一種化學元素,化學符號 S,原子序數16,原子量32.066,屬週期系ⅥA族。俗稱硫黃。

  發現 在史前時期,硫就為人們知曉和使用,是古代煉丹傢常用的元素之一。西元2世紀初中國魏伯陽所著的《周易參同契》裏很生動地描寫瞭硫容易與汞化合的特性。18世紀法國化學傢A.-L.拉瓦錫確定瞭硫的不可分割性,認為它是一種化學元素。硫的拉丁文名稱sulfur傳說來自印度的梵文sulvere,含義是是鮮黃色。中文名稱硫由公元前6世紀所用名稱“石流黃”演變而來。

  存在 硫在地殼中的含量為0.048%。單質硫主要存在於火山附近。最重要的硫化物礦是黃鐵礦(FeS2,見彩圖),其次是黃銅礦(CuFeS2)、方鉛礦(PbS)和閃鋅礦(ZnS)。硫酸鹽礦以石膏(CaSO4·2H2O)和芒硝(Na2SO4·10H2O)為最豐富。有機硫化合物除瞭存在於煤和石油等沉積物中外,還廣泛地存在於生物體的蛋白質、氨基酸中。

單斜硫

斜方硫

彈性硫

硫華

硫的同素異形體

  物理性質 硫為黃色晶狀固體(見彩圖);熔點112.8℃(Sα)和119℃(Sβ),沸點444.674℃,密度2.07克/厘米3(20℃)(Sα)和1.96克/厘米3(Sβ)。由於固體硫存在著分子內異構(由硫原子的鍵合所形成的不同分子)和分子間異構(由晶體中分子的不同排佈形成),固體硫具有多種晶型,有文獻記載的多達30餘種,其中八元環硫(S8)、六元環硫(S6)、七元環硫(S7)、十元環硫(S10)、十二元環硫(S12)和多聚鏈狀硫(Sx)等均已為實驗所確證。最重要的硫的變體是正交硫(Sα)和單斜硫(Sβ),其轉變點是95.5℃:

正交硫是室溫下唯一穩定的硫的存在形式,所有其他形式的硫在放置時都轉變成正交硫。正交硫和單斜硫的分子式均為S8。正交硫的結構為八角冠狀皺環,S—S的鍵長為2.037埃,鍵角為107°48′,兩個面之間的夾角為99°16′(圖1)。

單斜硫的結構在不久前才被確認,除瞭存在紊亂的位置外,它類似於正交硫。

  硫在熔化時環狀分子破裂並發生聚合作用,形成很長的硫鏈,溫度高於190℃時,長鏈分子又斷裂成短鏈分子。溫度升高到444.674℃時,硫開始沸騰,蒸氣中 S8S6S4S2等不同分子處於平衡狀態。在正常沸點下,硫蒸氣大部分是S8,750℃時大部分是S2,2000℃以上,硫分子大部分分解為硫原子。把熔化的硫迅速冷卻(如倒在冷水中)可以得到彈性硫,它由硫原子的長而折皺的鏈組成。放置時彈性硫會逐漸轉變成晶狀硫。

  化學性質 硫的電子構型為(Ne)3s23p4,硫容易得到或與其他元素共用兩個電子,形成氧化態為-2、+6、+4、+2、+1的化合物。-2價的硫具有較強的還原性;硫的最高氧化態為+6,其化學鍵表現出共價特性,+6價硫隻有氧化性;+4價的硫既有氧化性,也有還原性。硫是一個很活潑的元素,在適宜的條件下能與除惰性氣體、碘、分子氮以外的元素直接反應。

  制法 ① 弗拉施法,用過熱水蒸氣加熱含硫的礦石,使硫熔化,再利用熱空氣(20~25大氣壓)將液態硫壓到地表(圖2)。

硫的純度可達99.5%。

  ② 改良的克勞斯法,將硫化氫催化氧化也是制備單質硫的重要途徑:

原料來源於天然氣和各種工業氣體中所含的硫化氫;催化劑是多孔的氧化鋁、三氧化二鐵或活性炭。隨著天然氣和石油生產的發展,由硫化氫生產單質硫的方法將更為突出。1967年世界硫產量的三分之一來源於硫化氫。

  ③ 以冶煉硫化物礦時所產生的二氧化硫為原料,也可制得單質硫:

SO2+2H2S─→3S+2H2O

SO2+C─→S+CO2

  將粗硫蒸餾,可以得到更純凈的硫,硫蒸氣冷卻後形成細微結晶的粉狀硫,叫做硫華。

  應用 世界上每年消耗大量的硫,其中一部分用於制造硫酸,另一部分用於橡膠制品、紙張、火柴、焰火、硫酸鹽、亞硫酸鹽、硫化物等的生產,還有一部分硫用於農業(消滅害蟲)和漂染、醫藥工業。

  

參考書目

 M.Schmidt and W.Siebert,Comprehensive Inorga-nic Chemistry,Vol.2,Pergamon,Oxford,1973.