硫及其同素異形體

---

簡介

硫自然存在於火山附近，在美國得克薩斯州和路易斯安那州有大量的儲藏。硫用於製造電池、洗滌劑和殺菌劑，以及肥料、火藥、火柴和煙花的生產。在化學和製藥工業中，該化合物用於製造更堅固、更耐腐蝕的混凝土材料。

什麼是硫？

自然界中的硫以硫化物的形式存在，並有多種重要的礦石，如黃銅礦、輝銅礦、磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦和輝鉬礦。由硫形成的硫化物礦物包括黃鐵礦和白鐵礦（硫化鐵），以及輝銻礦（硫化銻）。

圖 1 - 硫的同素異形體

硫的其他主要礦物包括方鉛礦（硫化鉛）、辰砂（硫化汞）和閃鋅礦（硫化鋅）。硫酸 $\mathrm{(H_{2}SO_{4})}$ 是硫的主要衍生物，用於製造耐腐蝕的混凝土。

硫的性質

在評估大多數非金屬和金屬與硫發生高度反應的現象後，可以確定硫與其他化合物的反應。當硫在高溫下與氫反應時，會產生硫化氫。硫在空氣中燃燒速度很快，發出明亮的藍色火焰，通常會產生二氧化硫和少量三氧化硫。硫的化學和物理性質如下所示。

硫的性質
電負性	2.5
根據鮑林
原子質量	32.06 g.mol-1
原子序數	16
沸點	445°C
密度	2.07 g.cm-3 (20°C)
熔點	113°C
範德華半徑	0.127 nm
離子半徑	0.184 (-2) nm; 0.029 (+6)
同位素	5
標準電勢	- 0.51 V
電子層	$\mathrm{[Ne]3S^{2}3p^{4}}$
電離能	第一電離能：999.3 kJ.mol-1；第二電離能：2252 kJ.mol-1；第三電離能：3357 kJ.mol-1。
反應	硫與大多數非金屬和金屬反應，例如與氫反應生成硫化氫。 硫蒸氣通常與熱焦炭反應形成液體，即二硫化碳。

表 1：硫的性質

硫的同素異形體

硫廣泛用於磷酸的形成，這有助於有機肥料的生產。硫是一種天然形成的化合物，通常在火山附近形成，並形成幾種同素異形體，如下所述。

斜方硫（α-硫）

斜方硫呈黃色晶體狀，具有八面體形狀。將滾硫的溶液在 CS2 中加熱以獲得斜方硫。這種黃色化合物熔點為 385.8K，比重為 2.06。這種硫的同素異形體在水中的溶解度較低，但易溶於苯、乙醚、酒精等。

圖 2 - 斜方硫（α-硫）

單斜硫（β-硫）

單斜硫可以透過熔化黃色斜方硫（α-硫）並冷卻來獲得。在硬殼中，鑽兩個孔，並將液體倒入其中，以在去除後獲得β-硫的透明針狀晶體。

硫的應用

下面列出了一些常見的硫用途或應用。

• 硫被廣泛用於硫化黑色橡膠，作為有效的殺菌劑，以及在黑色火藥的形成中。

• 該化合物也可用於製備硫酸，這是西方文明製備的非常重要的化學物質。

• 硫廣泛用於磷酸的形成，這有助於有機肥料的生產。

• 該化合物也可用於製造多種材料，包括殺蟲劑、除草劑和銀器拋光劑。

• 硫的產物硫酸 $\mathrm{H_{2}SO_{4}}$ 是主要成分，被廣泛用作工業原料和硫的衍生物。

• 硫被用於電池、洗滌劑、殺菌劑、肥料生產、殺蟲劑、火藥、火柴和煙花的生產。

• 該化合物在製備多種耐腐蝕混凝土方面非常有效，這些混凝土具有更高的強度和抗凍性。這些混凝土包括溶劑、藥物和石油化工產品。

硫的影響

硫被稱為一種多價、豐富、無味且無臭的非金屬，呈黃色晶體固體狀。過度接觸硫對全球範圍內人類的健康有一些嚴重的影響，如下所述。

• 血液迴圈異常

• 繁殖能力喪失

• 心臟和肺部嚴重受損

• 神經系統影響和行為改變

• 聽力和視力缺陷

• 免疫系統受損

• 腸易激綜合徵和其他胃腸道問題

• 降低肝臟和腎臟功能

• 對皮膚和激素代謝的影響

結論

硫可用於製備二硫化碳，二硫化碳通常包含在皮膚軟膏和皮膚保溼劑中。硫在工業中具有很高的實用價值，並在生態系統中發揮著至關重要的作用，因為它有助於植物的生長發育。硫的兩種主要同素異形體是黃色斜方硫（α-硫）和單斜硫（β-硫）。

常見問題

1. 硫的主要特徵是什麼？

硫最關鍵的特徵是其熱穩定性，並且其同素異形體被確定為可相互轉化的。在這種情況下，黃色斜方硫（α-硫）在 369K 或更高溫度下會生成單斜硫。

2. 硫的化學性質是什麼？

大多數非金屬和金屬與硫發生高度反應。當硫在高溫下與氫反應時，會產生硫化氫。硫在空氣中燃燒速度很快，發出明亮的藍色火焰，通常會產生二氧化硫和少量三氧化硫。

3. 硫的主要型別有哪些？

硫被稱為一種多價、豐富、無味且無臭的非金屬，自然存在於火山附近。硫的主要同素異形體或型別包括斜方硫（α-硫）、單斜硫（β-硫）、膠體硫和硫乳。