物理

[元素周期表] 硫

硫 (Sulfur)

1. 基本信息

• 元素符号: S

• 原子序数: 16

• 原子量: 32.06

• 位置: 位于元素周期表第三周期，第VIA族（16族），属于氧族元素。

• 电子构型: [Ne] 3s² 3p⁴

2. 原子结构

• 六个价电子: 硫原子最外层有六个电子（3s² 3p⁴），倾向于通过获得两个电子形成S²⁻离子，或通过形成共价键来达到稳定结构。

• 多种氧化态: 硫能呈现多种氧化态，常见的有-2（硫化物）、0（单质）、+4（亚硫酸盐）、+6（硫酸盐）等，这使得它的化学性质非常丰富。

• 同素异形体: 硫原子之间能通过共价键形成不同结构和形态的分子，如S₈环状分子（菱形硫、单斜硫）、链状分子（弹性硫）等。

3. 物理性质

• 外观: 纯净的硫是黄色的晶体固体。

• 同素异形体:

  • 菱形硫 (α-硫): 在室温下最稳定，由皇冠状的S₈分子组成，质地脆。

  • 单斜硫 (β-硫): 在95.5°C以上稳定，由S₈分子组成，呈针状晶体。

  • 弹性硫 (无定形硫): 将熔融硫迅速倒入冷水中得到，呈橡胶状弹性，由长链硫分子纠缠而成，不稳定，会逐渐转变为菱形硫。

• 熔点和沸点: 熔点约115°C，沸点约444°C。

• 导电性: 是良好的绝缘体。

• 溶解性: 不溶于水，易溶于二硫化碳（CS₂）。

4. 化学性质

• 与金属反应: 能与大多数金属加热反应，生成金属硫化物。例如，与铁反应生成黑色的硫化亚铁：Fe + S → FeS。

• 与非金属反应:

  • 在空气中燃烧，产生明亮的蓝紫色火焰，生成有刺激性气味的二氧化硫：S + O₂ → SO₂。

  • 能与氢反应生成硫化氢（H₂S，臭鸡蛋气味气体）。

• 氧化性与还原性: 既有氧化性（与金属反应时）也有还原性（与氧气反应时）。

• 特性反应: 硫在加热时能与强碱溶液发生歧化反应。

5. 存在与制备

• 自然界存在:

  • 单质硫: 存在于火山口附近和沉积岩地层中。

  • 硫化物矿: 如黄铁矿（FeS₂，愚人金）、方铅矿（PbS）、闪锌矿（ZnS）。

  • 硫酸盐矿: 如石膏（CaSO₄·2H₂O）、重晶石（BaSO₄）。

  • 是某些蛋白质（含胱氨酸、半胱氨酸）和辅酶的组成部分。

• 工业制法:

  • 历史上采用西西里法（加热矿石）。

  • 现代主要从石油和天然气的脱硫过程中回收，以及通过弗拉施法（用超热水将地下硫矿熔化并压出地面）从盐丘中提取。