硫

硫是一种化学元素,在元素周期表中它的化学符号是S,原子序数是16。是一种非常常见的无味无嗅的非金属,纯的硫是黄色的晶体,又称做硫磺。硫有许多不同的化合价,常见的有-2, 0, +4, +6等(在二硫化铁中硫显-1)。在自然界中它经常以硫化物或硫酸盐的形式出现,尤其在火山地区纯的硫也在自然界出现。对所有的生物来说,硫都是一种重要的必不可少的元素,它是多种氨基酸的组成部分,由此是大多数蛋白质的组成部分。它主要被用在肥料中,也广泛地被用在火药、润滑剂、杀虫剂和抗真菌剂中。

编辑摘要
中文名: 英文名: Sulfur
符号: S 序号: 16
族: 16族(VIA) 周期: 3
元素分区: p 原子质量: 32.065 原子量单位
密度: 1960 kg/m3 外观: 淡黄色晶体
熔点: 388.36 K(115.21 °C)℃ 沸点: 717.87 K (444.72 °C)℃
  • 莫小夏许多有机物难闻的味道来自于它们所含有硫化氢之类的化合物。这些化合物有一股特别的臭鸡蛋味道。

目录

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1 简介
2 发现
3 历史
4 性质
  1. 4.1 物理性质
5 常用数据
6 化合物
  1. 6.1 其它重要的硫的化合物
7 同位素
8 主要用途
9 生理作用
10 注意事项
11 硫单质及其化合物

硫 - 简介

硫,是一种淡黄色晶体。有单质硫和化合态硫两种形态。
 
单质硫有几种同素异形体:
 
主要是菱形硫(S8),密度2.07克/厘米3 ,熔点112.8℃,沸点444.674℃;单斜硫(S8),密度1.96克/厘米3,熔点119.0℃,沸点444.6℃;纯粹的单质硫,密度1.96克/厘米3,熔点120.0℃,沸点444.6℃。导热性和导电性都差。性松脆,不溶于水。
 
无定形硫主要有弹性硫,是由熔态硫迅速倾倒在冰水中所得。不稳定,可转变为晶状硫。晶状硫能溶于有机溶剂如二硫化碳中,而弹性硫只能部分溶解。化合价为-2、+2、+4和+6。第一电离能10.360电子伏特。

硫 - 发现

1977年法国化学家拉瓦锡发表近代第一张元素表,把硫列入表中,确定硫的不可分割性。18世纪后半页,德国化学家米切里希和法国化学家波美等人发现硫具有不同的晶形,提出硫的同素异形体。现在已知最重要的晶状硫是斜方硫和单斜硫。他们都是由S8环状分子组成。

来源

在自然界中硫主要以硫化物(如黄铁矿)和硫酸盐(如石膏)的形式出现,在热泉和火山地区也有纯的硫存在。除此以外一些矿物如辰砂、方铅矿、闪锌矿和辉锑矿等也都是硫化物的矿物。石油中也含少量硫,这是为什么在燃煤和石油时有二氧化硫被释放出来(酸雨)。现在(2012年)许多国家要求燃烧煤和石油时被释放的二氧化硫要被滤掉。这些被过滤的硫是今天工业中使用的硫的一个重要来源。另一个重要来源是硫矿。

在工业中,最重要的硫的化合物是硫酸。硫酸是所有工业过程中必不可少的一个原材料,因此硫酸的消耗量被看做是一个国家工业化程度的一个指标。在美国硫酸是所有生产得最多的化合物。

硫 - 历史

在古代人类就已经认识硫了。中国人发明的火药是硫酸钾磷酸钾、碳和硫的混合物。1770年代安托万·拉瓦锡证明硫是一种元素。

硫 - 性质

物理性质

自然硫自然硫
通常为淡黄色晶体,它的元素名来源于拉丁文,原意是鲜黄色。单质硫有几种同素异形体,菱形硫(斜方硫)和单斜硫是现在已知最重要的晶状硫。它们都是由S8环状分子组成。
                     密度               熔点       沸点           存在条件
菱形硫(S8) 2.07克/厘米3 112.8℃  444.674℃    200℃以下
单斜硫(S8)1.96克/厘米3 119.0℃  444.6℃        200℃以上
 
硫单质导热性和导电性都差。性松脆,不溶于水,易溶于二硫化碳(弹性硫只能部分溶解)。无定形硫主要有弹性硫,是由熔态硫迅速倾倒在冰水中所得。不稳定,可转变为晶状硫(正交硫),正交硫是室温下唯一稳定的硫的存在形式。

化学性质

化合价为-2、+2、+4和+6。第一电离能10.360电子伏特。化学性质比较活泼,能与氧、金属、氢气卤素(除碘外)及已知的大多数元素化合。还可以与强氧化性的酸、盐、氧化物,浓的强碱溶液反应。它存在正氧化态,也存在负氧化态,可形成离子化合物、共价化合成物和配位共价化合物。
1、氧化性
与金属单质反应:→硫化亚铜;→硫化亚铁;等金属往往将其氧化为较底价态 特性:银与硫摩擦生成硫化银;汞与硫研磨生成硫化汞,实验室水银温度计打破流出水银时,撒上硫粉可防止汞蒸气生成。
与非金属反应:2S+C→CS2;S+H2→H2S
与其他的还原剂:S+Na2SO3加热→Na2SO3S(Na2S2O3

2、还原性: S+O点燃→SO2

硫在氧气里燃烧的现象:剧烈燃烧,发出热量,发出明亮的蓝紫色火焰,生成有刺激性气味的气体。硫与氧气燃烧会生成二氧化硫。 

3、既氧化又还原:
3S+6KOH加热→2K2S+K2SO3+2H2O   (歧化反应

4、常见化学方程式

(x+3)S + 6 OH- =加热=2S(x/2+1)2- + SO32- + 3H2O    

3S2- + 2Al3+ + 6H2O ==== 2Al(OH)3↓ +3H2S↑   

S2- +2Fe3+ ==== 2Fe2+ +S↓   

S2O32-  +2H+ ==== S↓ + SO2↑ + H2O   

2H2S + SO2=(点燃)=== 3S↓+ 2H2O    

2H2S +O2==== 2S↓+2H2O(点燃,氧气不足)  

硫 - 常用数据

原子体积:(立方厘米/摩尔)   15.5 

元素在太阳中的含量:(ppm)  400   

元素在海水中的含量:(ppm)    870   

地壳中含量:(ppm)   260 

莫氏硬度:   2.0[1]

硫 - 化合物

许多有机物难闻的味道来自于它们所含有硫化氢之类的化合物。这些化合物有一股特别的臭鸡蛋味道。

硫化氢的溶液是酸性的,与金属反应形成金属的硫化物。的硫化物在大自然中很常见,被称为黄铁矿。方铅矿是硫化铅,也是第一种被发现的半导体。

聚合的氮化硫有金属特性,尽管它不含任何金属,这个复合物还显示特别的电学和光学特性。让熔化的硫速凝可以获得无晶态的硫,伦琴衍射显示其中含有由八个硫原子组成的环。这种硫在室温下不十分稳定,它渐渐恢复为晶体状态。[2]

其它重要的硫的化合物

连二亚硫酸钠:Na2S2O4,是一种强有力的还原剂 
亚硫酸:H2SO3,是二氧化硫在水中的溶液。亚硫酸和亚硫酸盐是有力的还原剂。二氧化硫的其它产物包括焦亚硫酸离子(S2O5 2- ) 
硫代硫酸物:S2O32- ,是氧化物。硫代硫酸氨有可能可以代替氰化物来洗金 
连二硫酸:H2S2O6,及其盐 
连多硫酸:H2SnO6,n可以从3一直到80 
硫酸盐:是硫酸的盐 
硫化物:是硫与其它元素的化合物 
过一硫酸是三氧化硫与浓的过氧化氢的反应物 
硫氰酸盐是硫氰离子(SCN- )的化合物[3]
硫氰:(SCN)2 
二硫化碳 

硫 - 同位素

硫有18种同位素,其中四种是稳定的:S-32(95.02%)、S-33(0.75%)、S-34(4.21%)和S-36(0.02%),除35 S外,其它放射性同位素的半衰期都很短。硫-35由宇宙射线射击空气中的-40而导致,其半衰期为87天。
硫化物沉淀时根据温度的不同S-34的含量少许不同。假如在一个矿物中硫化物和碳酸盐同时存在的话,那么根据碳-13和硫-34的含量可以推算出矿物形成时矿水的pH值和氧的逸度。
在森林生态系统中,硫酸盐主要来自空气,少量来自矿物的风化。其中硫的同位素的不同含量可用来确定它们的来历。

硫 - 主要用途

硫聚苯硫醚电容
1、大部分用于制造硫酸
2、橡胶制品工业、火柴、烟火、硫酸盐、亚硫酸盐、硫化物等产品中也需要很多硫磺。
3、部分用于制造药物、杀虫剂以及漂染剂等。
4、硫在工业中很重要,比如作为电池中或溶液中的硫酸。在橡胶工业中做硫化剂。硫还被用来杀真菌,用做化肥
5、硫化物在造纸业中用来漂白。硫酸盐在烟火中也有用途。硫代硫酸钠和硫代硫酸氨在照相中做定影剂。硫酸镁可用做润滑剂,被加在肥皂中和轻柔磨砂膏中,也可以用做肥料。[4]
6、在西方,古代人们认为硫燃烧时所形成的浓烟和强烈的气味能驱除魔鬼。在古罗马博物学家普林尼的著作中写到:硫用来清扫住屋,因为很多人认为,硫燃烧所形成的气味能够消除一切妖魔和所有邪恶的势力,大约4000年前,埃及人已经用硫燃烧所形成的二氧化硫漂白布匹。在古罗马著名诗人荷马的著作里也讲到硫燃烧有消毒和漂白作用。中西方炼金术士都很重视硫,他们把硫看作是可燃性的化身,认为它是组成一切物体的要素之一。中国炼丹家们用硫、硝石的混合物制成黑色火药。
7、不论在西方还是中国,古医药学家都把硫用于医药中,中国著名医生李时珍编著的《本草纲目》中,将到硫在医药中的运用:治腰肾久冷,除冷风顽痹寒热,生用治疥廯。硫磺的广泛应用促进了硫磺的提取和精炼,随着工业的发展,硫在制取硫酸中起着关键作用,而硫酸就是工业之母,无处不需要它。1894年出生在德国的美国工业化学家弗拉施创造用过热水的方法,将硫从地下深处直接提取出来。

硫 - 生理作用

半胱氨酸、蛋氨酸、同型半胱氨酸和牛磺酸等氨基酸和一些常见的酶含硫,因此硫是所有细胞中必不可少的一种元素。在蛋白质中,多肽之间的二硫键是蛋白质构造中的重要组成部分。有些细菌在一些类似光合作用的过程中使用硫化氢作为电子提供物(一般植物使用水来做这个作用)。植物以硫酸盐的形式吸收硫。无机的硫是铁硫蛋白的一个组成部分。在细胞色素氧化酶中,硫是一个关键的组成部分。工业和发电厂燃烧煤释放出来的大量二氧化硫在空气中与水和氧结合形成硫酸,它造成酸雨降低水和土壤的pH值,对许多地区的自然环境造成巨大破坏。[5]

硫 - 注意事项

在接触二硫化碳硫化氢二氧化硫时要非常小心。
二氧化硫可以在肺中与水结合成亚硫酸,亚硫酸可以导致肺出血和窒息。
硫化氢毒性非常高,甚至高于氰化物。虽然硫化氢的味道一开始非常强烈,但人的嗅觉很快就被它压抑了。因此受害人有可能未察觉它的存在。[6]

硫 - 硫单质及其化合物

  (一)硫单质的反应(非金属性弱于卤素、氧和氮)

  1.硫与氧气反应(只生成二氧化硫,不生成三氧化硫)

  2.硫与氢气加热反应

  3.硫与铜反应(生成+1价铜化合物,即硫化亚铜)

  4.硫与铁反应,(生成+2价铁化合物,即硫化亚铁)

  5.硫与汞常温反应,生成HgS(撒落后无法收集的汞珠应撒上硫粉,防止汞蒸气中毒)

  7.硫与强碱溶液反应生成硫化物和亚硫酸盐(试管上粘附的硫除了可用CS2洗涤以外,还可以

  用NaOH溶液来洗)3S+6NaOH=2Na2S+Na2SO3+3H2O

  (二)二氧化硫或亚硫酸的反应(弱氧化性,强还原性,酸性氧化物)

  1.氧化硫化氢

  2.被氧气氧化(工业制硫酸时用催化剂;空气中的二氧化硫在某些悬浮尘埃和阳光作用下被氧气

  氧化成三氧化硫,并溶解于雨雪中成为酸性降水。)

  3被卤素氧化SO2+Cl2+2H2O==H2SO4+2HCl

  4.与水反应

  5.与碱性氧化物反应

  6.与碱反应

  7.有漂白性(与有机色质化合成无色物质,生成的无色物质不太稳定,受热或时日一久便返色)

  (三)硫酸性质用途小结

  1.强酸性

  (1)、与碱反应

  (2)、与碱性氧化物反应(除锈;制硫酸铜等盐)

  (3)、与弱酸盐反应(制某些弱酸或酸式盐)

  (4)、与活泼金属反应(制氢气)

  2.浓硫酸的吸水性(作气体干燥剂;)

  3.浓硫酸的脱水性(使木条、纸片、蔗糖等炭化;乙醇脱水制乙烯)

  4.浓硫酸的强氧化性

  (1)、使铁、铝等金属钝化;

  (2)、与不活泼金属铜反应(加热)

  (3)、与木炭反应(加热)

  (4)、制乙烯时使反应混合液变黑

  5.高沸点(不挥发性)(制挥发性酸)

  (1)、制氯化氢气体

  (2)、制硝酸(HNO3易溶,用浓硫酸)

  实验室制二氧化碳一般不用硫酸,因另一反应物通常用块状石灰石,反应生成的硫酸钙溶解度

  小易裹在表面阻碍反应的进一步进行。

  6.有机反应中常用作催化剂

  (1)、乙醇脱水制乙烯(作催化剂兼作脱水剂,用多量浓硫酸,乙醇浓硫酸体积比1∶3)

  (2)、苯的硝化反应(硫酸作催化剂也起吸水作用,用浓硫酸)

  (3)、酯化反应(硫酸作催化剂和吸水剂,用浓硫酸)

  (4)、酯水解(硫酸作催化剂,用稀硫酸)

  (5)、糖水解(注意:检验水解产物时,要先加碱中和硫酸)

相关文献

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参考资料:
[1]^引用日期:2012-05-23
[2]^引用日期:2012-03-12
[3]^引用日期:2012-03-12
[4]^引用日期:2012-03-12
[5]^引用日期:2012-03-11
[6]^引用日期:2012-03-12
扩展阅读:
1生物化学与生物物理进展:过氧化脂质硫代巴比妥酸分光光度法的改进;1990
2洛斯阿拉莫斯国家实验室
3硫单质及其化合物的知识总结

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