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硫元素 硫的历史 硫在远古时代就被人们知晓而使用了。硫在自然界中存在有单质状态,每次火山爆发都会把地下大量的硫带到地面。硫还和多种金属形成硫化物和各种硫酸盐,广泛存在于自然界中。单质硫具有鲜明的橙黄色,燃烧时形成强烈的臭味,金属硫化物矿在煅烧过程中,或者落进古代人们的篝火中时,同样发生硫在燃烧时所产生的气味。在西方,古代人们认为硫燃烧所形成的浓厚的烟和强烈的臭味能够驱除魔鬼,在古罗马,人们用硫燃烧产生的二氧化硫清扫消毒住屋或漂白布匹,在庞贝城的发掘中,发现一幅画,画中有一个盛有硫黄的铁盘,在铁盘的上面是悬吊物体的装置。我们的祖先首先把硫用来制造火药,火药是我国古代的四大发明之一,当时的火药是硫黄、硝石和木炭的混合物。 硫的来源 硫在地壳中的含量为0.045%,是一种分布较广的元素。它在自然界中以两种形态出现——单质硫和化合态硫。天然的硫化合物包括金属硫化物、硫酸盐和有机硫化合物三大类。最重要的硫化物矿是黄铁矿FeS2,它是制造硫酸的重要原料。其次是黄铜矿CuFeS2、方铅矿PbS、闪锌矿ZnS等。硫酸盐矿以石膏CaSO4·2H2O和Na2SO4·10H2O为最丰富。有机硫化合物除了存在于煤和石油等沉积物中外,还广泛地存在于生物体的蛋白质、氨基酸中。单质硫主要存在于火山附近 。 在1776年,法国化学家拉瓦锡首先确定了硫的不可分割性,认为它是一种元素。它的拉丁名称为sulphur,传说来自印度的梵文sulvere,原意为鲜黄色,它的英文名称为sulfur。化学符号为S。 单质硫 单质硫有多种同素异形体,其中最常见的是斜方硫和单斜硫。 斜方硫亦称为菱形硫或α-硫,单斜硫又叫β-硫。斜方硫在368.4K以下稳定,单斜硫在368.4K以上稳定。368.4K是这两种变体的转变温度,在这个温度时这两种变体处于平衡状态: 单质硫 斜方硫和单质硫都易溶于CS2中,都是由S8环状分子(皇冠构型)组成的,在这个环状分子中,每个S原子采取sp3杂化态,与另外两个硫原子形成共价单键相联结。在此构型中键长是206pm,内键角为108°,两个面之间的夹角为98°。 硫的特性 硫为黄色晶状固体,熔点为385.8K(斜方硫)和392K(单斜硫),沸点717.6K,密度为2.06g/cm3 (斜方硫)和1.99g/cm3(单斜硫)。它的导热性和导电性都很差,性松脆,不溶于水,能溶于CS2中。从CS2中再结晶,可以得到纯度很高的晶状硫。 硫在熔化时,S8环状分子破裂并发生聚合作用,形成很长的硫链。此时液态硫的颜色变深,粘度增加。温度高于563K时,长硫链就会断裂成较小的短链分子,所以粘度下降。当温度达到717.6K时,硫开始沸腾,硫变成蒸气,蒸气中有S8、S6、S4、S2等分子存在。在1473K以上时,硫蒸气离解成S原子。 若把熔融的硫急速倾入冷水中,缠绕在一起的长链状的硫被固定下来,成为能拉伸的弹性硫。但放置后,弹性硫会逐渐转变成晶状硫。弹性硫与晶状硫不同之处在于:晶状硫能溶解在CS2中,而弹性硫只能部分溶解。 硫的特性 硫磺易溶于二硫化碳,不溶于水,略溶于酒精和醚类。硫在空气里燃烧发出微弱的淡蓝色火焰,在氧气里燃烧则发出明亮的蓝紫色火焰。 气体硫磺,硫只有在2千度以上高温才有可存在单质硫,在927℃温度以上只有S2存在,随着温度下降硫的形态发生如下变化:S2→S4→S6→S8,同时存在少量的S3、S5、S7等。硫在一定的温度下形成了各种形态硫的混合物,温度越低S8越多,随温度下降气体颜色也由无色→草黄色→黄色。 液体硫磺主要存在S8环状和Sn链状二种,它具有特殊的温粘特性。温度从120℃升高至159℃时,S8环状结构增多,液体的粘度随温度升高而降低;温度从159℃再升高至188℃时,Sn长链结构迅速增多,液体的粘度随温度升高突然增加; 硫的特性 温度从188再升高至444℃时,Sn长链开始断裂,液体粘度又随温度下降。液硫随温度升高颜色由淡黄色流动状→暗棕色粘稠状→暗棕色流动状。 液体硫磺随冷却速度不同会形成不同的晶体,主要有正交晶硫和斜方晶硫二种。正交晶硫是唯一稳定的状态,它以S8环为基本单位,16个该单位结合成一个晶格,其分子量为4069。斜方晶硫有十几种结构,其中最著名的是聚合硫。当气体或液体硫温度突然下降时,Sn长链迅速聚合,其形成了特别的结构,分子量可达到30000~40000,它不溶于CS2,为此又称为不溶性硫。聚合硫由于其结构与橡胶相近,可以作为添加剂,生产子午线轮胎和耐油橡胶。 硫的基本参数 固体硫磺:比重:2.046t/m3;溶化点:120℃;沸
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