в черных, 100:8:1 в серо-черных и 129:11:1 в серых почвах.
Ключевым компонентом цикла почвенной серы для роста растений является путь минерализации.
Органические вещества почвы и растительные остатки разлагаются почвенными микробами, выделяя сульфат.
Скорость минерализации серы довольно медленная (гораздо медленнее, чем азота) и не может сравниться со скоростью ее усвоения растущими растениями.
Как и в случае с азотом, количество сульфатов, выделяемых из остатков, будет зависеть от содержания серы.
Если растительные остатки содержат более 0,15% серы (соотношение C:S около 300:1), произойдет чистый выброс сульфата в результате минерализации.
При содержании серы ниже 0,15% разложение происходит медленнее, и происходит иммобилизация почвенного сульфата почвенными микробами.
Было обнаружено, что способность почвы минерализовать сульфат из органического вещества не зависит от общего количества углерода, азота или серы, а также от соотношения C:N или N:S в почве.
Однако исследования также показали, что начальные количества сульфата, минерализованного из почвы, тесно коррелируют с начальными количествами азота, минерализованного при краткосрочной инкубации.
Другим важным аспектом цикла серы в почве является путь окисления.
В почвах сульфиды, элементарная сера и тиосульфат могут окисляться до сульфата различными почвенными микробами, но основными действующими лицами являются бактерии рода Thiobacillus.
Окисление этих неорганических соединений серы приводит к образованию значительного количества серной кислоты.
Бактерии, окисляющие серу, наиболее активны в теплых, влажных, хорошо аэрируемых условиях.
Именно окислительная способность этих бактерий позволяет использовать элементарную серу в сельском хозяйстве для выращивания сельскохозяйственных культур.
Хотя снижение содержания серы показано на диаграмме цикла почвенной серы, в аэрируемых сельскохозяйственных почвах оно, как правило, не имеет существенного значения.
В затопленных почвах сульфат может восстанавливаться почвенными микробами до сульфидов в процессе, аналогичном денитрификации.
Однако почвенные микробы будут использовать соединения нитрата, железа и марганца, прежде чем восстанавливать сульфат.
Хотя снижение содержания серы показано на диаграмме цикла почвенной серы, в аэрируемых сельскохозяйственных почвах оно, как правило, не имеет существенного значения.
В затопленных почвах сульфат может восстанавливаться почвенными микробами до сульфидов в процессе, аналогичном денитрификации.
Однако почвенные микробы будут использовать соединения нитрата, железа и марганца, прежде чем восстанавливать сульфат.
Во многих западноканадских почвах имеется подпочвенный слой соли (гипса) и/или извести (карбоната кальция).
Этот подпочвенный слой содержит значительное количество сульфатов, часто в виде соосаждений с известью.
Хотя растворимость сульфата в подпочвенном слое снижена, он все равно может удовлетворять потребности растений, если он присутствует в корневой зоне.
Однако продолжительность роста рапса в верхнем слое почвы с дефицитом серы до того, как он укоренится в подпочвенной сере, повлияет на реакцию урожайности на внесение серы в качестве удобрения.
Кроме того, глубина залегания серы в подпочвенном слое имеет тенденцию значительно различаться по полю.
Общее количество серы (органической и сульфатной) обычно увеличивается от верхней части склона к нижней.
В большинстве почв прерий сульфат не удерживается органическими веществами и глинистыми частицами, поскольку они оба заряжены отрицательно.
Поэтому сульфат уязвим к потерям при выщелачивании.
ВАЖНЫЕ СОВЕТЫ ПО УПРАВЛЕНИЮ СЕРНЫМИ УДОБРЕНИЯМИ:
Сера очень важна для удовлетворения ожиданий по урожайности.
Обычно рекомендуется вносить под рапс не менее 10–20 фунтов серы на акр, независимо от результатов анализа почвы.
Из-за сильного разброса уровней серы на полях комплексный анализ почвы может показать достаточный уровень, даже если на больших участках поля наблюдается ее дефицит.
Используйте сульфат аммония для покрытия потребности в сере в год внесения.
Элементарная сера обычно не преобразуется в доступную сульфатную форму в достаточном количестве для адекватного усвоения в год внесения.
Сульфат аммония (СА) следует размещать вдали от семенного ряда. Сохраните место семенного ряда для фосфорного удобрения, поскольку оно обеспечивает известное преимущество раннего сезона для формирования насаждений.
Добавление СА в посевной ряд в дополнение к фосфату аммония во многих случаях приводит к повышению уровня азота до слишком высокого уровня, что отрицательно сказывается на безопасности рассады.
Внесение сульфатных удобрений в почву может быть эффективным способом сохранения большей части урожайности культуры, если у рапса проявляются признаки дефицита, а удобрения вносятся достаточно рано, чтобы обеспечить достаточное усвоение не позднее начала цветения.
Сера — химический элемент, присутствующий во всех живых тканях.
После кальция и фосфора сера является третьим по распространенности минералом в организме человека.
Сера также содержится в чесноке, луке и брокколи.
Серу наносят на кожу при перхоти и зудящей кожной инфекции, вызванной клещами (чесотка).
Серу также наносят на кожу при угревой сыпи и покраснении кожи (розацеа), а также принимают внутрь при многих других заболеваниях, однако научных данных, подтверждающих эффективность такого применения, недостаточно.
КАК ДЕЙСТВУЕТ СЕРА?
Сера присутствует во всех живых тканях.
Сера — третий по распространенности минерал в организме человека.
Сера, по-видимому, оказывает антибактериальное действие против бактерий, вызывающих акне.
Сера также может способствовать разрыхлению и отшелушиванию кожи.
Считается, что это помогает лечить такие кожные заболевания, как себорейный дерматит или акне.
Сера присутствует во всех живых тканях.
Сера — третий по распространенности минерал в организме человека.
Сера, по-видимому, оказывает антибактериальное действие против бактерий, вызывающих акне.
Сера также может способствовать разрыхлению и отшелушиванию кожи.
Считается, что это помогает лечить такие кожные заболевания, как себорейный дерматит или акне.
ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕРЫ:
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРЫ:
Сера образует несколько многоатомных молекул.
Самый известный аллотроп — октасера, цикло-S8.
Точечная группа цикло-S8 — D4d, а дипольный момент серы равен 0D.
Октасульфур — мягкое, ярко-желтое твердое вещество без запаха.
Температура плавления составляет 115,21 °C (239,38 °F), а температура кипения — 444,6 °C (832,3 °F).
При температуре 95,2 °C (203,4 °F), ниже температуры плавления, циклооктасера начинает медленно переходить из α-октасеры в β-полиморф.
Структура кольца S8 практически не меняется в результате этого фазового перехода, что влияет на межмолекулярные взаимодействия.
При охлаждении расплавленная сера замерзает при температуре 119,6 °C (247,3 °F), поскольку она преимущественно состоит из молекул β-S8.
Между температурами плавления и кипения октасера снова меняет свою аллотропную модификацию, превращаясь из β-октасеры в γ-серу, что снова сопровождается более низкой плотностью, но повышенной вязкостью из-за образования полимеров.
При более высоких температурах вязкость уменьшается, поскольку происходит деполимеризация.
Расплавленная сера приобретает темно-красный цвет при температуре выше 200 °C (392 °F).
Плотность серы составляет около 2 г/см3 в зависимости от аллотропа; все стабильные аллотропы являются прекрасными электроизоляторами.
Сера более или менее возгоняется при температуре от 20 °C (68 °F) до 50 °C (122 °F).[19]
Сера нерастворима в воде, но растворима в сероуглероде и, в меньшей степени, в других неполярных органических растворителях, таких как бензол и толуол.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРЫ:
В нормальных условиях сера гидролизуется очень медленно, образуя в основном сероводород и серную кислоту:
1/2 S8 + 4 H2O → 3 H2S + H2SO4
Реакция включает адсорбцию протонов на кластерах S8 с последующей диспропорционацией на продукты реакции.
Вторая, четвертая и шестая энергии ионизации серы составляют 2252 кДж/моль, 4556 кДж/моль и 8495,8 кДж/моль соответственно.
Состав продуктов реакции серы с окислителями (и ее степень окисления) зависит от того, превышает ли высвобождение энергии реакции эти пороги.
Применение катализаторов и/или подвод внешней энергии может изменять степень окисления серы и состав продуктов реакции.
В то время как реакция между серой и кислородом при нормальных условиях дает диоксид серы (степень окисления +4), для образования триоксида серы (степень окисления +6) требуется температура 400–600 °C (750–1100 °F) и присутствие катализатора.
В реакциях с элементами с меньшей электроотрицательностью он реагирует как окислитель и образует сульфиды, где имеет степень окисления −2.
Сера реагирует практически со всеми другими элементами, за исключением благородных газов, даже с печально известным инертным металлом иридием (образуя дисульфид иридия).
Некоторые из этих реакций требуют повышенных температур.
АЛЛОТРОПЫ СЕРЫ:
Сера образует более 30 твердых аллотропных модификаций — больше, чем любой другой элемент.
Помимо S8 известно еще несколько колец.
Удаление одного атома из короны дает S7, который имеет более глубокий желтый цвет, чем S8.
Анализ «элементарной серы» методом ВЭЖХ выявляет равновесную смесь, состоящую в основном из S8, но с S7 и небольшими количествами S6.
Были подготовлены кольца большего размера, включая S12 и S18.
Аморфная или «пластичная» сера получается путем быстрого охлаждения расплавленной серы, например, путем выливания ее в холодную воду.
Рентгеноструктурные исследования показывают, что аморфная форма может иметь спиральную структуру с восемью атомами на виток.
Длинные спиральные полимерные молекулы делают коричневатое вещество эластичным, и в массе оно напоминает сырую резину.
Эта форма метастабильна при комнатной температуре и постепенно возвращается в кристаллическую молекулярную аллотропную форму, которая больше не является эластичной.
Этот процесс происходит в течение нескольких часов или дней, но его можно быстро ускорить.
ИЗОТОПЫ СЕРЫ:
Сера имеет 23 известных изотопа, четыре из которых стабильны: 32S (94,99% ± 0,26%), 33S (0,75% ± 0,02%), 34S (4,25% ± 0,24%) и 36S (0,01% ± 0,01%).
За исключением 35S, период полураспада которого составляет 87 дней, радиоактивные изотопы серы имеют период полураспада менее 3 часов.
Преобладание 32S объясняется его образованием в так называемом альфа-процессе (один из основных классов реакций ядерного синтеза) во взрывающихся звездах.
Другие стабильные изотопы серы образуются в байпасных процессах, связанных с 34Ar, и их состав зависит от типа звездного взрыва.
Например, пропорционально больше 33S исходит от новых звезд, чем от сверхновых.
На планете Земля изотопный состав серы определялся Солнцем.
Хотя предполагалось, что распределение различных изотопов серы будет более или менее равным, было обнаружено, что пропорции двух наиболее распространенных изотопов серы 32S и 34S различаются в разных образцах.
Анализ соотношения изотопов (δ34S) в образцах позволяет судить об их химической истории, а при поддержке других методов позволяет датировать образцы, оценить температуру равновесия между рудой и водой, определить pH и летучесть кислорода, выявить активность сульфатредуцирующих бактерий во время формирования образца или предположить основные источники серы в экосистемах.
Однако продолжаются дискуссии о реальной причине сдвигов δ34S, биологической активности или постдепозитных изменениях.
Например, при осаждении сульфидных минералов изотопное равновесие между твердыми веществами и жидкостью может привести к небольшим различиям в значениях δ34S когенетических минералов.
Различия между минералами можно использовать для оценки температуры равновесия.
Значения δ13C и δ34S сосуществующих карбонатных минералов и сульфидов можно использовать для определения pH и летучести кислорода рудоносного флюида во время рудообразования.
Ученые измеряют изотопы серы в минералах в горных породах и отложениях, чтобы изучить окислительно-восстановительные условия в прошлых океанах.
Сульфатредуцирующие бактерии в морских отложениях фракционируют изотопы серы, поглощая сульфат и производя сульфид.
До 2010-х годов считалось, что сульфатредукция может фракционировать изотопы серы до 46 промилле, а фракционирование свыше 46 промилле, зафиксированное в отложениях, должно быть связано с диспропорционированием соединений серы в отложениях.
Эта точка зрения изменилась с 2010-х годов, поскольку эксперименты показали, что сульфатредуцирующие бактерии могут фракционировать до 66 промилле.
Поскольку субстраты для диспропорционирования ограничены серой сульфатредукции, изотопный эффект диспропорционирования должен быть менее 16 промилле в большинстве осадочных условий.
В лесных экосистемах сульфат поступает в основном из атмосферы; некоторое количество серы поступает в результате выветривания рудных минералов и эвапоритов.
Сера с характерным изотопным составом использовалась для определения источников загрязнения, а обогащенная сера добавлялась в качестве трассера в гидрологические исследования.
Различия в естественной численности могут быть использованы в системах, где наблюдается достаточная изменчивость 34S компонентов экосистемы.
Было обнаружено, что в озерах Скалистых гор, в которых, как считается, преобладают атмосферные источники сульфата, значения 34S существенно отличаются от значений в озерах, в которых, как считается, преобладают водораздельные источники сульфата.
Радиоактивный 35S образуется при расщеплении атмосферного 40Ar под действием космических лучей.
Этот факт может быть использован для проверки наличия недавних (до 1 года) атмосферных осадков в различных материалах.
Этот изотоп можно получить искусственно разными способами.
На практике используют реакцию 35Cl + n → 35S + p при облучении хлорида калия нейтронами.
Изотоп 35S используется в различных серосодержащих соединениях в качестве радиоактивного индикатора для многих биологических исследований, например, в эксперименте Херши-Чейза.
Из-за слабой бета-активности 35S соединения Sulphur относительно безопасны, если они не попадают в организм или не усваиваются им.
ИСТОРИЯ СЕРЫ:
История серы уходит корнями в древность.
Само название, вероятно, пришло в латынь из языка осков — древнего народа, населявшего регион, включающий Везувий, где широко распространены месторождения серы.
Доисторические люди использовали серу в качестве пигмента для наскальной живописи; одним из первых зафиксированных примеров искусства врачевания является использование серы в качестве тонизирующего средства.
Сжигание серы играло определенную роль в египетских религиозных церемониях еще 4000 лет назад.
Упоминания в Библии об «огне и сере» связаны с серой, что позволяет предположить, что «адский огонь» подпитывается серой.
Начало практического и промышленного использования серы приписывают египтянам, которые использовали диоксид серы для отбеливания хлопка еще в 1600 году до н. э.
Греческая мифология включает в себя химию серы: Гомер рассказывает об использовании Одиссеем диоксида серы для окуривания помещения, в котором он убил женихов своей жены.
Использование серы во взрывчатых веществах и огненных представлениях датируется примерно 500 годом до н. э. в Китае, а в Средние века с использованием серы готовили огнеобразующие вещества, применявшиеся в военных действиях (греческий огонь).
Плиний Старший в 50 г. н. э. сообщил о ряде случаев индивидуального использования серы и, по иронии судьбы, сам погиб, по всей вероятности, от паров серы во время великого извержения Везувия (79 г. н. э.).
Алхимики считали серу источником горючести.
Антуан Лавуазье признал его элементом в 1777 году, хотя некоторые считали его соединением водорода и кислорода; его элементарную природу установили французские химики Жозеф Гей-Люссак и Луи Тенар.
ЕСТЕСТВЕННОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СЕРЫ:
Многие важные металлические руды представляют собой соединения серы — сульфиды или сульфаты.
Некоторые важные примеры: галенит (сульфид свинца, PbS), обманка (сульфид цинка, ZnS), пирит (дисульфид железа, FeS2), халькопирит (сульфид меди и железа, CuFeS2), гипс (дигидрат сульфата кальция, CaSO4∙2H2O) и барит (сульфат бария, BaSO4).
Сульфидные руды ценятся главным образом за содержание в них металлов, хотя в XVIII веке был разработан процесс получения серной кислоты, в котором использовался диоксид серы, получаемый путем сжигания пирита.
Уголь, нефть и природный газ содержат соединения серы.
СВОЙСТВА СЕРЫ:
*Аллотропы:
Сера существует в нескольких аллотропных модификациях, наиболее распространенной из которых является молекула S₈.
*Реактивность:
Сера реагирует с металлами и кислородом, образуя сульфиды и диоксид серы соответственно.
*Кислотные свойства:
При сжигании серы в кислороде образуется диоксид серы (SO₂), который при растворении в воде становится сильной кислотой.
ПРЕИМУЩЕСТВА СЕРЫ:
*Сельскохозяйственные преимущества:
Сера в удобрениях помогает повысить урожайность и улучшить качество почвы.
*Лечебные преимущества:
Серу используют при кожных заболеваниях, таких как угри, перхоть и экзема.
*Промышленное применение:
Сера жизненно важна для производства таких продуктов, как серная кислота, которая широко используется во многих промышленных процессах.
ЕСТЕСТВЕННОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ СЕРЫ:
32S образуется внутри массивных звезд, на глубине, где температура превышает 2,5×109 К, в результате слияния одного ядра кремния и одного ядра гелия.
Поскольку эта ядерная реакция является частью альфа-процесса, в результате которого образуются элементы в большом количестве, сера является 10-м по распространенности элементом во Вселенной.
Сера, обычно в виде сульфида, присутствует во многих типах метеоритов.
Обыкновенные хондриты содержат в среднем 2,1% серы, а углистые хондриты могут содержать до 6,6%.
Обычно он присутствует в виде троилита (FeS), но есть исключения — углистые хондриты, содержащие свободную серу, сульфаты и другие соединения серы.
Отличительные цвета вулканического спутника Юпитера Ио объясняются различными формами расплавленной, твердой и газообразной серы.
В июле 2024 года на Марсе случайно обнаружили элементарную серу после того, как марсоход Curiosity проехал по камню и раздавил его, обнаружив внутри кристаллы серы.
Сера — пятый по массе элемент на Земле.
Элементарную серу можно найти вблизи горячих источников и вулканических регионов во многих частях мира, особенно вдоль Тихоокеанского огненного кольца; такие вулканические месторождения добываются в Индонезии, Чили и Японии.
Эти отложения являются поликристаллическими, при этом самый большой зарегистрированный монокристалл имеет размеры 22 см × 16 см × 11 см (8,7 дюйма × 6,3 дюйма × 4,3 дюйма).
Исторически Сицилия была основным источником серы во времена промышленной революции.
На морском дне были обнаружены озера расплавленной серы диаметром до 200 м (660 футов), связанные с подводными вулканами, на глубинах, где температура кипения воды выше температуры плавления серы.
Самородная сера синтезируется анаэробными бактериями, действующими на сульфатные минералы, такие как гипс, в соляных куполах.
Значительные отложения соляных куполов встречаются вдоль побережья Мексиканского залива, а также в эвапоритах Восточной Европы и Западной Азии.
Самородная сера может быть получена только геологическими процессами. Ископаемые месторождения серы из соляных куполов когда-то были основой для коммерческой добычи в Соединенных Штатах, России, Туркменистане и Украине.
Такие источники приобрели второстепенное коммерческое значение, и большинство из них уже не разрабатываются, однако промышленная добыча все еще ведется на руднике Осек в Польше.
Распространенные природные соединения серы включают сульфидные минералы, такие как пирит (сульфид железа), киноварь (сульфид ртути), галенит (сульфид свинца), сфалерит (сульфид цинка) и стибнит ( сульфид сурьмы); и сульфатные минералы, такие как гипс (сульфат кальция), алунит (сульфат калия и алюминия) и барит (сульфат бария).
На Земле, как и на спутнике Юпитера Ио, элементарная сера встречается в природе в вулканических выбросах, в том числе из гидротермальных источников.
Основным промышленным источником серы стали нефть и природный газ.
СОЕДИНЕНИЯ СЕРЫ:
Обычные степени окисления серы лежат в диапазоне от −2 до +6.
Сера образует устойчивые соединения со всеми элементами, за исключением благородных газов.
*Реакции переноса электронов
Поликатионы серы S2+8, S2+4 и S2+19 образуются при взаимодействии серы с окислителями в сильнокислом растворе.
Окрашенные растворы, полученные путем растворения серы в олеуме, были впервые описаны еще в 1804 году К. Ф. Бухольцем, однако причина окраски и структура задействованных поликатионов были определены только в конце 1960-х годов.
S2+8 — тёмно-синий, S2+4 — жёлтый, а S2+19 — красный.
Восстановление серы дает различные полисульфиды с формулой S2−x, многие из которых были получены в кристаллической форме.
Показательным является получение тетрасульфида натрия:
4 Na + S8 → 2 Na2S4
Некоторые из этих дианионов диссоциируют, образуя радикальные анионы, например, S−3, который придает голубой цвет лазуриту.
Эта реакция подчеркивает отличительное свойство серы: ее способность образовывать цепи (связываться между собой).
Протонирование этих полисульфидных анионов приводит к образованию полисульфанов H2Sx, где x = 2, 3 и 4.
В конечном итоге восстановление серы приводит к образованию сульфидных солей:
16 Na + S8 → 8 Na2S
Взаимопревращение этих видов используется в натрий-серной батарее.
*Гидрогенизация
Обработка серы водородом дает сероводород.
При растворении в воде сероводород имеет слабокислую реакцию:
H2S ⇌ HS − + H+
Сернистый газ и гидросульфидный анион чрезвычайно токсичны для млекопитающих из-за того, что они подавляют способность гемоглобина и некоторых цитохромов переносить кислород аналогично цианиду и азиду (см. ниже меры предосторожности).
*Горение
При сжигании серы получают два основных оксида серы:
S + O2 → SO2 (диоксид серы)
2 SO2 + O2 → 2 SO3 (триоксид серы)
Наблюдаются многие другие оксиды серы, включая оксиды, богатые серой, такие как оксид серы, оксид дисеры, диоксиды серы и высшие оксиды, содержащие пероксогруппы.
*Галогенирование
Сера реагирует с фтором, образуя высокореакционный тетрафторид серы и высокоинертный гексафторид серы.
В то время как фтор дает соединения S(IV) и S(VI), хлор дает производные S(II) и S(I).
Таким образом, дихлорид серы, дихлорид серы и высшие хлорсульфаны возникают в результате хлорирования серы.
Хлорид сульфурила и хлорсерная кислота являются производными серной кислоты; хлористый тионил (SOCl2) является распространенным реагентом в органическом синтезе.
Бром также окисляет серу, образуя дибромид серы и дибромид дисеры.
*Псевдогалогениды
Сера окисляет цианид и сульфит, образуя тиоцианат и тиосульфат соответственно.
*Сульфиды металлов
Сера реагирует со многими металлами.
Электроположительные металлы дают полисульфидные соли.
Медь, цинк и серебро подвергаются воздействию серы; см. потускнение.
Хотя известно много сульфидов металлов, большинство из них получают путем высокотемпературных реакций элементов.
Геологи также изучают изотопы сульфидов металлов в горных породах и отложениях для изучения условий окружающей среды в прошлом Земли.
*Органические соединения
Некоторые из основных классов органических соединений, содержащих серу, включают в себя следующее:
Тиолы или меркаптаны (названные так потому, что они связывают ртуть как хелаторы) являются серными аналогами спиртов; обработка тиолов основанием дает тиолат-ионы.
Тиоэфиры — это серные аналоги эфиров.
Ионы сульфония имеют три группы, присоединенные к катионному серному центру.
Диметилсульфониопропионат (ДМСП) является одним из таких соединений, играющим важную роль в морском органическом цикле серы.
Сульфоксиды и сульфоны представляют собой тиоэфиры с одним и двумя атомами кислорода, присоединенными к атому серы соответственно.
Простейший сульфоксид — диметилсульфоксид — является распространённым растворителем; распространённым сульфоном является сульфолан.
Сульфоновые кислоты используются во многих моющих средствах.
Соединения с кратными связями углерод-сера встречаются редко, исключением является сероуглерод — летучая бесцветная жидкость, структурно похожая на диоксид углерода.
Он используется в качестве реагента для изготовления полимерного вискозного волокна и многих сероорганических соединений.
В отличие от оксида углерода, моносульфид углерода стабилен только как чрезвычайно разреженный газ, встречающийся между солнечными системами.
Сероорганические соединения являются причиной некоторых неприятных запахов разлагающихся органических веществ.
Они широко известны как одорант в бытовом природном газе, чесночный запах и спрей от скунса, а также как компонент неприятного запаха изо рта.
Не все органические соединения серы имеют неприятный запах при любых концентрациях: серосодержащий монотерпеноид меркаптан грейпфрута в малых концентрациях имеет характерный запах грейпфрута, но в больших концентрациях имеет характерный тиоловый запах.
Иприт — сильнодействующее кожно-нарывное средство, применявшееся во время Первой мировой войны в качестве парализующего средства.
Связи сера-сера являются структурным компонентом, используемым для придания жесткости резине, подобно дисульфидным мостикам, которые придают жесткость белкам (см. ниже биологию).
В наиболее распространенном типе промышленного «отверждения» или закалки и укрепления натурального каучука элементарная сера нагревается вместе с каучуком до такой степени, что химические реакции образуют дисульфидные мостики между изопреновыми звеньями полимера.
Этот процесс, запатентованный в 1843 году, сделал резину важным промышленным продуктом, особенно в производстве автомобильных шин.
Из-за жара и серы этот процесс получил название вулканизации, в честь римского бога кузнечного дела и вулканизма.
ПОЧЕМУ СЕРА ЯВЛЯЕТСЯ ТАКИМ ВАЖНЫМ ПИТАТЕЛЬНЫМ ВЕЩЕСТВОМ?
Многие агрономы теперь считают серу вторым по важности питательным веществом после азота.
Сера, несомненно, является важным питательным веществом, тесно связанным с азотом в биологических процессах, причем оба элемента образуют неразрывную команду.
Раньше потребности сельскохозяйственных культур в основном удовлетворялись за счет атмосферных осадков, поэтому сере отводилась второстепенная роль, однако сегодня она вновь заняла свое законное место в качестве важнейшего компонента оптимального управления азотом.
КАКИЕ ПРОДУКТЫ СОДЕРЖАТ СЕРУ?
Продукты, содержащие серу, могут представлять собой дусты, смачивающиеся порошки, жидкости или баллончики с фумигантом.
Их используют для выращивания полевых культур, корнеплодов, плодовых деревьев, орехов, ягод, овощей, декоративных растений и газона.
Их также используют на открытых территориях жилых домов, а также на продовольственных и непродовольственных культурах.
К объектам, не предназначенным для использования в пищу, относятся домашние животные, скот и помещения для скота.
На рынке США представлено более 200 активных продуктов, содержащих серу.
Некоторые из них одобрены для использования в органическом садоводстве.
Непестицидные продукты, содержащие серу, используются в качестве почвенных добавок или удобрений.
КАК ДЕЙСТВУЕТ СЕРА?
Сера убивает грибки при контакте.
Механизм действия серы пока до конца не изучен.
Некоторые исследователи полагают, что сера может вступать в реакцию с растениями или грибами, образуя токсичное вещество.
Однако основная теория заключается в том, что сера проникает в клетки грибов и влияет на клеточное дыхание.
ВЛИЯНИЕ СЕРЫ НА РОСТ РАСТЕНИЙ:
Сера необходима для структурных и ферментативных компонентов растений.
Сера является ключевым компонентом некоторых незаменимых аминокислот и необходима для синтеза белка.
Для синтеза хлорофилла также необходим S.
Сера нелегко перемещается внутри растений, поэтому всем растениям необходимо постоянное поступление серы с момента появления всходов до созревания урожая.
У растений с дефицитом серы старые листья могут выглядеть более здоровыми, в то время как новые листья и ткани могут иметь замедленный рост и иметь более светлый зеленый или даже желтый вид.
Дефицит серы на любой стадии роста может привести к снижению роста и урожайности растений.
Достаточное количество серы приводит к быстрому росту урожая и более раннему созреванию.
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ СЕРЫ:
Сера является важнейшим компонентом всех живых клеток.
Сера является восьмым по распространенности элементом в организме человека по массе, примерно равным по распространенности калию и немного превосходящим натрий и хлор.
В организме человека весом 70 кг (150 фунтов) содержится около 140 граммов (4,9 унций) серы.
Основным пищевым источником серы для человека являются серосодержащие аминокислоты, которые содержатся в растительных и животных белках.
Перенос серы между неорганическими и биомолекулами
В 1880-х годах, изучая Beggiatoa (бактерию, живущую в среде, богатой серой), Сергей Виноградский обнаружил, что она окисляет сероводород (H2S) в качестве источника энергии, образуя внутриклеточные капли серы.
Виноградский назвал эту форму метаболизма неорганическим окислением (окислением неорганических соединений).
Другим исследователем, продолжившим изучение этой темы, был Зельман Ваксман.
Примитивные бактерии, обитающие вокруг глубоководных вулканических жерл, окисляют сероводород для своего питания, как обнаружил Роберт Баллард.
Окислители серы могут использовать в качестве источников энергии восстановленные соединения серы, включая сероводород, элементарную серу, сульфит, тиосульфат и различные политионаты (например, тетратионат).
Они зависят от таких ферментов, как сульфоксидаза и сульфитоксидаза, которые окисляют серу до сульфата.
Некоторые литотрофы даже могут использовать энергию, содержащуюся в соединениях серы, для производства сахаров; этот процесс известен как хемосинтез.
Некоторые бактерии и археи используют сероводород вместо воды в качестве донора электронов в хемосинтезе — процессе, похожем на фотосинтез, при котором образуются сахара и в качестве акцептора электронов используется кислород.
Хемосинтез на основе серы можно упрощенно сравнить с фотосинтезом:
H2S + CO2 → сахара + S
H2O + CO2 → сахара + O2
Существуют бактерии, сочетающие эти два способа питания: зеленые серные бактерии и пурпурные серные бактерии.
Кроме того, сероокисляющие бактерии могут вступать в симбиоз с более крупными организмами, позволяя последним использовать сероводород в качестве пищи для окисления.
Пример: гигантский трубчатый червь.
Существуют сульфатредуцирующие бактерии, которые, напротив, «дышат сульфатом» вместо кислорода.
В качестве источника энергии они используют органические соединения или молекулярный водород.
Они используют серу в качестве акцептора электронов и восстанавливают различные окисленные соединения серы обратно в сульфид, часто в сероводород.
Они могут расти на других частично окисленных соединениях серы (например, тиосульфатах, тионатах, полисульфидах, сульфитах).
Существуют исследования, указывающие на то, что многие месторождения самородной серы в местах, которые были дном древних океанов, имеют биологическое происхождение.
Эти исследования показывают, что эта природная сера была получена в результате биологической активности, но что именно за это отвечает (сероокисляющие бактерии или сульфатвосстанавливающие бактерии) до сих пор точно неизвестно.
Сера поглощается корнями растений из почвы в виде сульфата и транспортируется в виде фосфатного эфира.
Сульфат восстанавливается до сульфида через сульфит, прежде чем он включится в цистеин и другие сероорганические соединения.
SO2−4 → SO2−3 → H2S → цистеин (тиол) → метионин (тиоэфир)
В то время как роль растений в передаче серы животным по пищевым цепям более или менее понятна, роль серобактерий только начинает изучаться.
*Белки и органические метаболиты:
Во всех формах жизни большая часть серы содержится в двух протеиногенных аминокислотах (цистеине и метионине), поэтому элемент присутствует во всех белках, содержащих эти аминокислоты, а также в соответствующих пептидах.
Часть серы входит в состав определенных метаболитов, многие из которых являются кофакторами, и сульфатированных полисахаридов соединительной ткани (хондроитинсульфаты, гепарин).
Для выполнения своей биологической функции белки должны иметь определенную пространственную геометрию.
Формирование этой геометрии осуществляется в процессе, называемом сворачиванием белка, и обеспечивается внутри- и межмолекулярными связями.
Процесс состоит из нескольких этапов.
Если на начальных стадиях полипептидная цепь сворачивается за счет водородных связей, то на более поздних стадиях сворачивание обеспечивается (помимо водородных связей) ковалентными связями между двумя атомами серы двух остатков цистеина (так называемыми дисульфидными мостиками) в разных местах цепи (третичная структура белка), а также между двумя остатками цистеина в двух разделенных субъединицах белка (четвертичная структура белка).
Обе структуры легко можно увидеть в инсулине.
Поскольку энергия связи ковалентного дисульфидного мостика выше энергии координационной связи или гидрофобного взаимодействия, большее содержание дисульфидных мостиков приводит к большему количеству энергии, необходимой для денатурации белка.
В целом дисульфидные связи необходимы в белках, функционирующих вне клеточного пространства, и они не изменяют конформацию (геометрию) белков, а служат их стабилизаторами.
В цитоплазме остатки цистеина белков сохраняются в восстановленном состоянии (т.е. в -SH-форме) тиоредоксинами.
Это свойство проявляется в следующих примерах. Лизоцим достаточно стабилен, чтобы его можно было применять в качестве лекарственного средства.
Перья и волосы обладают относительной прочностью, а содержащийся в них кератин считается неперевариваемым большинством организмов.
Однако существуют грибки и бактерии, содержащие кератиназу, и способные разрушать кератин.
Многие важные клеточные ферменты используют простетические группы, заканчивающиеся на -SH-фрагменты, для проведения реакций с участием ацилсодержащих биохимических веществ: два распространенных примера из основного обмена веществ — это кофермент А и альфа-липоевая кислота.
Метаболиты цистеина — гомоцистеин и таурин — другие серосодержащие аминокислоты, которые имеют схожую структуру, но не кодируются ДНК и не входят в первичную структуру белков, принимают участие в различных участках физиологии млекопитающих.
Два из 13 классических витаминов, биотин и тиамин, содержат серу и служат кофакторами нескольких ферментов.
Во внутриклеточной химии сера действует как переносчик восстанавливающего водорода и его электронов для восстановления клеток после окисления.
Восстановленный глутатион, серосодержащий трипептид, является восстановителем благодаря своей сульфгидрильной (–SH) группе, полученной из цистеина.
Метаногенез, путь к образованию большей части метана в мире, представляет собой многоэтапную биохимическую трансформацию углекислого газа.
Для этого преобразования требуются несколько сероорганических кофакторов.
К ним относится кофермент М, CH3SCH2CH2SO−3, непосредственный предшественник метана.
*Металлопротеины и неорганические кофакторы
Металлопротеины, в которых активным центром является ион переходного металла (или кластер сульфида металла), часто координируемый атомами серы остатков цистеина, являются важнейшими компонентами ферментов, участвующих в процессах переноса электронов.
Примерами являются пластоцианин (Cu2+) и редуктаза закиси азота (Cu–S).
Функция этих ферментов зависит от того, что ион переходного металла может вступать в окислительно-восстановительные реакции.
Другие примеры включают множество цинковых белков[128], а также кластеры железа и серы.
Наиболее распространенными являются ферродоксины, которые выполняют функцию переносчиков электронов в клетках.
У бактерий важные ферменты нитрогеназы содержат кластер Fe–Mo–S и являются катализатором, который выполняет важную функцию фиксации азота, преобразуя атмосферный азот в аммиак, который может использоваться микроорганизмами и растениями для производства белков, ДНК, РНК, алкалоидов и других органических соединений азота, необходимых для жизни.
ИСТОРИЯ СЕРЫ:
В документе возрастом 2800 лет Гомер описывает типичное использование серы для борьбы с вредителями.
Продукт сгорания серы на протяжении многих лет использовался в качестве дезинфицирующего средства в закрытых помещениях (трюмах кораблей, складах, бочках для выдержки вина...).
*Первый фунгицид в истории
Однако конкретное применение серы для борьбы с оидиумом (Uncinula necator) не было описано до начала XIX века, когда английский садовод (Форсайт, 1802) рекомендовал использовать ее для борьбы с оидиумом во фруктовых садах.
Этот состав с серой для лечения болезней этих растений встречается в Трактате о выращивании плодовых деревьев.
В середине XIX века эта болезнь распространилась на остальную Европу, где привела к резкому падению производства и качества вина.
Для его развития и распространения необходима влажная и теплая погода с температурой от 20º до 27º, и его можно контролировать только профилактическим применением СЕРЫ — средства, которое рекомендовали Беркли (1846) в Англии, а также Дюшатель (1848) во Франции.
С тех пор сера стала универсальным средством для борьбы с оидиумом в целом, широко применяется и сегодня, являясь одним из самых эффективных фунгицидов.
НАЗВАНИЕ СЕРЫ:
Название в среднеанглийском языке, появившееся по крайней мере в 1390 году. Также известно как «сера».
Теофраст (~300 г. до н. э.) написал μαλώδης («malódis», иное неизвестное слово) для обозначения, возможно, пропитанной серой пемзы, но Кейли и Ричардс (1956) в своем анализе и переводе Περι Λιθον («Peri Lithon», «О камнях») предполагают, что фактическим словом должно было быть μηλώδης («milódis», что означает айвово-желтый).
Были даны и другие толкования.
ЗНАЧЕНИЕ СЕРЫ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ:
*АНТИ-ОИДИУМ
Сера действует при непосредственном контакте со спорами и другими грибковыми тканями, предотвращая и подавляя их прорастание и рост.
*АКАРИЦИД
Сера способствует контролю изменений, вызываемых такими клещами, как паутинный клещ и клещ-эринеум.
*ПИТАТЕЛЬНЫЙ
Сера действует как питательное вещество для растений, улучшая качество субстрата и стимулируя вегетативный рост.
*ПОЧВЕННЫЙ КОНДИЦИОНЕР
Сера улучшает физические, химические и биологические свойства почвы или субстрата, позволяя растениям развиваться в лучших условиях.
*БИОСТИМУЛЯТОР
Биостимуляторы повышают эффективность метаболизма растений, улучшая урожайность и качество урожая.
ИСТОРИЯ СЕРЫ:
*Античность
Сера, широко распространенная в естественном виде, была известна еще в древности и упоминается в Торе (Бытие).
В английских переводах христианской Библии горящая сера обычно упоминается как «сера», отсюда и возник термин «проповеди с «огнем и серой», в которых слушателям напоминают об участи вечного осуждения, ожидающей неверующих и нераскаявшихся.
Сера взята из той части Библии, где говорится, что Ад «пахнет серой» (вероятно, из-за его связи с вулканической активностью).
Согласно папирусу Эберса, в Древнем Египте для лечения зернистости век использовалась мазь с серой.
Серу использовали для окуривания в доклассической Греции; об этом упоминается в «Одиссее».
Плиний Старший рассматривает серу в 35-й книге своей «Естественной истории», отмечая, что ее самым известным источником является остров Мелос.
Он упоминает его использование для окуривания, в медицине и отбеливании тканей.
Природная форма серы, известная как шилюхуан (石硫黄), была известна в Китае с VI века до нашей эры и обнаружена в Ханьчжуне.
К III веку китайцы обнаружили, что серу можно извлекать из пирита.
Китайские даосы интересовались горючестью серы и ее способностью реагировать с некоторыми металлами, однако ее самое раннее практическое применение было обнаружено в традиционной китайской медицине.
В «Уцзин Цзунъяо» 1044 года нашей эры описаны различные формулы китайского черного пороха, представляющего собой смесь нитрата калия (KNO
3), древесный уголь и сера
Индийские алхимики, практикующие «науку химикатов» (санскр. रसशास्त्र , романизированное: rasaśāstra), много писали об использовании серы в алхимических операциях с ртутью, начиная с восьмого века нашей эры.
В традиции расашастры серу называют «вонючей» ( गन्धक , гандхака).
Ранние европейские алхимики дали сере уникальный алхимический символ — треугольник на вершине креста (
