گوگرد عنصری شیمیایی است که در گروه ششم و دوره سوم جدول تناوبی قرار دارد. در این مقاله به بررسی دقیق خواص شیمیایی و فیزیکی، تولید، کاربرد و … می پردازیم. ویژگی فیزیکی شامل ویژگی هایی مانند رنگ، سطح رسانایی الکتریکی، نقطه جوش گوگرد و غیره است.
گوگرد از نظر فیزیک
این یک ماده شکننده است. در شرایط عادی، در حالت جامد از تجمع است. گوگرد دارای رنگ زرد لیمویی است.
و در بیشتر موارد، همه ترکیبات آن دارای ته رنگ زرد هستند. در آب حل نمی شود. رسانایی حرارتی و الکتریکی پایینی دارد. این ویژگی ها آن را به عنوان یک غیر فلز معمولی مشخص می کند. علیرغم اینکه ترکیب شیمیایی گوگرد اصلا پیچیده نیست، این ماده می تواند تغییرات مختلفی داشته باشد. همه چیز به ساختار شبکه کریستالی بستگی دارد که با کمک آن اتم ها به هم متصل می شوند، اما مولکول تشکیل نمی دهند.
بنابراین، اولین گزینه گوگرد لوزی است. او به طور اتفاقی استپایدارترین نقطه جوش این نوع گوگرد چهارصد و چهل و پنج درجه سانتیگراد است. اما برای اینکه یک ماده معین به حالت گازی از تجمع درآید، ابتدا باید از حالت مایع عبور کند. بنابراین، ذوب گوگرد در دمای صد و سیزده درجه سانتیگراد رخ می دهد.
گزینه دوم سولفور مونوکلینیک است. این کریستال های سوزنی شکل با رنگ زرد تیره است. ذوب گوگرد نوع اول و سپس سرد شدن آهسته آن منجر به تشکیل این نوع می شود. این واریته تقریباً خصوصیات فیزیکی یکسانی دارد. مثلاً نقطه جوش گوگرد از این نوع همچنان همان چهارصد و چهل و پنج درجه است. علاوه بر این، انواع مختلفی از این ماده مانند پلاستیک وجود دارد. آن را با ریختن در آب سرد گرم شده تقریباً به صورت لوزی به دست می آورند. نقطه جوش گوگرد این نوع نیز یکسان است. اما این ماده توانایی کشش مانند لاستیک را دارد.
یکی دیگر از ویژگی های فیزیکی که می خواهم در مورد آن صحبت کنم دمای اشتعال گوگرد است.
این رقم ممکن است بسته به نوع ماده و منشأ آن متفاوت باشد. برای مثال دمای اشتعال گوگرد فنی صد و نود درجه است. این رقم نسبتاً پایینی است. در موارد دیگر نقطه اشتعال گوگرد می تواند دویست و چهل و هشت درجه و حتی دویست و پنجاه و شش باشد. همه چیز بستگی به این دارد که از چه ماده ای استخراج شده است، چه چگالی دارد. اما می توان نتیجه گرفتکه دمای احتراق گوگرد بسیار پایین است، در مقایسه با سایر عناصر شیمیایی، یک ماده قابل اشتعال است. علاوه بر این، گاهی اوقات گوگرد می تواند به مولکول هایی متشکل از هشت، شش، چهار یا دو اتم ترکیب شود. حال با در نظر گرفتن گوگرد از دیدگاه فیزیک، به بخش بعدی می رویم.
مشخصات شیمیایی گوگرد
این عنصر دارای جرم اتمی نسبتاً کم است، سی و دو گرم در هر مول است. ویژگی عنصر گوگرد شامل ویژگی این ماده مانند توانایی درجات مختلف اکسیداسیون است. در این مورد با مثلاً هیدروژن یا اکسیژن تفاوت دارد. با توجه به این سوال که عنصر گوگرد چه ویژگی شیمیایی دارد، نمی توان نادیده گرفت که بسته به شرایط، هم خاصیت کاهنده و هم اکسید کننده از خود نشان می دهد. بنابراین، به ترتیب، برهمکنش یک ماده معین با ترکیبات شیمیایی مختلف را در نظر بگیرید.
گوگرد و مواد ساده
ساده موادی هستند که فقط یک عنصر شیمیایی در ترکیب خود دارند. اتم های آن ممکن است به مولکول ها ترکیب شوند، مثلاً در مورد اکسیژن، یا ممکن است مانند فلزات ترکیب نشوند. بنابراین، گوگرد می تواند با فلزات، سایر غیر فلزات و هالوژن ها واکنش نشان دهد.
برهم کنش با فلزات
این نوع فرآیند به دمای بالا نیاز دارد. در این شرایط، یک واکنش اضافه رخ می دهد. یعنی اتم‌های فلز با اتم‌های گوگرد ترکیب می‌شوند و در نتیجه مواد پیچیده سولفید را تشکیل می‌دهند. به عنوان مثال، اگر گرم کنیددو مول پتاسیم که با یک مول گوگرد مخلوط می شود، یک مول از سولفید این فلز به دست می آید. معادله را می توان به صورت زیر نوشت: 2K + S=K2S.
واکنش با اکسیژن
این سوزاندن گوگرد است. در نتیجه این فرآیند، اکسید آن تشکیل می شود. دومی می تواند دو نوع باشد. بنابراین، احتراق گوگرد می تواند در دو مرحله رخ دهد. اولین مورد زمانی است که یک مول گوگرد و یک مول اکسیژن یک مول دی اکسید گوگرد تشکیل می دهند. می توانید معادله این واکنش شیمیایی را به صورت زیر بنویسید: S + O2=SO2. مرحله دوم افزودن یک اتم اکسیژن بیشتر به دی اکسید است. این زمانی اتفاق می افتد که یک مول اکسیژن به دو مول دی اکسید گوگرد در دمای بالا اضافه شود. نتیجه دو مول تری اکسید گوگرد است. معادله این برهمکنش شیمیایی به این صورت است: 2SO2 + O2=2SO3. در نتیجه این واکنش اسید سولفوریک تشکیل می شود. بنابراین، با انجام دو فرآیند توضیح داده شده، می توان تری اکسید حاصل را از یک جت بخار آب عبور داد. و اسید سولفات می گیریم. معادله چنین واکنشی به صورت زیر نوشته شده است: SO3 + H2O=H2 SO 4.
برهم کنش با هالوژن
خواص شیمیایی گوگرد مانند سایر غیرفلزها به آن اجازه می دهد با این گروه از مواد واکنش دهد. این شامل ترکیباتی مانند فلوئور، برم، کلر، ید است. گوگرد با هر یک از آنها واکنش نشان می دهد، به جز مورد آخر. به عنوان مثال فرآیند فلوئوراسیون در نظر گرفته شده استما عنصری از جدول تناوبی هستیم. با حرارت دادن نافلز مذکور با هالوژن می توان دو تغییر فلوراید بدست آورد. حالت اول: اگر یک مول گوگرد و سه مول فلوئور بگیریم یک مول فلوراید بدست می آید که فرمول آن SF6 است. معادله به این صورت است: S + 3F2=SF6. علاوه بر این، گزینه دوم وجود دارد: اگر یک مول گوگرد و دو مول فلوئور بگیریم، یک مول فلوراید با فرمول شیمیایی SF4 بدست می آوریم. معادله به صورت زیر نوشته شده است: S + 2F2=SF4. همانطور که می بینید، همه چیز بستگی به نسبت هایی دارد که در آن اجزاء مخلوط می شوند. دقیقاً به همین ترتیب، می توان فرآیند کلرزنی گوگرد (دو ماده مختلف نیز می تواند تشکیل شود) یا برم شدن را انجام داد.
تعامل با سایر مواد ساده
مشخصات عنصر گوگرد به همین جا ختم نمی شود. این ماده همچنین می تواند وارد یک واکنش شیمیایی با هیدروژن، فسفر و کربن شود. در اثر برهمکنش با هیدروژن، اسید سولفید تشکیل می شود. در نتیجه واکنش آن با فلزات می توان سولفیدهای آنها را به دست آورد که به نوبه خود از واکنش مستقیم گوگرد با همان فلز نیز به دست می آید. افزودن اتم های هیدروژن به اتم های گوگرد تنها در شرایط دمای بسیار بالا اتفاق می افتد. هنگامی که گوگرد با فسفر واکنش می دهد، فسفید آن تشکیل می شود. فرمول زیر را دارد: P2S3. برای به دست آوردن یک مول از این ماده، باید دو مول فسفر مصرف کنید و سه مول گوگرد هنگامی که گوگرد با کربن برهمکنش می کند، کاربید غیرفلز در نظر گرفته شده تشکیل می شود.فرمول شیمیایی آن به این صورت است: CS2. برای به دست آوردن یک مول از این ماده، باید یک مول کربن و دو مول گوگرد مصرف کنید. تمام واکنش های افزودنی که در بالا توضیح داده شد تنها زمانی رخ می دهند که واکنش دهنده ها تا دمای بالا گرم شوند. ما تعامل گوگرد با مواد ساده را در نظر گرفتیم، اکنون به پاراگراف بعدی می رویم.
گوگرد و ترکیبات پیچیده
کمپلکس آن دسته از موادی هستند که مولکولهای آنها از دو (یا چند) عنصر متفاوت تشکیل شده است. خواص شیمیایی گوگرد به آن اجازه می دهد تا با ترکیباتی مانند قلیاها و همچنین اسید سولفات غلیظ واکنش دهد. واکنش های آن با این مواد نسبتاً عجیب و غریب است. ابتدا در نظر بگیرید که وقتی غیرفلز مورد نظر با قلیایی مخلوط می شود چه اتفاقی می افتد. به عنوان مثال، اگر شش مول هیدروکسید پتاسیم بگیرید و سه مول گوگرد به آن اضافه کنید، دو مول سولفید پتاسیم، یک مول از این سولفیت فلز و سه مول آب به دست می آورید. این نوع واکنش را می توان با معادله زیر بیان کرد: 6KOH + 3S=2K2S + K2SO3 + 3H2 O. با همان اصل، اگر هیدروکسید سدیم اضافه شود، برهمکنش رخ می دهد. در مرحله بعد، رفتار گوگرد را هنگامی که محلول غلیظی از اسید سولفات به آن اضافه می شود، در نظر بگیرید. اگر یک مول از ماده اول و دو مول از ماده دوم را بگیریم، محصولات زیر را به دست می آوریم: تری اکسید گوگرد به مقدار سه مول، و همچنین آب - دو مول. این واکنش شیمیایی تنها زمانی می تواند انجام شود که واکنش دهنده ها تا دمای بالا گرم شوند.
دریافت مورد مورد نظرغیر فلزی
چندین راه اساسی وجود دارد که می توانید گوگرد را از مواد مختلف استخراج کنید. اولین روش جداسازی آن از پیریت است. فرمول شیمیایی دومی FeS2 است. هنگامی که این ماده تا دمای بالا بدون دسترسی به اکسیژن گرم می شود، می توان سولفید آهن دیگری - FeS - و گوگرد به دست آورد. معادله واکنش به صورت زیر نوشته شده است: FeS2=FeS + S. روش دوم بدست آوردن گوگرد که اغلب در صنعت استفاده می شود، احتراق سولفید گوگرد در شرایط یک مقدار کمی اکسیژن در این صورت می توانید غیر فلزی و آب در نظر گرفته شده را دریافت کنید. برای انجام واکنش، باید اجزا را با نسبت مولی دو به یک بگیرید. در نتیجه محصولات نهایی را به نسبت دو به دو به دست می آوریم. معادله این واکنش شیمیایی را می توان به صورت زیر نوشت: O. علاوه بر این، گوگرد را می توان در طی فرآیندهای متالورژیکی مختلف، به عنوان مثال، در تولید فلزاتی مانند نیکل، مس و غیره به دست آورد.
کاربرد صنعتی
غیرفلزی مورد نظر ما وسیع ترین کاربرد خود را در صنایع شیمیایی پیدا کرده است. همانطور که در بالا ذکر شد، در اینجا برای به دست آوردن اسید سولفات از آن استفاده می شود. علاوه بر این، گوگرد به دلیل اینکه ماده ای قابل اشتعال است، به عنوان جزئی برای ساخت کبریت استفاده می شود. همچنین در تولید مواد منفجره، باروت، جرقه و غیره ضروری است و همچنین گوگرد به عنوان یکی از مواد تشکیل دهنده در محصولات کنترل آفات استفاده می شود. ATپزشکی، به عنوان یک جزء در ساخت داروهای بیماری های پوستی استفاده می شود. همچنین از ماده مورد بحث در تولید رنگ های مختلف استفاده می شود. علاوه بر این، از آن در ساخت فسفر استفاده می شود.
ساختار الکترونیکی گوگرد
همانطور که می دانید، همه اتم ها از یک هسته تشکیل شده اند که حاوی پروتون - ذرات باردار مثبت - و نوترون ها، یعنی ذرات با بار صفر است. الکترون ها با بار منفی به دور هسته می چرخند. برای اینکه یک اتم خنثی باشد، باید همان تعداد پروتون و الکترون در ساختار خود داشته باشد. اگر مورد دوم بیشتر باشد، این یک یون منفی است - یک آنیون. اگر برعکس، تعداد پروتون‌ها از تعداد الکترون‌ها بیشتر باشد، این یک یون مثبت یا کاتیون است. آنیون گوگرد می تواند به عنوان یک باقی مانده اسید عمل کند. بخشی از مولکول های موادی مانند اسید سولفید (سولفید هیدروژن) و سولفیدهای فلزی است. یک آنیون در حین تفکیک الکترولیتی تشکیل می شود که زمانی اتفاق می افتد که یک ماده در آب حل شود. در این مورد، مولکول به یک کاتیون تجزیه می شود که می تواند به عنوان یک فلز یا یون هیدروژن، و همچنین یک کاتیون - یونی از یک باقیمانده اسید یا یک گروه هیدروکسیل (OH-) نشان داده شود.
از آنجایی که عدد ترتیبی گوگرد در جدول تناوبی شانزده است، می‌توان نتیجه گرفت که این تعداد پروتون‌های هسته آن است. بر این اساس می توان گفت که شانزده الکترون نیز به دور خود می چرخند. تعداد نوترون ها را می توان با کم کردن شماره سریال عنصر شیمیایی از جرم مولی پیدا کرد: 32- 16=16. هر الکترون به طور تصادفی نمی چرخد، بلکه در مدار خاصی می چرخد. از آنجایی که گوگرد یک عنصر شیمیایی است که متعلق به دوره سوم جدول تناوبی است، سه مدار به دور هسته وجود دارد. اولی دو الکترون، دومی هشت و سومی شش الکترون دارد. فرمول الکترونیکی اتم گوگرد به صورت زیر نوشته شده است: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
شیوع در طبیعت
اساساً عنصر شیمیایی در نظر گرفته شده در ترکیب کانی ها یافت می شود که سولفیدهای فلزات مختلف هستند. اول از همه، این پیریت - نمک آهن است. همچنین سرب، نقره، درخشش مس، مخلوط روی، سینابار - سولفید جیوه است. علاوه بر این، گوگرد همچنین می تواند بخشی از مواد معدنی باشد که ساختار آن توسط سه یا چند عنصر شیمیایی نشان داده شده است.
به عنوان مثال، کالکوپیریت، میرابیلیت، کیزریت، گچ. می توانید هر یک از آنها را با جزئیات بیشتری در نظر بگیرید. پیریت یک سولفید فرو یا FeS2 است. دارای رنگ زرد روشن با براق طلایی است. این ماده معدنی اغلب به عنوان ناخالصی در لاجورد یافت می شود که به طور گسترده ای برای ساخت جواهرات استفاده می شود. این به دلیل این واقعیت است که این دو کانی اغلب دارای یک ذخیره مشترک هستند. درخشش مس - کالکوسیت یا کالکوزین - یک ماده خاکستری مایل به آبی است که شبیه فلز است. درخشش سرب (گالن) و درخشش نقره ای (آرژانتیت) خواص مشابهی دارند: هر دو شبیه فلز هستند و رنگ خاکستری دارند. سینابار یک ماده معدنی کدر مایل به قرمز مایل به قهوه ای با لکه های خاکستری است. کالکوپیریت، شیمیاییکه فرمول آن CuFeS2 است، - زرد طلایی، به آن مخلوط طلایی نیز می گویند. مخلوط روی (اسفالریت) می تواند رنگی از کهربایی تا نارنجی آتشین داشته باشد. Mirabilite - Na2SO4x10H2O - بلورهای شفاف یا سفید. به آن نمک گلوبر نیز می گویند که در پزشکی استفاده می شود. فرمول شیمیایی کیزریت MgSO4xH2O است. به صورت پودر سفید یا بی رنگ ظاهر می شود. فرمول شیمیایی گچ CaSO4x2H2O است. علاوه بر این، این عنصر شیمیایی بخشی از سلول های موجودات زنده است و یک عنصر کمیاب مهم است.
