硫及其同素异形体

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简介

硫自然存在于火山附近，在美国得克萨斯州和路易斯安那州有大量的储藏。硫用于制造电池、洗涤剂和杀菌剂，以及肥料、火药、火柴和烟花的生产。在化学和制药工业中，该化合物用于制造更坚固、更耐腐蚀的混凝土材料。

什么是硫？

自然界中的硫以硫化物的形式存在，并有多种重要的矿石，如黄铜矿、辉铜矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿和辉钼矿。由硫形成的硫化物矿物包括黄铁矿和白铁矿（硫化铁），以及辉锑矿（硫化锑）。

图 1 - 硫的同素异形体

硫的其他主要矿物包括方铅矿（硫化铅）、辰砂（硫化汞）和闪锌矿（硫化锌）。硫酸 $\mathrm{(H_{2}SO_{4})}$ 是硫的主要衍生物，用于制造耐腐蚀的混凝土。

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硫的性质

在评估大多数非金属和金属与硫发生高度反应的现象后，可以确定硫与其他化合物的反应。当硫在高温下与氢反应时，会产生硫化氢。硫在空气中燃烧速度很快，发出明亮的蓝色火焰，通常会产生二氧化硫和少量三氧化硫。硫的化学和物理性质如下所示。

硫的性质
电负性	2.5
根据鲍林
原子质量	32.06 g.mol-1
原子序数	16
沸点	445°C
密度	2.07 g.cm-3 (20°C)
熔点	113°C
范德华半径	0.127 nm
离子半径	0.184 (-2) nm; 0.029 (+6)
同位素	5
标准电势	- 0.51 V
电子层	$\mathrm{[Ne]3S^{2}3p^{4}}$
电离能	第一电离能：999.3 kJ.mol-1；第二电离能：2252 kJ.mol-1；第三电离能：3357 kJ.mol-1。
反应	硫与大多数非金属和金属反应，例如与氢反应生成硫化氢。 硫蒸气通常与热焦炭反应形成液体，即二硫化碳。

表 1：硫的性质

硫的同素异形体

硫广泛用于磷酸的形成，这有助于有机肥料的生产。硫是一种天然形成的化合物，通常在火山附近形成，并形成几种同素异形体，如下所述。

斜方硫（α-硫）

斜方硫呈黄色晶体状，具有八面体形状。将滚硫的溶液在 CS2 中加热以获得斜方硫。这种黄色化合物熔点为 385.8K，比重为 2.06。这种硫的同素异形体在水中的溶解度较低，但易溶于苯、乙醚、酒精等。

图 2 - 斜方硫（α-硫）

单斜硫（β-硫）

单斜硫可以通过熔化黄色斜方硫（α-硫）并冷却来获得。在硬壳中，钻两个孔，并将液体倒入其中，以在去除后获得β-硫的透明针状晶体。

硫的应用

下面列出了一些常见的硫用途或应用。

• 硫被广泛用于硫化黑色橡胶，作为有效的杀菌剂，以及在黑色火药的形成中。

• 该化合物也可用于制备硫酸，这是西方文明制备的非常重要的化学物质。

• 硫广泛用于磷酸的形成，这有助于有机肥料的生产。

• 该化合物也可用于制造多种材料，包括杀虫剂、除草剂和银器抛光剂。

• 硫的产物硫酸 $\mathrm{H_{2}SO_{4}}$ 是主要成分，被广泛用作工业原料和硫的衍生物。

• 硫被用于电池、洗涤剂、杀菌剂、肥料生产、杀虫剂、火药、火柴和烟花的生产。

• 该化合物在制备多种耐腐蚀混凝土方面非常有效，这些混凝土具有更高的强度和抗冻性。这些混凝土包括溶剂、药物和石油化工产品。

硫的影响

硫被称为一种多价、丰富、无味且无臭的非金属，呈黄色晶体固体状。过度接触硫对全球范围内人类的健康有一些严重的影响，如下所述。

• 血液循环异常

• 繁殖能力丧失

• 心脏和肺部严重受损

• 神经系统影响和行为改变

• 听力和视力缺陷

• 免疫系统受损

• 肠易激综合征和其他胃肠道问题

• 降低肝脏和肾脏功能

• 对皮肤和激素代谢的影响

结论

硫可用于制备二硫化碳，二硫化碳通常包含在皮肤软膏和皮肤保湿剂中。硫在工业中具有很高的实用价值，并在生态系统中发挥着至关重要的作用，因为它有助于植物的生长发育。硫的两种主要同素异形体是黄色斜方硫（α-硫）和单斜硫（β-硫）。

常见问题

1. 硫的主要特征是什么？

硫最关键的特征是其热稳定性，并且其同素异形体被确定为可相互转化的。在这种情况下，黄色斜方硫（α-硫）在 369K 或更高温度下会生成单斜硫。

2. 硫的化学性质是什么？

大多数非金属和金属与硫发生高度反应。当硫在高温下与氢反应时，会产生硫化氢。硫在空气中燃烧速度很快，发出明亮的蓝色火焰，通常会产生二氧化硫和少量三氧化硫。

3. 硫的主要类型有哪些？

硫被称为一种多价、丰富、无味且无臭的非金属，自然存在于火山附近。硫的主要同素异形体或类型包括斜方硫（α-硫）、单斜硫（β-硫）、胶体硫和硫乳。