กำมะถันเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่พบได้ทั่วไปในธรรมชาติ (ปริมาณที่สิบหกในเปลือกโลกและอันดับที่หกในน่านน้ำธรรมชาติ) มีทั้งกำมะถันพื้นเมือง (สถานะอิสระของธาตุ) และสารประกอบ
กำมะถันในธรรมชาติ
แร่ธาตุกำมะถันธรรมชาติที่สำคัญที่สุด ได้แก่ แร่เหล็กไพไรต์ สฟาเลไรต์ กาลีนา ชาด แอนติโมไนต์ มหาสมุทรโลกส่วนใหญ่อยู่ในรูปของแคลเซียม แมกนีเซียม และโซเดียมซัลเฟต ซึ่งทำให้เกิดความกระด้างของน้ำตามธรรมชาติ
กำมะถันได้มาอย่างไร
การสกัดแร่กำมะถันทำได้หลายวิธี วิธีหลักในการรับกำมะถันคือการหลอมโดยตรงในทุ่ง
การขุดหลุมเปิดเกี่ยวข้องกับการใช้รถขุดเพื่อเอาชั้นหินที่ปกคลุมแร่กำมะถันออก หลังจากทุบชั้นแร่ด้วยการระเบิด พวกมันจะถูกส่งไปยังโรงถลุงกำมะถัน
ในอุตสาหกรรม กำมะถันเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการในเตาหลอม ในระหว่างการกลั่นน้ำมัน มีอยู่ในก๊าซธรรมชาติในปริมาณมาก (เช่นซัลเฟอร์ไดออกไซด์หรือไฮโดรเจนซัลไฟด์) ซึ่งการสกัดจะสะสมอยู่บนผนังของอุปกรณ์ที่ใช้ กำมะถันที่แยกย้ายกันไปอย่างประณีตจากก๊าซนั้นถูกใช้ในอุตสาหกรรมเคมีเพื่อเป็นวัตถุดิบในการผลิตผลิตภัณฑ์ต่างๆ
สารนี้ยังสามารถหาได้จากซัลเฟอร์ไดออกไซด์ตามธรรมชาติ ด้วยเหตุนี้จึงใช้วิธีของซานตาคลอส ประกอบด้วยการใช้ "บ่อกำมะถัน" ซึ่งกำมะถันถูกขจัดแก๊ส ผลที่ได้คือกำมะถันดัดแปลงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยางมะตอย
การปรับเปลี่ยนกำมะถันอัลโลทรอปิกหลัก
กำมะถันมีอัลโลโทรปี. เป็นที่ทราบกันดีว่ามีการปรับเปลี่ยน allotropic จำนวนมาก ที่มีชื่อเสียงที่สุดคือขนมเปียกปูน (ผลึก), monoclinic (acicular) และกำมะถันพลาสติก การดัดแปลงสองครั้งแรกนั้นเสถียร การดัดแปลงครั้งที่สามจะกลายเป็นขนมเปียกปูนเมื่อแข็งตัว
คุณสมบัติทางกายภาพของกำมะถัน
โมเลกุลของการดัดแปลง orthorhombic (α-S) และ monoclinic (β-S) ประกอบด้วยอะตอมของกำมะถัน 8 อะตอม ซึ่งเชื่อมต่อกันในวงจรปิดด้วยพันธะโควาเลนต์เดี่ยว
ภายใต้สภาวะปกติกำมะถันมีการดัดแปลงขนมเปียกปูน เป็นสารผลึกของแข็งสีเหลืองที่มีความหนาแน่น 2.07 g/cm3 ละลายที่อุณหภูมิ 113°C ความหนาแน่นของ monoclinic sulfur คือ 1.96 g/cm3 จุดหลอมเหลวคือ 119.3 °C
เมื่อละลายกำมะถันจะขยายตัวและกลายเป็นของเหลวสีเหลืองที่เปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลที่อุณหภูมิ 160 °C และจะกลายเป็นมวลสีน้ำตาลเข้มหนืดเมื่ออุณหภูมิถึงประมาณ 190 °C ที่อุณหภูมิสูงกว่าค่านี้ ความหนืดของกำมะถันจะลดลง ที่อุณหภูมิประมาณ 300 °C มันจะผ่านเข้าสู่สถานะของเหลวอีกครั้ง นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าในระหว่างการให้ความร้อนกำมะถันจะรวมตัวทำให้ความยาวของโซ่เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 190 ° C จะสังเกตเห็นการทำลายหน่วยโพลีเมอร์
เมื่อกำมะถันละลายถูกทำให้เย็นตามธรรมชาติในถ้วยใส่ตัวอย่างทรงกระบอก จะเกิดก้อนกำมะถันที่เรียกว่าก้อน - ผลึกขนมเปียกปูนขนาดใหญ่ มีรูปร่างบิดเบี้ยวในรูปของแปดด้านที่มีใบหน้าหรือมุม "ตัด" บางส่วน
หากสารที่หลอมเหลวถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว (เช่น ใช้น้ำเย็น) ก็จะได้พลาสติกกำมะถัน ซึ่งเป็นมวลยางยืดหยุ่นคล้ายสีน้ำตาลหรือสีแดงเข้มที่มีความหนาแน่น 2.046 กรัม /cm 3. การปรับเปลี่ยนนี้ตรงกันข้ามกับขนมเปียกปูนและโมโนคลินิกไม่เสถียร ค่อยๆ (หลายชั่วโมง) เปลี่ยนสีเป็นสีเหลือง เปราะ และกลายเป็นขนมเปียกปูน
เมื่อไอกำมะถัน (ที่มีความร้อนสูง) ถูกแช่แข็งด้วยไนโตรเจนเหลว จะเกิดการดัดแปลงเป็นสีม่วง ซึ่งมีความเสถียรที่อุณหภูมิต่ำกว่าลบ 80 °C
กำมะถันแทบไม่ละลายในสภาพแวดล้อมทางน้ำ อย่างไรก็ตาม มีคุณสมบัติในการละลายได้ดีในตัวทำละลายอินทรีย์ ตัวนำไฟฟ้าและความร้อนไม่ดี
จุดเดือดของกำมะถันคือ 444.6 °C.กระบวนการเดือดจะมาพร้อมกับการปล่อยไอระเหยสีส้ม-เหลือง ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุล S8 เป็นหลัก ซึ่งเมื่อได้รับความร้อนในภายหลัง จะแยกตัวออกจากกัน ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของสมดุล S 6, S4 และ S2. นอกจากนี้ เมื่อถูกความร้อน โมเลกุลขนาดใหญ่จะสลายตัว และที่อุณหภูมิสูงกว่า 900 องศา ทั้งคู่ประกอบด้วยโมเลกุล S2 ในทางปฏิบัติเท่านั้น แยกตัวออกเป็นอะตอมที่อุณหภูมิ 1500 ° C
คุณสมบัติทางเคมีของกำมะถันคืออะไร
กำมะถันเป็นอโลหะทั่วไป ใช้งานทางเคมี การออกซิไดซ์-คุณสมบัติการลดของกำมะถันเป็นที่ประจักษ์ในความสัมพันธ์กับองค์ประกอบที่หลากหลาย เมื่อถูกความร้อน มันจะรวมตัวกับองค์ประกอบเกือบทั้งหมดอย่างง่ายดาย ซึ่งอธิบายการมีอยู่ของมันในแร่โลหะ ข้อยกเว้นคือ Pt, Au, I2, N2 และก๊าซเฉื่อย การเกิดออกซิเดชันระบุว่ากำมะถันมีอยู่ในสารประกอบคือ -2, +4, +6.
คุณสมบัติของกำมะถันและออกซิเจนทำให้เกิดการเผาไหม้ในอากาศ ผลของปฏิกิริยานี้คือการก่อตัวของกำมะถัน (SO2) และกำมะถัน (SO3) แอนไฮไดรด์ ซึ่งใช้ในการผลิตกำมะถันและกำมะถัน กรด
ที่อุณหภูมิห้อง คุณสมบัติการรีดิวซ์ของกำมะถันจะปรากฏเฉพาะในความสัมพันธ์กับฟลูออรีน ในปฏิกิริยาที่เกิดซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์:
S + 3F2=SF6.
เมื่อถูกความร้อน (ในรูปของละลาย) ทำปฏิกิริยากับคลอรีน ฟอสฟอรัส ซิลิกอน คาร์บอน อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยากับไฮโดรเจน นอกจากไฮโดรเจนซัลไฟด์แล้ว ยังก่อให้เกิดซัลเฟนร่วมกับสูตร H2SX.
คุณสมบัติการออกซิไดซ์ของกำมะถันเกิดขึ้นเมื่อทำปฏิกิริยากับโลหะ ในบางกรณีสามารถสังเกตปฏิกิริยาที่ค่อนข้างรุนแรงได้ ผลของปฏิกิริยากับโลหะทำให้เกิดซัลไฟด์ (สารประกอบกำมะถัน) และพอลิซัลไฟด์ (โลหะพอลิซัลฟอรัส)
เมื่อถูกความร้อนเป็นเวลานานจะทำปฏิกิริยากับกรดออกซิไดซ์เข้มข้นออกซิไดซ์ไปพร้อม ๆ กัน
ต่อไป ให้พิจารณาคุณสมบัติหลักของสารประกอบกำมะถัน
ซัลเฟอร์ไดออกไซด์
ซัลเฟอร์ออกไซด์ (IV) หรือที่เรียกว่าซัลเฟอร์ไดออกไซด์และซัลเฟอร์ไดออกไซด์เป็นก๊าซ (ไม่มีสี) มีกลิ่นฉุนและทำให้หายใจไม่ออก มันมีแนวโน้มที่จะทำให้เป็นของเหลวภายใต้ความกดดันที่อุณหภูมิห้อง SO2 เป็นกรดออกไซด์ โดดเด่นด้วยความสามารถในการละลายน้ำได้ดี ในกรณีนี้จะเกิดกรดกำมะถันที่อ่อนแอและไม่เสถียรซึ่งมีอยู่ในสารละลายที่เป็นน้ำเท่านั้น อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาของซัลเฟอร์ไดออกไซด์กับด่างทำให้เกิดซัลไฟต์
มันมีฤทธิ์ทางเคมีค่อนข้างสูง ที่เด่นชัดที่สุดคือคุณสมบัติทางเคมีที่ลดลงของซัลเฟอร์ออกไซด์ (IV) ปฏิกิริยาดังกล่าวมาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของสถานะออกซิเดชันของกำมะถัน
คุณสมบัติทางเคมีในการออกซิไดซ์ของซัลเฟอร์ออกไซด์ปรากฏในที่ที่มีตัวรีดิวซ์อย่างแรง (เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์)
ซัลเฟอร์ไตรออกไซด์
ซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ (ซัลฟิวริกแอนไฮไดรด์) - ออกไซด์สูงสุดของกำมะถัน (VI) ภายใต้สภาวะปกติ จะเป็นของเหลวไม่มีสี ระเหยง่าย มีกลิ่นที่ทำให้หายใจไม่ออก มีความสามารถในการแช่แข็งที่อุณหภูมิต่ำกว่า 16.9 องศา ในกรณีนี้จะเกิดส่วนผสมของการดัดแปลงผลึกที่แตกต่างกันของของแข็งซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ คุณสมบัติดูดความชื้นสูงของซัลเฟอร์ออกไซด์ทำให้เกิด "ควัน" ในอากาศชื้น เป็นผลให้เกิดหยดกรดซัลฟิวริก
ไฮโดรเจนซัลไฟด์
ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นสารประกอบเคมีไบนารีของไฮโดรเจนและกำมะถัน H2S เป็นก๊าซไม่มีสีมีพิษ มีรสหวานและมีกลิ่นไข่เน่า มันละลายที่อุณหภูมิลบ 86 °С เดือดที่ลบ 60 °С ความร้อนไม่เสถียร ที่อุณหภูมิสูงกว่า 400 °C ไฮโดรเจนซัลไฟด์จะสลายตัวเป็น S และ H2 มีคุณสมบัติในการละลายได้ดีในเอธานอล มันละลายได้ไม่ดีในน้ำ เป็นผลมาจากการละลายในน้ำทำให้เกิดกรดไฮโดรซัลฟิวริกที่อ่อนแอ ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นตัวรีดิวซ์ที่แรง
ไวไฟ. เมื่อเผาไหม้ในอากาศ จะสังเกตเห็นเปลวไฟสีน้ำเงิน ที่ความเข้มข้นสูงจะทำปฏิกิริยากับโลหะหลายชนิด
กรดซัลฟิวริก
กรดซัลฟิวริก (H2SO4) สามารถมีความเข้มข้นและความบริสุทธิ์ต่างกัน ในสถานะปราศจากน้ำ จะเป็นของเหลวไม่มีสี ไม่มีกลิ่น เป็นน้ำมัน
อุณหภูมิที่สารละลายคือ 10 °C จุดเดือดคือ 296 °C มันละลายได้ดีในน้ำ เมื่อกรดซัลฟิวริกละลาย จะเกิดไฮเดรตและปล่อยความร้อนออกมาเป็นจำนวนมาก จุดเดือดของสารละลายน้ำทั้งหมดที่ความดัน 760 มม. ปรอท ศิลปะ. เกิน 100 °C จุดเดือดที่เพิ่มขึ้นเกิดขึ้นเมื่อความเข้มข้นของกรดเพิ่มขึ้น
คุณสมบัติที่เป็นกรดของสารจะแสดงออกมาเมื่อทำปฏิกิริยากับออกไซด์และเบสพื้นฐาน H2SO4 เป็นกรดไดบาซิกเนื่องจากสามารถสร้างได้ทั้งซัลเฟต (เกลือปานกลาง) และไฮโดรซัลเฟต (เกลือที่เป็นกรด) ส่วนใหญ่ ซึ่งละลายได้ในน้ำ
คุณสมบัติของกรดซัลฟิวริกปรากฏชัดที่สุดในปฏิกิริยารีดอกซ์ เนื่องจากองค์ประกอบของ H2SO4 sulfur มีสถานะออกซิเดชันสูงสุด (+6) ตัวอย่างการแสดงคุณสมบัติการออกซิไดซ์ของกรดซัลฟิวริกคือปฏิกิริยากับทองแดง:
Cu + 2H2SO4 =CuSO4 + 2H 2O + SO2.
กำมะถัน: คุณสมบัติที่มีประโยชน์
กำมะถันเป็นธาตุที่จำเป็นต่อสิ่งมีชีวิต เป็นส่วนประกอบสำคัญของกรดอะมิโน (เมไทโอนีนและซิสเทอีน) เอนไซม์และวิตามิน องค์ประกอบนี้มีส่วนร่วมในการก่อตัวของโครงสร้างระดับอุดมศึกษาของโปรตีน ปริมาณของกำมะถันที่จับกับสารเคมีที่มีอยู่ในโปรตีนอยู่ในช่วง 0.8 ถึง 2.4% โดยน้ำหนัก เนื้อหาขององค์ประกอบในร่างกายมนุษย์ประมาณ 2 กรัมต่อน้ำหนัก 1 กิโลกรัม (นั่นคือประมาณ 0.2% เป็นกำมะถัน)
คุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของธาตุขนาดเล็กนั้นแทบจะไม่สามารถประเมินค่าสูงไปได้เลย ปกป้องโปรโตพลาสซึมในเลือดกำมะถันเป็นตัวช่วยของร่างกายในการต่อสู้กับแบคทีเรียที่เป็นอันตราย การแข็งตัวของเลือดขึ้นอยู่กับปริมาณนั่นคือองค์ประกอบช่วยได้รักษาระดับที่เพียงพอ กำมะถันยังมีบทบาทสำคัญในการรักษาค่าปกติของความเข้มข้นของน้ำดีที่ร่างกายสร้างขึ้น
มักถูกเรียกว่า "แร่ธาตุแห่งความงาม" เพราะจำเป็นต่อการบำรุงสุขภาพผิว เล็บ และผมให้แข็งแรง กำมะถันมีความสามารถในการปกป้องร่างกายจากผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมทางลบประเภทต่างๆ ซึ่งจะช่วยชะลอกระบวนการชรา กำมะถันทำความสะอาดร่างกายของสารพิษและป้องกันรังสีซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในปัจจุบันตามสถานการณ์สิ่งแวดล้อมในปัจจุบัน
ปริมาณไมโครอิลิเมนต์ในร่างกายไม่เพียงพอสามารถนำไปสู่การขับสารพิษได้ไม่ดี ภูมิคุ้มกันลดลง และความมีชีวิตชีวา
กำมะถันมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์แสงของแบคทีเรีย มันเป็นส่วนประกอบของแบคทีเรีย และไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นแหล่งของไฮโดรเจน
กำมะถัน: สมบัติและการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม
กำมะถันที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือการผลิตกรดซัลฟิวริก นอกจากนี้ คุณสมบัติของสารนี้ทำให้สามารถใช้สำหรับการวัลคาไนซ์ของยาง เป็นยาฆ่าเชื้อราในการเกษตร และแม้กระทั่งเป็นยา (คอลลอยด์กำมะถัน) นอกจากนี้ กำมะถันยังใช้ในการผลิตไม้ขีดไฟและองค์ประกอบดอกไม้ไฟ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งขององค์ประกอบกำมะถันและน้ำมันดินสำหรับการผลิตยางมะตอยกำมะถัน