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[拼音]:liu

[外文]:sulfur

一种化学元素,化学符号 S,原子序数16,原子量32.066,属周期系ⅥA族。俗称硫黄。

发现

在史前时期,硫就为人们知晓和使用,是古代炼丹家常用的元素之一。公元 2世纪初我国魏伯阳所著的《周易参同契》里很生动地描写了硫容易与汞化合的特性。18世纪法国化学家A.-L.拉瓦锡确定了硫的不可分割性,认为它是一种化学元素。硫的拉丁文名称sulfur传说来自印度的梵文sulvere,含义是鲜黄颜色。中文名称硫由公元前6世纪所用名称“石流黄”演变而来。

存在

硫在地壳中的含量为0.048%。单质硫主要存在于火山附近。最重要的硫化物矿是黄铁矿(FeS2,见彩图),其次是黄铜矿(CuFeS2)、方铅矿(PbS)和闪锌矿(ZnS)。硫酸盐矿以石膏(CaSO4·2H2O)和芒硝(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。

物理性质

硫为黄颜色晶状固体(见彩图);熔点112.8℃(Sα)和119℃(Sβ),沸点444.674℃,密度2.07克/厘米3(20℃)(Sα)和1.96克/厘米3(Sβ)。由于固体硫存在着分子内异构(由硫原子的键合所形成的不同分子)和分子间异构(由晶体中分子的不同排布形成),固体硫具有多种晶型,有文献记载的多达30余种,其中八元环硫(S8)、 六元环硫(S6)、 七元环硫(S7)、十元环硫(S10)、十二元环硫(S12)和多聚链状硫(Sx)等均已为实验所确证。最重要的硫的变体是正交硫(Sα)和单斜硫(Sβ),其转变点是95.5℃:

正交硫是室温下唯一稳定的硫的存在形式,所有其他形式的硫在放置时都转变成正交硫。正交硫和单斜硫的分子式均为S8。正交硫的结构为八角冠状皱环,S—S的键长为 2.037埃,键角为 107°48′,两个面之间的夹角为99°16′(图1)。

单斜硫的结构在不久前才被确认,除了存在紊乱的位置外,它类似于正交硫。

硫在熔化时环状分子破裂并发生聚合作用,形成很长的硫链,温度高于190℃时,长链分子又断裂成短链分子。温度升高到444.674℃时,硫开始沸腾,蒸气中 S8、S6、S4、S2等不同分子处于平衡状态。在正常沸点下,硫蒸气大部分是S8,750℃时大部分是S2,2000℃以上,硫分子大部分分解为硫原子。把熔化的硫迅速冷却(如倒在冷水中)可以得到弹性硫,它由硫原子的长而折皱的链组成。放置时弹性硫会逐渐转变成晶状硫。

化学性质

硫的电子构型为 (Ne)3s23p4,硫容易得到或与其他元素共用两个电子,形成氧化态为 -2、+6、+4、+2、+1的化合物。-2价的硫具有较强的还原性;硫的较高氧化态为+6,其化学键表现出共价特性,+6价硫只有氧化性;+4价的硫既有氧化性,也有还原性。硫是一个很活泼的元素,在适宜的条件下能与除惰性气体、碘、分子氮以外的元素直接反应。

制法

(1) 弗拉施法,用过热水蒸气加热含硫的矿石,使硫熔化,再利用热空气(20~25大气压)将液态硫压到地表(图2)。

硫的纯度可达99.5%。

(2)改良的克劳斯法,将硫化氢催化氧化也是制备单质硫的重要途径:

原料来源于天然气和各种工业气体中所含的硫化氢;催化剂是多孔的氧化铝、三氧化二铁或活性炭。随着天然气和石油生产的发展,由硫化氢生产单质硫的方法将更为突出。1967年世界硫产量的三分之一来源于硫化氢。

(3)以冶炼硫化物矿时所产生的二氧化硫为原料,也可制得单质硫:

SO2+2H2S─→3S+2H2O

SO2+C─→S+CO2

将粗硫蒸馏,可以得到更纯净的硫,硫蒸气冷却后形成细微结晶的粉状硫,叫做硫华。

应用

世界上每年消耗大量的硫,其中一部分用于制造硫酸,另一部分用于橡胶制品、纸张、火柴、焰火、硫酸盐、亚硫酸盐、硫化物等的生产,还有一部分硫用于农业(消灭害虫)和漂染、医药工业。

参考书目

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

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