กำมะถันเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่อยู่ในกลุ่มที่หกและช่วงที่สามของตารางธาตุ ในบทความนี้ เราจะมาดูรายละเอียดเกี่ยวกับคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพ การผลิต การใช้ และอื่นๆ ลักษณะทางกายภาพรวมถึงคุณลักษณะต่างๆ เช่น สี ระดับการนำไฟฟ้า จุดเดือดของกำมะถัน ฯลฯ สารเคมีอธิบายถึงปฏิกิริยาของมันกับสารอื่นๆ
กำมะถันในแง่ของฟิสิกส์
นี่คือสารที่เปราะบาง ภายใต้สภาวะปกติจะอยู่ในสถานะการรวมตัวที่มั่นคง กำมะถันมีสีเหลืองมะนาว
และส่วนใหญ่สารประกอบทั้งหมดจะมีสีเหลืองอ่อน ไม่ละลายในน้ำ มีการนำความร้อนและไฟฟ้าต่ำ คุณสมบัติเหล่านี้มีลักษณะเป็นโลหะที่ไม่ใช่โลหะทั่วไป แม้ว่าองค์ประกอบทางเคมีของกำมะถันจะไม่ซับซ้อน แต่สารนี้สามารถมีได้หลายรูปแบบ ทุกอย่างขึ้นอยู่กับโครงสร้างของผลึกขัดแตะด้วยความช่วยเหลือของอะตอมที่เชื่อมต่อกัน แต่พวกมันไม่ก่อตัวเป็นโมเลกุล
ดังนั้น ตัวเลือกแรกคือขนมเปียกปูนกำมะถัน เธอเป็นมีเสถียรภาพมากที่สุด จุดเดือดของกำมะถันชนิดนี้คือสี่ร้อยสี่สิบห้าองศาเซลเซียส แต่เพื่อให้สารที่กำหนดผ่านเข้าสู่สถานะการรวมตัวของก๊าซ จะต้องผ่านสถานะของเหลวก่อน ดังนั้นการละลายของกำมะถันจึงเกิดขึ้นที่อุณหภูมิหนึ่งร้อยสิบสามองศาเซลเซียส
ตัวเลือกที่สองคือโมโนคลินิกซัลเฟอร์ เป็นผลึกรูปเข็มที่มีสีเหลืองเข้ม การละลายของกำมะถันชนิดแรกแล้วการระบายความร้อนช้าจะนำไปสู่การก่อตัวของประเภทนี้ ความหลากหลายนี้มีลักษณะทางกายภาพเกือบเหมือนกัน ตัวอย่างเช่น จุดเดือดของกำมะถันประเภทนี้ยังคงเป็นสี่ร้อยสี่สิบห้าองศาเท่าเดิม นอกจากนี้ยังมีสารหลายชนิดเช่นพลาสติก ได้จากการเทลงในน้ำเย็นจัดจนเกือบเดือดเป็นขนมเปียกปูน จุดเดือดของกำมะถันชนิดนี้จะเท่ากัน แต่สารมีความสามารถในการยืดตัวเหมือนยาง
อีกองค์ประกอบหนึ่งของลักษณะทางกายภาพที่ผมอยากพูดถึงคืออุณหภูมิจุดติดไฟของกำมะถัน
ตัวเลขนี้อาจแตกต่างกันไปตามประเภทของวัสดุและที่มา ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิจุดติดไฟของกำมะถันทางเทคนิคคือหนึ่งร้อยเก้าสิบองศา นี่เป็นตัวเลขที่ค่อนข้างต่ำ ในกรณีอื่นๆ จุดวาบไฟของกำมะถันสามารถเป็นสองร้อยสี่สิบแปดองศาและแม้กระทั่งสองร้อยห้าสิบหก ทั้งหมดขึ้นอยู่กับว่าขุดมาจากวัสดุใด มีความหนาแน่นเท่าใด แต่ก็สรุปได้ว่าอุณหภูมิการเผาไหม้ของกำมะถันค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับองค์ประกอบทางเคมีอื่น ๆ มันคือสารไวไฟ นอกจากนี้ บางครั้งกำมะถันสามารถรวมกันเป็นโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมแปด หก สี่หรือสองอะตอม เมื่อพิจารณากำมะถันจากมุมมองของฟิสิกส์แล้ว มาต่อในหัวข้อถัดไปกันดีกว่า
ลักษณะทางเคมีของกำมะถัน
ธาตุนี้มีมวลอะตอมค่อนข้างต่ำ คือ 32 กรัมต่อโมล คุณสมบัติของธาตุกำมะถันรวมถึงคุณสมบัติของสารนี้เนื่องจากความสามารถในการมีระดับการเกิดออกซิเดชันที่แตกต่างกัน ซึ่งแตกต่างจากไฮโดรเจนหรือออกซิเจน เมื่อพิจารณาจากคำถามว่าองค์ประกอบทางเคมีของธาตุกำมะถันคืออะไร เป็นไปไม่ได้ที่จะไม่พูดถึงว่าจะแสดงทั้งคุณสมบัติการลดและการออกซิไดซ์ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาวะ ดังนั้น ให้พิจารณาปฏิกิริยาของสารที่กำหนดกับสารประกอบทางเคมีต่างๆ
กำมะถันและสารธรรมดา
ง่ายคือสารที่มีองค์ประกอบทางเคมีเพียงตัวเดียวในองค์ประกอบ อะตอมของมันอาจรวมกันเป็นโมเลกุล เช่น ในกรณีของออกซิเจน หรืออาจรวมกันไม่ได้ เช่นเดียวกับโลหะ ดังนั้นกำมะถันสามารถทำปฏิกิริยากับโลหะ อโลหะอื่นๆ และฮาโลเจนได้
ปฏิกิริยากับโลหะ
กระบวนการแบบนี้ต้องใช้อุณหภูมิสูง ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้จะเกิดปฏิกิริยาเพิ่มเติม กล่าวคือ อะตอมของโลหะรวมกับอะตอมของกำมะถัน ทำให้เกิดสารที่ซับซ้อนซัลไฟด์ ตัวอย่างเช่น หากคุณร้อนโพแทสเซียมสองโมล ผสมกับกำมะถันหนึ่งโมล เราได้หนึ่งโมลของซัลไฟด์ของโลหะนี้ สมการสามารถเขียนได้ดังนี้: 2K + S=K2S.
ปฏิกิริยากับออกซิเจน
นี่คือการเผาไหม้กำมะถัน ผลของกระบวนการนี้ทำให้เกิดออกไซด์ขึ้น หลังสามารถเป็นสองประเภท ดังนั้นการเผาไหม้ของกำมะถันสามารถเกิดขึ้นได้ในสองขั้นตอน ประการแรกคือเมื่อกำมะถันหนึ่งโมลและออกซิเจนหนึ่งโมลสร้างซัลเฟอร์ไดออกไซด์หนึ่งโมล คุณสามารถเขียนสมการของปฏิกิริยาเคมีได้ดังนี้: S + O2=SO2 ขั้นตอนที่สองคือการเติมออกซิเจนอีกหนึ่งอะตอมให้กับไดออกไซด์ สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อเติมออกซิเจนหนึ่งโมลลงในซัลเฟอร์ไดออกไซด์สองโมลที่อุณหภูมิสูง ผลที่ได้คือสองโมลของซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ สมการสำหรับปฏิกิริยาเคมีนี้มีลักษณะดังนี้: 2SO2 + O2=2SO3 จากปฏิกิริยานี้ทำให้เกิดกรดซัลฟิวริก ดังนั้น ด้วยการดำเนินการทั้งสองกระบวนการที่อธิบายไว้ จึงเป็นไปได้ที่จะส่งไตรออกไซด์ที่เป็นผลลัพธ์ผ่านไอพ่นไอน้ำ และเราได้กรดซัลเฟต สมการของปฏิกิริยาดังกล่าวเขียนได้ดังนี้: SO3 + H2O=H2 ดังนั้น 4.
ปฏิสัมพันธ์กับฮาโลเจน
คุณสมบัติทางเคมีของกำมะถันเช่นเดียวกับอโลหะอื่นๆ ทำให้มันทำปฏิกิริยากับสารกลุ่มนี้ ประกอบด้วยสารประกอบ เช่น ฟลูออรีน โบรมีน คลอรีน ไอโอดีน ซัลเฟอร์ทำปฏิกิริยากับสิ่งใดสิ่งหนึ่ง ยกเว้นอันสุดท้าย ตัวอย่างคือกระบวนการฟลูออไรด์ของสารที่พิจารณาเราเป็นองค์ประกอบของตารางธาตุ โดยการให้ความร้อนแก่อโลหะที่กล่าวถึงด้วยฮาโลเจน คุณจะได้ฟลูออไรด์สองรูปแบบ กรณีแรก: ถ้าเราเอากำมะถันหนึ่งโมลและฟลูออรีนสามโมล เราจะได้ฟลูออไรด์หนึ่งโมล ซึ่งมีสูตรคือ SF6 สมการมีลักษณะดังนี้: S + 3F2=SF6 นอกจากนี้ยังมีทางเลือกที่สอง: ถ้าเราเอากำมะถันหนึ่งโมลและฟลูออรีนสองโมล เราจะได้ฟลูออไรด์หนึ่งโมลด้วยสูตรทางเคมี SF4 สมการเขียนดังนี้: S + 2F2=SF4 อย่างที่คุณเห็น ทุกอย่างขึ้นอยู่กับสัดส่วนของส่วนผสม ในทำนองเดียวกัน มันเป็นไปได้ที่จะดำเนินการกระบวนการคลอรีนของกำมะถัน (สารที่แตกต่างกันสองแบบสามารถเกิดขึ้นได้) หรือโบรมีน
ปฏิสัมพันธ์กับสารธรรมดาอื่นๆ
ลักษณะของธาตุกำมะถันไม่ได้จบเพียงแค่นั้น สารนี้ยังสามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีกับไฮโดรเจน ฟอสฟอรัส และคาร์บอน เนื่องจากปฏิกิริยากับไฮโดรเจนทำให้เกิดกรดซัลไฟด์ ผลของปฏิกิริยากับโลหะสามารถหาซัลไฟด์ได้ ซึ่งในทางกลับกัน ได้มาจากปฏิกิริยาโดยตรงของกำมะถันกับโลหะชนิดเดียวกัน การเพิ่มอะตอมไฮโดรเจนในอะตอมของกำมะถันเกิดขึ้นเฉพาะภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูงมากเท่านั้น เมื่อกำมะถันทำปฏิกิริยากับฟอสฟอรัส จะเกิดฟอสไฟด์ มีสูตรดังต่อไปนี้: P2S3. เพื่อให้ได้สารนี้หนึ่งโมล คุณต้องใช้ฟอสฟอรัสสองโมลและ กำมะถันสามโมล เมื่อกำมะถันทำปฏิกิริยากับคาร์บอน คาร์ไบด์ของสิ่งที่พิจารณาว่าไม่ใช่โลหะจะก่อตัวขึ้นสูตรทางเคมีของมันมีลักษณะดังนี้: CS2 เพื่อให้ได้สารนี้หนึ่งโมล คุณต้องใช้คาร์บอนหนึ่งโมลและกำมะถันสองโมล ปฏิกิริยาการเติมทั้งหมดที่อธิบายข้างต้นจะเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อสารตั้งต้นถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิสูงเท่านั้น เราได้พิจารณาปฏิกิริยาของกำมะถันกับสารธรรมดาแล้ว มาต่อกันที่ย่อหน้าถัดไป
กำมะถันและสารประกอบเชิงซ้อน
คอมเพล็กซ์คือสารที่มีโมเลกุลประกอบด้วยองค์ประกอบที่แตกต่างกันสองอย่าง (หรือมากกว่า) คุณสมบัติทางเคมีของกำมะถันทำให้สามารถทำปฏิกิริยากับสารประกอบต่างๆ เช่น ด่าง เช่นเดียวกับกรดซัลเฟตเข้มข้น ปฏิกิริยาของมันกับสารเหล่านี้ค่อนข้างแปลก อันดับแรก ให้พิจารณาว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่ออโลหะที่เป็นปัญหาผสมกับด่าง ตัวอย่างเช่น ถ้าคุณเอาโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์หกโมลแล้วเติมกำมะถันสามโมลลงไป คุณจะได้โพแทสเซียมซัลไฟด์สองโมล หนึ่งโมลของโลหะซัลไฟต์นี้ และน้ำสามโมล ปฏิกิริยาประเภทนี้สามารถแสดงได้โดยสมการต่อไปนี้: 6KOH + 3S=2K2S + K2SO3 + 3H2 โอ. โดยหลักการเดียวกัน ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นหากเติมโซเดียมไฮดรอกไซด์ ต่อไป ให้พิจารณาพฤติกรรมของกำมะถันเมื่อเติมสารละลายกรดซัลเฟตเข้มข้นลงไป ถ้าเราใช้โมลของสารที่หนึ่งและสองโมลของสารที่สอง เราจะได้ผลิตภัณฑ์ต่อไปนี้: ซัลเฟอร์ไตรออกไซด์จำนวนสามโมลและน้ำ - สองโมล ปฏิกิริยาเคมีนี้จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อสารตั้งต้นถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น
กำลังสอบถามสินค้าอโลหะ
มีวิธีพื้นฐานหลายวิธีในการสกัดกำมะถันจากสารต่างๆ วิธีแรกคือการแยกมันออกจากไพไรต์ สูตรเคมีของอย่างหลังคือ FeS2 เมื่อสารนี้ถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิสูงโดยไม่ต้องให้ออกซิเจน สามารถรับเหล็กซัลไฟด์อื่น - FeS - และกำมะถันได้ สมการปฏิกิริยาเขียนได้ดังนี้ FeS2=FeS + S วิธีที่สองในการได้มาซึ่งกำมะถันซึ่งมักใช้ในอุตสาหกรรมคือการเผาไหม้ของซัลเฟอร์ซัลไฟด์ภายใต้สภาวะของ ออกซิเจนในปริมาณเล็กน้อย ในกรณีนี้คุณสามารถรับการพิจารณาอโลหะและน้ำ ในการทำปฏิกิริยา คุณต้องใช้ส่วนประกอบในอัตราส่วนโมลาร์ 2 ต่อ 1 เป็นผลให้เราได้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายในสัดส่วนสองต่อสอง สมการของปฏิกิริยาเคมีนี้สามารถเขียนได้ดังนี้: O นอกจากนี้ ยังสามารถได้รับกำมะถันในระหว่างกระบวนการทางโลหะวิทยาต่างๆ เช่น ในการผลิตโลหะ เช่น นิกเกิล ทองแดง และอื่นๆ
ใช้ในอุตสาหกรรม
อโลหะที่เรากำลังพิจารณาพบการใช้งานที่กว้างที่สุดในอุตสาหกรรมเคมี ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น ที่นี่จะใช้เพื่อให้ได้กรดซัลเฟตจากมัน นอกจากนี้กำมะถันยังถูกใช้เป็นส่วนประกอบในการผลิตไม้ขีดไฟ เนื่องจากเป็นวัสดุที่ติดไฟได้ นอกจากนี้ยังขาดไม่ได้ในการผลิตวัตถุระเบิด ดินปืน ดอกไม้เพลิง ฯลฯ นอกจากนี้ กำมะถันยังถูกใช้เป็นส่วนผสมในผลิตภัณฑ์ควบคุมศัตรูพืชอีกด้วย ที่ยาที่ใช้เป็นส่วนประกอบในการผลิตยารักษาโรคผิวหนัง นอกจากนี้ สารที่เป็นปัญหายังใช้ในการผลิตสีย้อมต่างๆ นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตสารเรืองแสง
โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของกำมะถัน
อย่างที่คุณทราบ อะตอมทั้งหมดประกอบด้วยนิวเคลียสซึ่งประกอบด้วยโปรตอน - อนุภาคที่มีประจุบวก - และนิวตรอน กล่าวคือ อนุภาคที่มีประจุเป็นศูนย์ อิเล็กตรอนหมุนรอบนิวเคลียสด้วยประจุลบ เพื่อให้อะตอมเป็นกลาง จะต้องมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากันในโครงสร้าง ถ้ามีมากกว่านั้น แสดงว่าเป็นไอออนลบ - แอนไอออนอยู่แล้ว ในทางกลับกัน หากจำนวนโปรตอนมากกว่าจำนวนอิเล็กตรอน นี่คือไอออนบวกหรือไอออนบวก ประจุลบกำมะถันสามารถทำหน้าที่เป็นกรดตกค้าง เป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลของสาร เช่น กรดซัลไฟด์ (ไฮโดรเจนซัลไฟด์) และโลหะซัลไฟด์ ประจุลบเกิดขึ้นระหว่างการแยกตัวด้วยไฟฟ้า ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อสารละลายในน้ำ ในกรณีนี้ โมเลกุลจะสลายตัวเป็นไอออนบวก ซึ่งสามารถแสดงเป็นโลหะหรือไฮโดรเจนไอออนได้ เช่นเดียวกับไอออนบวก - ไอออนของกรดตกค้างหรือหมู่ไฮดรอกซิล (OH-)
เนื่องจากเลขลำดับของกำมะถันในตารางธาตุคือสิบหก เราสรุปได้ว่านี่คือจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของมัน จากข้อมูลนี้ เราสามารถพูดได้ว่ายังมีอิเล็กตรอนอีกสิบหกตัวที่หมุนรอบตัว จำนวนนิวตรอนสามารถหาได้โดยการลบเลขลำดับขององค์ประกอบทางเคมีออกจากมวลโมลาร์: 32- 16=16 อิเล็กตรอนแต่ละตัวไม่หมุนแบบสุ่ม แต่อยู่ในวงโคจรที่แน่นอน เนื่องจากกำมะถันเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่อยู่ในคาบที่สามของตารางธาตุจึงมีสามวงรอบนิวเคลียส ตัวแรกมี 2 อิเล็กตรอน ตัวที่สองมี 8 ตัว และตัวที่สามมี 6 ตัว สูตรอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมกำมะถันเขียนดังนี้: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
ความชุกในธรรมชาติ
โดยทั่วไป ธาตุเคมีที่พิจารณาจะพบในองค์ประกอบของแร่ธาตุ ซึ่งเป็นซัลไฟด์ของโลหะต่างๆ ประการแรกมันคือ pyrite - เกลือเหล็ก นอกจากนี้ยังเป็นตะกั่ว, เงิน, ทองแดงเป็นเงา, สังกะสีผสม, ชาด - ปรอทซัลไฟด์ นอกจากนี้ กำมะถันยังสามารถเป็นส่วนหนึ่งของแร่ธาตุ ซึ่งมีโครงสร้างประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีตั้งแต่ 3 ชนิดขึ้นไป
ตัวอย่างเช่น chalcopyrite มิราบิไลต์ คีเซอไรต์ ยิปซั่ม คุณสามารถพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมแต่ละรายการได้ Pyrite เป็นเฟอร์รัมซัลไฟด์หรือ FeS2 มีสีเหลืองอ่อนมีเงาสีทอง แร่นี้มักถูกพบเป็นสิ่งเจือปนใน lapis lazuli ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการทำเครื่องประดับ เนื่องจากแร่ธาตุทั้งสองนี้มักมีการสะสมร่วมกัน ทองแดงเงา - chalcocite หรือ chalcosine - เป็นสารสีน้ำเงินอมเทาคล้ายกับโลหะ ความมันวาวของตะกั่ว (กาเลนา) และความมันวาวสีเงิน (อาร์เจนไทต์) มีคุณสมบัติคล้ายกัน: ทั้งคู่ดูเหมือนโลหะและมีสีเทา Cinnabar เป็นแร่สีน้ำตาลอมแดงที่มีหย่อมสีเทา Chalcopyrite เคมีซึ่งมีสูตรคือ CuFeS2 - สีเหลืองทอง เรียกอีกอย่างว่า Golden Blende ซิงค์เบลนด์ (สฟาเลอไรท์) สามารถมีสีได้ตั้งแต่สีเหลืองอำพันไปจนถึงสีส้มคะนอง Mirabilite - Na2SO4x10H2O - ผลึกใสหรือสีขาว เรียกอีกอย่างว่าเกลือของ Glauber ซึ่งใช้ในทางการแพทย์ สูตรเคมีของคีเซอไรต์คือ MgSO4xH2O ปรากฏเป็นผงสีขาวหรือไม่มีสี สูตรเคมีของยิปซั่มคือ CaSO4x2H2O นอกจากนี้ องค์ประกอบทางเคมีนี้เป็นส่วนหนึ่งของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตและเป็นธาตุที่สำคัญ