SULFUR: SEJARAH, SIFAT, STRUKTUR, MEMPEROLEH, PENGGUNAAN - KIMIA - 2025

The sulfur ialah petunjuk, bukan logam, di bawah oksigen, kumpulan Kumpulan kalkogen dalam jadual berkala. Secara khusus terletak di kumpulan 16 dengan tempoh 3, dan diwakili oleh simbol kimia S. Dari isotop semula jadi, ³² S adalah yang paling banyak (sekitar 94% dari semua atom sulfur).

Ini adalah salah satu unsur paling banyak di Bumi, yang merangkumi sekitar 3% dari jumlah jisimnya. Dengan kata lain, jika semua belerang di planet ini diambil, dua bulan kuning dapat dibina; akan ada tiga satelit dan bukannya satu. Ia dapat menggunakan pelbagai keadaan pengoksidaan (+2, -2, +4 dan +6), sehingga garamnya banyak dan memperkaya kerak dan inti bumi.

Kristal sulfur. Sumber: Pixabay.

Sulfur sinonim dengan kuning, bau busuk dan neraka. Sebab utama bau busuknya adalah kerana sebatian yang berasal; terutamanya soda dan organik. Selebihnya, mineralnya padat dan mempunyai warna yang merangkumi kuning, kelabu, hitam dan putih (antara lain).

Ini adalah salah satu elemen yang paling banyak menunjukkan sebilangan besar alotrop. Ia boleh dijumpai sebagai molekul kecil dan diskrit dari S ₂ atau S ₃ ; sebagai cincin atau kitaran, menjadi sulfur orthorhombik dan monoklinik S ₈ yang paling stabil dan banyak dari semua; dan sebagai rantai heliks.

Ia tidak hanya terdapat di kerak bumi dalam bentuk mineral, tetapi juga di matriks biologi badan kita. Sebagai contoh, ia terdapat dalam asam amino sistin, sistein dan metionin, dalam protein zat besi, keratin dan beberapa vitamin. Ia juga terdapat dalam bawang putih, limau gedang, bawang, kubis, brokoli dan kembang kol.

Secara kimia ia adalah unsur lembut, dan dengan ketiadaan oksigen, ia membentuk mineral sulfat dan sulfat. Ia terbakar dengan api kebiruan dan mungkin muncul sebagai pepejal amorf atau kristal.

Walaupun penting untuk sintesis asid sulfurik, bahan yang sangat menghakis, dan mempunyai bau yang tidak menyenangkan, ia sebenarnya unsur jinak. Sulfur dapat disimpan di mana-mana tempat tanpa langkah berjaga-jaga, selagi kebakaran dapat dielakkan.

Sejarah sulfur

Dalam Alkitab

Sulfur adalah salah satu unsur tertua dalam sejarah umat manusia; begitu banyak sehingga penemuannya tidak dapat dipastikan dan tidak diketahui peradaban kuno mana yang menggunakannya untuk pertama kalinya (4000 tahun sebelum Kristus). Di halaman-halaman Alkitab, dia dapat dijumpai bersama api neraka dan neraka.

Bau belerang yang dikatakan dari neraka dipercayai berkaitan dengan letusan gunung berapi. Penemu pertamanya pasti menemui periuk api elemen ini seperti tanah debu atau kristal kuning di sekitar gunung berapi.

Zaman dahulu

Pepejal kekuningan ini segera menunjukkan kesan penyembuhan yang luar biasa. Sebagai contoh, orang Mesir menggunakan belerang untuk merawat keradangan pada kelopak mata. Ia juga menghilangkan kudis dan jerawat, aplikasi yang dapat dilihat hari ini di sabun belerang dan barang-barang dermatologi lain.

Orang Rom menggunakan unsur ini dalam ritual mereka, sebagai pengasuh dan pemutih. Ketika terbakar, ia mengeluarkan SO ₂ , gas yang membanjiri bilik, bercampur dengan kelembapan dan menyediakan persekitaran antibakteria yang mampu membunuh serangga.

Orang Rom, seperti orang Yunani, mendapati kebakaran mudah sulfur, itulah sebabnya ia menjadi sinonim dengan api. Warna api kebiruannya pasti menerangi sarkas Rom. Dipercayai bahawa orang Yunani, dari pihak mereka, menggunakan elemen ini untuk membuat senjata api.

Orang Cina, dari pihak mereka, mengetahui bahawa dengan mencampurkan sulfur dengan saltpeter (KNO ₃ ) dan arang batu, mereka membuat serbuk hitam bahan yang menjadi giliran bersejarah, dan itu menimbulkan permintaan dan minat yang besar terhadap mineral ini di negara-negara pada masa itu.

Zaman moden

Seolah-olah mesiu tidak cukup alasan untuk menginginkan sulfur, asid sulfurik dan aplikasi perindustriannya segera muncul. Dan dengan batang asid sulfurik, jumlah kekayaan atau kemakmuran suatu negara diukur dalam kaitannya dengan tahap penggunaan sebatian ini.

Baru pada tahun 1789, ahli kimia yang cemerlang Antoine Lavoisier dapat mengenali sulfur dan mengklasifikasikannya sebagai unsur. Kemudian pada tahun 1823 ahli kimia Jerman Eilhard Mitscherlich mendapati bahawa sulfur dapat mengkristal dengan dua cara: rhombohedral dan monoklinik.

Sejarah sulfur mengikuti kaedah sebatian dan aplikasinya yang sama. Dengan kepentingan industri asid sulfurik yang sangat besar, ia disertai dengan pemvulkanan getah, sintesis penisilin, eksploitasi lombong, penyulingan minyak mentah yang kaya dengan sulfur, pemakanan tanah, dll.

Hartanah

Penampilan fizikal

Pepejal rapuh dalam bentuk serbuk atau kristal. Warnanya kuning limau kusam, rasanya dan tidak berbau.

Penampilan cecair

Sulfur cair unik kerana warna kuning awalnya menjadi kemerahan dan bertambah kuat dan menjadi gelap jika mengalami suhu tinggi. Apabila terbakar, ia memancarkan api biru terang.

Jisim molar

32 g / mol.

Takat lebur

115.21 ° C.

Takat didih

445 ° C.

titik pencucuhan

160 ° C.

Suhu pencucuhan automatik

232 ° C.

Ketumpatan

2.1 g / mL. Walau bagaimanapun, alotrop lain mungkin kurang padat.

Kapasiti haba molar

22.75 J / mol K

Jejari kovalen

105 ± 3 petang.

Elektronegativiti

2.58 pada skala Pauling.

Kutuban

Ikatan SS adalah apolar kerana kedua-dua atom sulfur mempunyai elektronegativiti yang sama. Ini menjadikan semua alotropinya, berbentuk siklik atau rantai, nonpolar; dan oleh itu, interaksinya dengan air tidak cekap dan tidak dapat dilarutkan di dalamnya.

Walau bagaimanapun, sulfur dapat dilarutkan dalam pelarut bukan polar seperti karbon disulfida, CS ₂ , dan aromatik (benzena, toluena, xilena, dll.).

Ion

Sulfur dapat membentuk pelbagai ion, biasanya anion. Yang paling terkenal adalah sulfur, S ^2- . S ^2- dicirikan oleh besar dan mempunyai pangkalan Lewis yang lembut.

Oleh kerana ia adalah asas lembut, teori menyatakan bahawa ia cenderung membentuk sebatian dengan asid lembut; seperti kation logam peralihan, termasuk Fe ²⁺ , Pb ²⁺ dan Cu ²⁺ .

Struktur dan konfigurasi elektronik

Mahkota belerang

Molekul S8, allotrope sulfur yang paling stabil dan melimpah. Sumber: Benjah-bmm27.

Sulfur boleh berlaku dalam pelbagai alotrop; dan ini pada gilirannya mempunyai struktur kristal yang dimodifikasi di bawah tekanan dan / atau suhu yang berbeza. Oleh itu, sulfur adalah unsur yang kaya dengan alotrop dan polimorf, dan kajian mengenai struktur pepejalnya merupakan sumber karya teori-eksperimen yang tidak berkesudahan.

Mengapa kerumitan struktur seperti itu? Sebagai permulaan, ikatan kovalen dalam sulfur (SS) sangat kuat, hanya dapat diatasi oleh ikatan karbon, CC, dan hidrogen, HH.

Sulfur, tidak seperti karbon, tidak cenderung membentuk tetrahedra tetapi bumerang; bahawa dengan sudut dilipat dan cincin untuk menstabilkan rantai sulfur. Cincin yang paling terkenal, juga mewakili allotrope sulfur yang paling stabil, adalah S ₈ , "mahkota sulfur" (gambar atas).

Perhatikan bahawa semua pautan SS di S ₈ kelihatan seperti boomerang individu, menghasilkan cincin dengan lipatan dan tidak rata sama sekali. Mahkota S _{8 ini} berinteraksi melalui pasukan London, mengorientasikan diri mereka sedemikian rupa sehingga mereka membuat corak struktur yang menentukan kristal orthorhombik; dipanggil S ₈ α (S-α, atau hanya sulfur ortorhombik).

Polimorf

Mahkota sulfur adalah salah satu daripada banyak allotrop untuk elemen ini. S ₈ α adalah polimorf dari mahkota ini. Terdapat dua yang lain (antara yang paling penting) yang disebut S ₈ β dan S ₈ γ (masing-masing S-β dan S-γ). Kedua-dua polimorf mengkristal menjadi struktur monoklinik, dengan S ₈ γ menjadi lebih padat (gamma sulfur).

Ketiganya adalah pepejal kuning. Tetapi bagaimana anda mendapatkan setiap polimorf secara berasingan?

S ₈ β disiapkan dengan memanaskan S ₈ α hingga 93 ° C, kemudian membiarkan penyejukannya perlahan untuk melambatkan peralihannya kembali ke fasa orthorhombik (α). Dan S ₈ γ, sebaliknya, diperoleh apabila S ₈ α mencair pada suhu 150 ° C, sekali lagi membiarkannya sejuk perlahan; ia adalah polimorf mahkota sulfur yang paling padat.

Alotrop kitaran lain

Mahkota S ₈ bukan satu-satunya allotrope siklik. Terdapat yang lain seperti S ₄ , S ₅ (serupa dengan siklopentana), S ₆ (diwakili oleh segi enam seperti sikloheksana), S ₇ , S ₉ , dan S _10-20 ; yang terakhir bermaksud bahawa mungkin ada cincin atau kitaran yang mengandungi dari sepuluh hingga dua puluh atom sulfur.

Masing-masing mewakili alotrop sulfur siklik yang berbeza; dan seterusnya, untuk menekankannya, mereka mempunyai jenis struktur polimorf atau polimorfik yang bergantung pada tekanan dan suhu.

Sebagai contoh, S ₇ mempunyai hingga empat polimorf yang diketahui: α, β, γ, dan δ. Anggota atau mahkota jisim molekul yang lebih tinggi adalah produk sintesis organik dan tidak mendominasi sifatnya.

Rantai belerang

Rantai sulfur. Sumber: OpenStax

Oleh kerana lebih banyak atom sulfur dimasukkan ke dalam struktur, kecenderungan mereka untuk berdering menurun dan rantai sulfur tetap terbuka dan mengadaptasi konformasi heliks (seolah-olah mereka adalah lingkaran atau skru).

Oleh itu, satu lagi keluarga allotrop sulfur yang besar muncul yang tidak terdiri daripada cincin atau kitaran tetapi dari rantai (seperti yang terdapat dalam gambar di atas).

Apabila rantai SS ini sejajar dengan kristal, mereka menjebak kekotoran dan akhirnya menentukan pepejal berserat yang disebut sulfur berserat, atau S-ψ. Sekiranya di antara rantai selari ini terdapat ikatan kovalen yang saling menghubungkannya (seperti yang berlaku dengan pemvulkanan getah), kita mempunyai sulfur laminar.

Apabila sulfur S ₈ mencair, fasa cecair kekuningan diperoleh yang boleh berubah menjadi gelap jika suhu meningkat. Ini kerana ikatan SS terputus, dan oleh itu berlaku proses depolimerisasi terma.

Cecair ini apabila disejukkan menunjukkan ciri plastik dan kemudian berkaca; iaitu sulfur vitreous dan amorf (S-χ) diperolehi. Komposisinya terdiri daripada kedua-dua cincin dan rantai belerang.

Dan apabila campuran allotrope berserat dan lamina diperoleh dari sulfur amorf, Crystex dihasilkan, produk komersial yang digunakan untuk pemvulkanan getah.

Alotrop kecil

Walaupun mereka ditinggalkan terakhir, mereka tidak kurang penting (atau menarik) daripada allotrop massa molekul yang lebih tinggi. Molekul S ₂ dan S ₃ adalah versi sulfurisasi O ₂ dan O ₃ . Pada yang pertama, dua atom sulfur bergabung dengan ikatan berganda, S = S, dan pada yang kedua terdapat tiga atom dengan struktur resonans, S = SS.

Kedua-dua S ₂ dan S ₃ adalah gas. S ₃ menunjukkan warna merah ceri. Kedua-duanya mempunyai bahan bibliografi yang cukup untuk setiap artikel.

Konfigurasi elektronik

Konfigurasi elektron untuk atom sulfur adalah:

3s ² 3p ⁴

Ia dapat memperoleh dua elektron untuk menyelesaikan oktet valensnya, dan dengan itu mempunyai keadaan pengoksidaan -2. Begitu juga, ia boleh kehilangan elektron, bermula dengan dua di orbit 3pnya, keadaan pengoksidaannya menjadi +2; jika anda kehilangan dua elektron lagi, dengan orbital 3pnya kosong, keadaan pengoksidaan anda akan menjadi +4; dan jika anda kehilangan semua elektron, ia akan menjadi +6.

Mendapatkan

Mineralogi

Sulfur adalah sebahagian daripada banyak mineral. Antaranya ialah pirit (FeS ₂ ), galena (PbS), kovelit (CuS), dan mineral sulfat dan sulfida lain. Dengan memprosesnya, bukan sahaja logam dapat diekstraksi, tetapi juga sulfur setelah beberapa siri reaksi reduktif.

Ia juga dapat diperoleh dengan cara yang murni di lubang gunung berapi, di mana ketika suhu meningkat ia mencair dan tumpah ke bawah; Dan jika terbakar, ia akan kelihatan seperti lava kebiruan pada waktu malam. Melalui tenaga kerja yang sukar, dan tenaga kerja yang berat, belerang dapat dituai seperti yang dilakukan di Sisilia.

Sulfur juga dapat ditemukan di lombong bawah tanah, yang dibuat untuk mengepam air yang terlalu panas untuk mencairkannya dan memindahkannya ke permukaan. Proses mendapatkan ini dikenali sebagai Proses Frasch, yang sekarang tidak banyak digunakan.

Minyak

Hari ini sebahagian besar belerang berasal dari industri minyak, kerana sebatian organiknya adalah sebahagian daripada komposisi minyak mentah dan turunannya yang ditapis.

Sekiranya produk kasar atau halus kaya dengan sulfur dan mengalami hidrodulfurisasi, ia akan mengeluarkan sejumlah besar H ₂ S (gas busuk yang berbau seperti telur busuk):

RSR + 2 H ₂ → 2 RH + H ₂ S

H ₂ S kemudian dirawat secara kimia dalam proses Clauss, diringkaskan dengan persamaan kimia berikut:

3 O ₂ + 2 H ₂ S → 2 SO ₂ + 2 H ₂ O

JADI ₂ + 2 H ₂ S → 3 S + 2 H ₂ O

Permohonan

Sebilangan kegunaan belerang disebutkan di bawah dan secara umum:

- Ini adalah elemen penting untuk tumbuh-tumbuhan dan haiwan. Bahkan terdapat dalam dua asid amino: sistein dan metionin.

- Ini adalah bahan mentah untuk asid sulfurik, sebatian yang terlibat dalam penyediaan produk komersial yang tidak terkira banyaknya.

- Dalam industri farmaseutikal digunakan untuk sintesis turunan sulfur, penisilin menjadi contoh yang paling terkenal.

- Membolehkan pemvulkanan getah dengan menghubungkan rantai polimer dengan ikatan SS.

- Warnanya kuning dan campurannya dengan logam lain menjadikannya sesuai dalam industri pigmen.

- Dicampurkan dengan matriks anorganik, seperti pasir dan batuan, konkrit dan asfur sulfur disediakan untuk menggantikan bitumen.

Risiko dan langkah berjaga-jaga

Sulfur dengan sendirinya adalah bahan yang tidak berbahaya dan tidak beracun, dan juga tidak menimbulkan risiko yang berpotensi, kecuali jika ia bertindak balas untuk membentuk sebatian lain. Garam sulfatnya tidak berbahaya dan boleh dikendalikan tanpa langkah berjaga-jaga. Walau bagaimanapun, ini tidak berlaku dengan derivatif gasnya: SO ₂ dan H ₂ S, keduanya sangat toksik.

Sekiranya berada dalam fasa cecair, ia boleh menyebabkan luka bakar yang serius. Sekiranya ditelan dalam kuantiti yang banyak boleh mencetuskan pengeluaran H ₂ S di dalam usus. Jika tidak, ia tidak menunjukkan risiko bagi mereka yang mengunyahnya.

Secara umum, belerang adalah unsur selamat yang tidak memerlukan banyak langkah berjaga-jaga, kecuali menjauhkannya dari api dan agen pengoksidaan yang kuat.

Rujukan

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi keempat). Bukit Mc Graw.
2. Laura Crapanzano. (2006). Polimorfisme sulfur: Aspek Struktural dan Dinamik. Fizik .Universiti Joseph-Fourier - Grenoble I. Inggeris. fftel-00204149f
3. Wikipedia. (2019). Allotrop sulfur. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
4. Pukul Meyer. (1976). Sulfur unsur. Chemical Review, Jilid 76, No.3.
5. Doug Stewart. (2019). Fakta Unsur Sulfur. Chemicool. Dipulihkan dari: chemicool.com
6. Donald W. Davis dan Randall A. Detro. (2015). Sejarah Sulfur. Perbadanan Sulfur Teluk Georgia. Dipulihkan dari: georgiagulfsulfur.com
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 Januari 2019). 10 Fakta Sulfur Menarik. Dipulihkan dari: thinkco.com
8. Boone, C .; Bon, C .; Hallman, A .; Jenkins, J. (2017). Lembaran Fakta Umum Sulfur; Pusat Maklumat Racun Makhluk Perosak Nasional, Perkhidmatan Penyambungan Universiti Negeri Oregon. npic.orst.edu