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大屯火山怎麼讀?硫是第16號元素,硫是第三號元素,硫是什麼意思?

由 鉻銪鈽銅銫 發表于 旅遊2021-05-05

簡介加熱時,濃硫酸可以與除銥、釕之外的所有金屬反應,包括鉑與金,生成高價金屬硫酸鹽,本身被還原成二氧化硫、單質硫乃至硫化氫或金屬硫化物

大屯火山怎麼讀

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硫是第16號元素。在1789年拉瓦錫發表的第一張元素表中,硫被列入其中。

在自然界中,特別是在多火山的地區,純的單質硫經常出現。這些天然的硫有著鮮豔的黃色,在漢語中,它也被稱作“硫黃”。“硫磺”其實是後來的寫法,本質上,兩者指的是同一樣東西。非要說這兩者有什麼不同,無非就是“皮蛋”與“松花蛋”的區別。

硫的元素符號是S,源自拉丁文surphur,傳說這個詞的印度梵文原義就是黃色。

單質硫的同素異形體很多,據報導有接近五十種,最常見的是斜方晶硫(也叫菱形硫、正交硫)和單斜晶硫。這兩種晶態硫在96℃時發生轉變,高於96℃時,斜方硫轉成單斜硫;低於96℃,反向轉換。所以,我們一般見到的都是斜方晶硫。它們的物理性質稍有不同:

菱形硫,密度2。07g/cm3,熔點112。8℃,沸點444。674℃

單斜硫,密度1。96g/cm3,熔點119。0℃,沸點444。6℃

根據分子量測定,斜方晶硫和單斜晶硫的分子都是由八個硫原子組成的環狀結構,分子式可以寫作S8。把單質硫加熱到130~160℃,此時液態硫的粘度最小,流動性最好。160℃以上時,環狀的S8分子破裂成開鏈狀的線形分子,並且聚合成更長鏈的大分子,粘度增高,顏色變為棕紅;繼續加熱到190℃時,粘度達到最大;超過這一溫度時,長鏈開始發生斷裂,粘度又重新下降。在大約230℃時將這種液態硫急速傾入冷水中,糾纏在一起的長鏈硫被固定下來,成為可以拉伸的無定形的彈性硫。但這種彈性硫的結構並不穩定,常溫下放置一段時間後,會逐漸轉變成斜方晶硫——這是常溫下唯一穩定的形式。

無論哪種形態的硫,導熱性和導電性都很差。

天然出產的單質硫被稱為自然硫。毫無疑問自然硫都是斜方晶硫。有時可以見到結晶顆粒很大的純淨的硫磺,那種晶體晶瑩剔透,很是漂亮。不過,更常見的硫磺結晶可沒有那麼完美,看上去有點象不透明的冰塊,也有點象凝固的豬油,當然,顏色是黃色的,所以經常被描述為“具有油脂光澤”。用手緊握硫的晶體,放在耳邊,可以聽見其自行碎裂的聲音。

硫磺硬度不高,而且很脆,有一股特殊的氣味,有人形容為臭雞蛋味。不過很多人覺得這兩種氣味是明顯不同的。據說硫磺粉的氣味更大。

單質的硫都不溶於水,微溶於乙醇和乙醚,可溶於苯、甲苯、四氯化碳和二硫化碳。彈性硫在二硫化碳中是部分溶解,剩餘的部分無論怎麼處理,就是沒法溶解,所以被稱為不溶性硫。造成不溶的原因還是分子結構。彈性硫中的分子應該是具有不同的結構的。

硫的化學性質比較活潑,可以在空氣中燃燒,發出淡藍色的火焰,生成有強烈刺激性氣味的二氧化硫。在純氧中燃燒時,會發出藍紫色的光焰,反應比在空氣中燃燒劇烈得多。硫還能與鹵素及多種金屬化合,但不與碘、氮、碲、金、鉑和銥化合。硫有許多不同的化合價,例如二氧化硫中的硫是四價;硫酸中的硫是六價;而在硫化物中,硫呈現出負二價。

硫在遠古時代就被人們所知曉。西方人認為硫燃燒時所形成的濃煙和強烈的氣味能夠驅除魔鬼。大約在四千年前,埃及人已經會用硫燃燒所生成的二氧化硫來漂白布匹。古希臘和古羅馬人也能熟練地使用二氧化硫來漂白。公元前九世紀,古羅馬著名詩人荷馬在他的著作裡講述了硫燃燒時有消毒和漂白的作用。

西方的鍊金術士和東方的煉丹師不約而同地看上了硫,就像他們不約而同地鍾愛汞一樣。西方鍊金術士把硫看作是可燃性的化身,認為它是組成一切物體的要素之一。而中國的煉丹家們鼓搗出了一硫二硝三木炭的混合物——黑色火藥。不論在西方還是東方,古醫藥學家都把硫用於醫藥中。明代李時珍編著的《本草綱目》中將硫列為礦物藥品之一。

單質的硫,也就是硫磺,被認為可以殺蟲、殺菌。細微硫磺粉末做成的懸濁液是一種農藥。醫療上常用硫黃軟膏醫治某些面板病。此外,人們還把硫磺摻入香皂,製成硫磺皂。硫磺之所以能殺菌,據說是因為硫磺能夠破壞細菌表面的有機保護膜,使其死亡。硫磺香皂能起多大作用不得而知,但含硫的溫泉對許多面板病有效卻是大家公認的。

單質的硫常常被用來製造焰火,這其實就是古老的黑火藥的改進型。前面提到的不溶性硫是用於子午線輪胎生產的專用硫化劑。製造火柴也會用到硫。不過在中國,火柴早已成了稀罕之物,超市裡根本見不到。倒是一些高檔賓館的客房裡,偶爾能見到給賓客準備的火柴,不僅是為了使用,倒更像是一種情懷,一種留戀。

硫的最大用途是製造硫酸,七成以上的硫用於生產硫酸。化肥是消費硫酸的大戶,消費量佔硫酸總量的七成以上,尤其是磷肥消耗硫酸最多。除用於化學肥料外,硫酸還用於各種硫酸鹽等化工產品的生產、鋼材酸洗;而原油加工、石油催化劑、新增劑以及醫藥工業等也同樣離不開硫酸。

人們獲得的硫大多取自硫礦,存在形式不外乎自然硫、硫化物及硫酸鹽等礦床。中國硫礦資源十分豐富,儲量排在世界前列,在目前及今後相當一段時期內,仍將以硫鐵礦和伴生硫鐵礦為主要硫源。國外的硫當前主要來自天然氣、石油和自然硫。

每一次火山爆發都會有大量地下的硫被帶到地面,這就是自然硫,是天然存在的單質硫,一般並不純淨,往往含少量的砷、硒、銻,或常夾有粘土、有機質、瀝青等。義大利西西里、臺灣北部的大屯火山區都是有名的自然硫產區。

化合態硫可作為硫礦石的礦物主要有黃鐵礦,而黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦等的的主要副產品也是硫。黃鐵礦分佈最為廣泛,是中國最重要的硫礦石;此外還有白鐵礦和磁黃鐵礦,但含硫量較低,分佈侷限,工業意義不大。明礬石、重晶石、石膏等硫酸鹽類礦物僅在某些硫源缺乏的國家和地區作為硫礦資源加以利用。

黃鐵礦又稱硫鐵礦,自然界產出的黃鐵礦常含有鈷、鎳、砷、硒、銻、銅、銀和金等多種金屬元素,有些還含有微量的碲、鍺等元素。黃鐵礦顏色多為稍淺的黃銅色,表面常帶有褐色、黃褐色,細粉狀黃鐵礦集合體常呈綠黑色。白鐵礦其實是黃鐵礦的同分異構體,顏色為淺黃銅色,略帶淺灰或淺綠色調,新鮮面近似錫白色,有金屬光澤。

路過一片碎石地,或者一處煤堆,你可曾有過被其中點點金光吸引的時候?不少人被這些閃耀著黃金光芒的小顆粒戲耍過,連著名的英國探險家約翰史密斯船長也不能免俗。

十七世紀初,史密斯船長送了一整船含有這種金色顆粒的岩石到倫敦,作為探索弗吉尼亞奇克哈默尼河的戰利品,但倫敦方給出的檢測結果卻讓人失望——這只是一堆毫無價值的“愚人金”而已。

愚人金是什麼?它就是黃鐵礦。正如它的名稱,愚人金的化學成分是二硫化亞鐵,與黃金一點兒關係也沒有,但是它金黃的顏色,以及像黃金一樣的閃亮金屬光澤,使得一般人稍不小心就會被它所矇蔽。

為了防止被喜歡惡作劇的朋友愚弄,這裡傳授一下區分黃鐵礦與自然金的方法:黃鐵礦硬度很高,莫氏硬度可達6,所以一般的小刀都傷不了它分毫,而自然金的硬度只有2~3,可以用小刀切開;黃鐵礦很脆,一錘下去會碎成粉末,而自然金卻有很好的延展性,一錘之後會變成一張金餅;此外,自然金在不帶釉面的白瓷板上劃出來的條痕依然是金色,而黃鐵礦劃出來的條痕是綠黑色,這也是區分二者的重要方法之一。

雖然與黃金相比,黃鐵礦的價值可以忽略不計,但是它並非總是一文不值。黃鐵礦是重要的化工原料,化工普遍使用的硫酸基本上都是由黃鐵礦生產的;而且,其中伴生有微量的金、銀等貴金屬,也可以綜合利用。

在鈰鐵合金打火石發明之前,黃鐵礦經常被用作火石,與燧石一樣。而玩過礦石收音機的朋友應該都知道,黃鐵礦也是可供選擇的檢波器材料之一。此外,黃鐵礦的美麗也沒有被人們所淡忘,從維多利亞時期開始,就開始生產所謂的白鐵礦首飾(白鐵礦屬誤用),即將黃鐵礦切出很多反光的小面,鑲嵌於銀質或者鍍銀的廉價首飾之上。

當然,自然控們應該會更喜歡黃鐵礦晶體未加工時的樣子。黃鐵礦屬等軸晶系,在熱液礦脈中經常能夠形成完美的晶體,例如標準的立方體、八面體、五角十二面體;而在沉積岩中,他們可以形成各種形狀的結核,圓形的、餅形的,不一而足;黃鐵礦還經常參與化石的形成,這樣形成的礦物-化石雙料標本的美麗更是讓人歎為觀止。

還是莎士比亞老師說得好,“不是所有閃光的東西都是金子。”同樣,寶貴的東西,也未必值錢。

有趣的是黃鐵礦有半導體的特性,這就是黃鐵礦石可以在礦石收音機裡充當檢波器材料的原因。方鉛礦是硫化鉛,是第一種被發現的半導體。此外,銅、鋅、銀、汞等金屬都有硫化物,它們往往共生在一起。特別是銀和汞,表現出極強的親硫性。常溫下,氧氣奈何不了銀和汞;但氧化性明顯弱於氧氣的硫,只要跟它們一接觸就會化合。

天然的硫酸鹽中以石膏(硫酸鈣)和芒硝(硫酸鈉)為最豐富。從它們的天然礦石中就可以大量製取。此外明礬石(硫酸鋁鉀)、重晶石(硫酸鋇)、天青石(硫酸鍶)也是重要的硫酸鹽礦物。

除了以上提及的含硫礦物外,最常見的硫化合物就是二氧化硫和硫化氫。

二氧化硫的氣味,相信很多人都聞到過,只是不知道是它罷了。煙花爆竹燃放過後,空氣中瀰漫著的氣味,很大程度上就是二氧化硫造成的。過去在北方,每逢冬季,特別是在農村,當千家萬戶使用煤爐取暖燒飯的時候,也經常能聞到一些刺激性的氣味,那同樣是二氧化硫,因為煤炭中通常也含有少量的硫。

即使沒有人類的活動,空氣中也含有微量的二氧化硫。在適當的條件下,二氧化硫會被氧化成三氧化硫,遇水就是硫酸。幸好地球大氣中的硫酸極少,大家不必杞人憂天。而酸雨更多的是人類活動造成的。人們向大氣中排放了大量二氧化硫,與水形成亞硫酸,是酸雨的主要貢獻者。當然還有氮的氧化物和其它酸性物質,但二氧化硫是最主要的因素,它們來自化石燃料的燃燒,特別是煤炭的燃燒。木柴和作物秸稈的燃燒也會貢獻少量的二氧化硫,畢竟生物體內都是含硫的。

二氧化硫溶於水就是亞硫酸,它會與許多顯色的有機物化合,生成不穩定無色的物質,從而有明顯的漂白脫色的作用。人們常用亞硫酸來給紙漿和紙張脫色,在食糖生產中也用亞硫酸給原糖漂白脫色。用點燃的硫磺來燻蒸也可以起到漂白的作用,以前製作草帽的小作坊常用這種方式來給產品“美容”。這樣處理過的草帽顏色白亮,但時間久了,又會變回原來的樣子。一些不法商人用硫磺燻蒸白木耳,這對人體能造成多大傷害很難評估,但違反了食品安全的相關規定則是無可辯駁的。

相信許多人第一次看到紅酒的成分表裡居然出現了二氧化硫,恐怕會吃驚得掉了下巴,甚至會嘀咕,是不是印刷錯誤,把二氧化碳印成二氧化硫了。不光是國產酒,進口紅酒也是一樣。萬能的百度告訴我們,二氧化硫起到保鮮、防腐、抗氧化的作用,並不僅僅是葡萄酒有這種需求,很多其他的食物加工中也會有這樣的需求。二氧化硫及其衍生物,也就成了一種很有用的食品新增劑,像腐竹、竹筍這樣的食物對此都有相當的需求。從防腐的角度來說,二氧化硫的使用範圍更為廣泛。各種乾製蔬菜水果、堅果、蔬菜汁、果汁、果酒中,都可以找到它們的身影。

愛吃臭豆腐嗎?那可是有名的黑暗料理。最出名的要數長沙火宮殿的油炸臭豆腐了,那真是“臭名遠揚”啊!不過,喜愛它的可是大有人在的,他們說臭豆腐是“聞著臭,吃著香”。這種臭味裡面,就包含著另一種硫的化合物——硫化氫。

在隔絕空氣的情況下,約400℃時硫與氫作用形成硫化氫。實驗室裡製備時常用強酸與硫化物反應制取。硫化氫溶於水就是氫硫酸,一種弱酸,沒什麼存在感。

動物死後屍體腐爛時會散發出令人難以忍受的惡臭,儘管成分十分複雜,但總少不了一種氣體——硫化氫,跟臭豆腐中的沒任何區別。許多有機物難聞的味道來自於它們所含有硫化氫之類的化合物。這些化合物有一股特別的臭雞蛋味道。

神奇的大自然造就了神奇的生物世界。人和不少動物對這種腐臭的味道十分敏感。這種氣味對食腐動物來說意味著食物;對人來說意味著疾病的威脅。過去,人們利用對這種臭味的敏感性,有意把極微量的硫化氫加入到一些無味、但很危險的氣體中,比如一氧化碳。這樣,當輕微的洩露發生時,人們就能聞到,從而實現了報警。當然,硫化氫的這一用途已經被其它更安全高效的氣體取代。

如果有人告訴你,硫化氫是你接觸過最多的毒氣,你沒準會蒙圈。雖說幾乎人人都聞過臭雞蛋味,可畢竟不是天天聞啊!不過這種說法還真的不是瞎說。這種“毒氣”就是我們每天放的屁!雖然各人的屁有各自不同的臭,但都有硫化氫深藏其中,那股難聞的味道就有它的一份功勞。我們吃進的食物中大多含有硫,這些成分在我們的腸道里被各種微生物加工、分解,產生的的廢棄物中就包含了少量的硫化氫。而人體透過放屁、排便釋放出了這些毒氣,人們就聞到了。

大約在1750年,一位名叫卡爾·威廉·舍勒(Carl Wilhelm Scheele)的瑞典年輕人應聘成為了藥店的夥計——美其名曰藥劑師。有意思的是他的老闆從來不給他多少活幹,所以他有大量的時間用來閱讀和實驗,最終,他成功地成為了一名化學家。他們那個年代的化學家對於毒性還沒有很好的認識,常常還會幹一些“神農嘗百草”之類的事情,他也不例外。

某一天,他在用硫酸蒸餾亞鐵氰化鉀時,注意到了一種“強烈,奇特且不難聞的氣味。”他還用舌頭嚐了一下這種氣體的水溶液,據他記錄是一種“略帶甜味,但還有點兒辣嘴的味道。”今天我們一般會用“苦杏仁味”來描述這種氣體——沒錯,他當時嘗的是氫氰酸……

看來這哥們是有幸運女神保護的,確實不簡單,不過一次還不算什麼,之後的某一天他在用一種無機酸處理硫化亞鐵(黃鐵礦)時, 好像又聞到了什麼,於是他湊近一聞……好臭!他形容這種氣體是“一股硫腥味,惡臭”,沒錯,這就是硫化氫,看來此刻幸運女神再次伴他左右,他還是沒事!第一個發現氰化氫和硫化氫的是同一人,而且還都聞了,且安然無恙的狠人就此誕生!

硫化氫到底有多毒呢?在下面這份《中華人民共和國安全生產行業標準含硫化氫天然氣井公眾危害程度分級方法AQ2017-2008》中我們可見一斑,在空氣中的體積比例只需要達到萬分之五(500ppm)“短期暴露後就會不省人事,如不迅速處理就會停止呼吸”;萬分之七(700ppm)會讓人“意識快速喪失,如果不迅速營救,呼吸就會停止並導致死亡”;千分之一(1000ppm)就會“立即喪失知覺,結果將會產生永久性的腦傷害或腦死亡”,也就是說這種濃度的硫化氫只要吸上一口,就讓人立刻斃命!

這就是所謂的劇毒。有人會覺得,如果屏住呼吸就能從毒氣中穿過。天真!你有沒有試過在路過吸菸者時憋氣加速穿過,是不是仍然能聞到煙味?

最可怕的地方就在這裡,硫化氫只要從你的鼻孔漏進去一點點,就會刺激鼻竇神經,引發不可控制的深呼吸!不僅吸了會死,還會強迫你大口吸,空手情況下幾乎沒有任何反應和逃生的機會。

可能又會有人說了,既然如此,那就躲遠點好了,只要一聞到臭味就趕緊逃走。這個說法看似有道理,不過,請先了解一個非常糟糕的事實:如果你能聞到臭味說明硫化氫的濃度還不足以致人死地;如果已經到了足以殺人的濃度了,很抱歉,硫化氫會麻痺你的嗅覺神經,你什麼也聞不到……

硫化氫可以從很多角度對人類產生殺傷,比較重要的有兩條:一個是刺激引發急性呼吸窘迫綜合徵(ARDS);另一個則是內窒息。

為什麼一種毒氣可以如此神速地起效果?按道理來說人這麼大的一個動物,要想讓毒氣生效就必須要經過血液迴圈讓有毒物質運送到身體各處才是啊!

其實並非如此,人體的構造比想象中的要複雜。

人在脖子上有一個名為動脈體化學感受器的結構,它可以在一定程度上調控呼吸,而它又受到鼻竇神經的反饋刺激,硫化氫可以麻痺神經,這種麻痺被稱為“電擊式麻痺”,神經就像觸電一樣,失去控制瘋狂地輸出著電訊號,於是動脈體化學感受器的功能就會被擾亂,對肺部的呼吸肌發出不正常的訊號,於是就會出現肺部肌肉先是出現痙攣(深呼吸),隨後出現抑制(停止呼吸)的現象。

呼吸暫停倒是不算太嚴重的問題,硫化氫的真正殺人王牌在於內窒息,和氰化物同樣的手法。

所謂內窒息自然就是指不同於一般的窒息了。通常我們所認識的窒息都是沒法得到氧氣而已,有的是因為呼吸受阻,比如異物卡住氣管;有的是因為氧氣缺乏,比如山洞、深井窒息。而內窒息則是指從生物化學的角度發生的窒息現象,我們最常見的內窒息案例就是煤氣中毒了。煤氣就是一氧化碳,它可以與紅細胞中的血紅蛋白結合,把本來屬於氧氣的位置給佔了,這樣血液就失去了運送氧的能力,中毒者就會逐漸失去行動能力乃至意識,最終因腦細胞缺氧死亡。

但是很明顯,就算不能吸入新的氧氣,人依然可以堅持至少三至十分鐘,不可能在呼吸之間就死亡。那麼硫化氫到底是用了什麼手段,可以一下子讓人失去意識呢?

所謂的呼吸不只是一呼一吸而已,是從氧吸入身體開始,到變成細胞內的ATP(三磷酸腺苷)的一整套流程。ATP是細胞活動的直接能量來源。在細胞內的能量轉換過程中,名為“細胞色素C氧化酶”的大分子蛋白質是參與其中的。硫化氫中毒時,大多數分子在體內解離成HS-離子, 與細胞色素C氧化酶中的鐵離子結合, 這樣酶就失去了功能,細胞裡的一切生化反應全部停機(包括呼吸作用),腦細胞的神經反射也立即停止,人立即失去意識。

這個過程和氰化物中毒如出一轍,所以它們的中毒速度都極其驚人;這可是釜底抽薪式的斷供,細胞的個頭極小,它們裡面的生化反應原料根本沒有庫存,一但中斷就會在一瞬間停機。

人在失去意識和呼吸後,暫時的停機就會變成真正的沒有氧氣供應,而這會導致腦細胞因代謝毒性而大量死亡,腦細胞這個東西是幾乎不能複製和修復的,所以傷害是永久且不可逆的,很多搶救回來的人變成了腦死亡(俗稱植物人)就是這個原因。

沒想到我們居然都已經吸這種致命毒氣這麼多回了!想想還真是可怕。

不過沒關係的,拋開劑量談毒性就是耍流氓。屁的硫化氫濃度非常低,從來沒有人因為屁中毒而死的,不是嗎?

以前的化學課本上提到,硫化氫中毒時,可用氯氣解毒。理論倒是容易理解,氯氣的強氧化性可以把硫化氫氧化成硫。不過且慢,這不是全部。硫化氫與氯氣反應的生成物除了硫之外,還有氯化氫,它的水溶液就是鹽酸。反應是要是有水參與,反應產物就是硫酸和鹽酸。所以,氯氣是否真的可以用來解硫化氫之毒,實在是值得懷疑的。難道真的是“以毒攻毒”,“兩害相權取其輕”?

沒有人精確地知道硫化氫被人察覺的下限濃度是多少,網上能查到的資料也各不相同。綜合來看,當濃度達到0。05ppm時就會聞到氣味;4。6ppm時就是惡臭味;中國認可的對人安全的標準是20ppm。這種環境下,即使是無害,恐怕也是難以忍受的,沒被毒死,卻被臭死了。一旦超過50ppm,人的嗅覺神經就開始被抑制了。

1900年,兩位法國兩位化學家亨利·莫瓦桑 (Henri Moissan)和勒博合成了一種人造惰性氣體六氟化硫(SF6),它的化學性質跟氮氣極為相似,密度大約是空氣的五倍,把它加熱到500℃也不會分解,並且不跟熔融的鹼反應。1940年前後,美國軍方將其用於曼哈頓計劃。1947年投入商業用途,目前被用於電氣工程、半導體處理、鎂提純過程的填充氣等。

正常環境中,六氟化硫性質穩定,無毒,電氣絕緣強度很高,在均勻電場中約為空氣絕緣強度的2。5倍,對電弧的冷卻作用比空氣強約100倍,從上世紀五十年代末開始被用作高壓斷路器的滅弧介質。在超高壓和特高壓斷路器中,六氟化硫作為滅弧介質,已完全取代油,並已大量取代了壓縮空氣。

從上世紀六十年代中期起,六氟化硫被廣泛用作高壓電氣裝置的絕緣介質。六氟化硫氣體絕緣的變壓器具有防火防爆的優點,這種配電變壓器特別適用於人口稠密的地區、高層建築和有防爆要求場所的供電。六氟化硫氣體絕緣的超高壓變壓器已研製成功,全氣體絕緣變電所將是變電技術發展的一個方向。

從上世紀七八十年代起,科學家們就在不斷探索優於六氟化硫的絕緣氣體。考慮到環保要求,六氟化硫氣體今後必然被新型絕緣材料所取代——六氟化硫是一種很強的溫室氣體,並且還會破壞大氣的臭氧層。研究發現,等體積六氟化硫和氮氣的混合氣體是優異的滅弧媒介,目前已經開始使用。

二硫化碳也是一種重要的硫化合物,經常被當作溶劑應用於許多行業中;硫代硫酸鹽,比如硫代硫酸銨就或許可以代替氰化物來洗金;亞硫酸鹽是有力的還原劑;聚合的氮化硫有金屬特性,儘管它不含任何金屬,這個聚合物還是顯示出特別的電學和光學特性。

硫酸鹽一定是最重要的硫化合物。讓我們先看看常見的家族成員吧:硫酸銨、硫酸銅、硫酸鈉、硫酸鋅、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鐵……而提到硫酸鹽,就不能不說到硫酸,要知道,三酸兩鹼可是現代化工的基礎啊!

所謂三酸兩鹼指的是硫酸、硝酸、鹽酸、燒鹼(氫氧化鈉)與純鹼(碳酸鈉)。這裡只談硫酸。

一般認為硫酸發現於公元八世紀。阿拉伯煉丹家賈比爾透過乾餾硫酸亞鐵晶體得到硫酸。而在古代中國,稀硫酸被稱為“綠礬油”。公元650~683年唐高宗年間,煉丹家孤剛子在其所著《黃帝九鼎神丹經訣》卷九中就記載著“煉石膽取精華法”,即乾餾石膽(膽礬)而獲得硫酸,比阿拉伯人還早。但此觀點似乎不太被人認可。

無水硫酸為無色油狀液體,10。36℃時結晶,密度1。84 g/cm,沸點338℃,能與水以任意比例互溶,同時放出大量的熱,使水沸騰。硫酸也可被製成其他形態。例如,將高濃度的三氧化硫通入硫酸可製成發煙硫酸,當三氧化硫與硫酸比例為一比一時,產物為焦硫酸(H2S2O7),常溫時焦硫酸為固體,它的熔點是36℃。純硫酸加熱至290℃時分解放出部分三氧化硫,直至酸的濃度降到98。3%為止,這時的硫酸就是恆沸溶液——此時無論怎麼沸騰,硫酸總是保持98。3%的濃度,既不會變濃,也不會變稀。出於方便運輸的考慮,硫酸通常製成98%的濃度。

十七世紀,德國化學家約翰·魯道夫·格勞伯將硫與硝酸鉀混合蒸汽加熱製出硫酸,在這個過程中,硝酸鉀分解並氧化硫,令其成為能與水混合並變為硫酸的三氧化硫。於是,在1736年,倫敦藥劑師約書亞·沃德用此方法開始了大規模的硫酸生產。

1746年,約翰·羅布克運用這個原理,在伯明翰首創鉛室法,以更低成本有效地大量生產硫酸。經過多番的改良後,這個方法在工業上被採用了將近兩個世紀。羅布克創造的這個生產硫酸的方法能製造出濃度為65%的硫酸,後來,法國化學家蓋-呂薩克(Joseph Louis Gay-Lussac)以及英國化學家約翰·格洛維爾將其改良,使之能製造出濃度達78%的硫酸,可是這濃度仍不能滿足一些工業上的用途。

格勞伯方法和鉛室法的基本原理都是用高價的氮氧化物來氧化硫,直到生成三氧化硫。塔式法的也是同樣的原理。直到1831年,英國制醋商人飛利浦(Peregrine Phillips)發明了接觸法,能以更低成本製造出三氧化硫以及硫酸,這種方法在現今已被廣泛運用。接觸法的不同之處在於,在二氧化硫變成三氧化硫的過程中不再有氮的參與,而是在催化劑的作用下,直接被氧氣氧化。早期用鉑做催化劑,目前常用的是五氧化二釩。

無水硫酸的酸性體現在給出質子(氫離子)的能力,純硫酸仍然具有很強的酸性。98%的濃硫酸與純硫酸的酸性基本上沒有差別,而溶解三氧化硫的發煙硫酸是一種超酸體系,酸性強於純硫酸。關於酸性存在一種誤區,即稀硫酸的酸性強於濃硫酸,這種想法是不很嚴謹的。在中學化學的範圍內,基本上可以認為稀硫酸的酸性強於濃硫酸;但如果按照酸鹼電子理論,答案正好是相反的。的確,稀硫酸第一步電離完全,產生大量的水合氫離子;但是濃硫酸和水一樣,自身自偶電離會產生一部分硫酸合氫離子,正是這一部分硫酸合氫離子,雖然少,但是酸性卻要比水合氫離子強得多,所以純硫酸的哈米特酸度函式高達-11。93。哈米特酸度函式可以衡量酸性強弱,負的絕對值越大,酸性越強。純硫酸的酸性在常見含氧酸中僅次於高氯酸,排行第二。

濃硫酸有很強的脫水性。物質被濃硫酸脫水的過程是化學變化,反應時,濃硫酸按水分子中氫氧原數的比例(2:1)奪取被脫水物中的氫原子和氧原子或脫去非遊離態的結晶水。

可被濃硫酸脫水的物質一般為含氫、氧元素的有機物,象蔗糖、木屑、紙張和棉花等,被脫水後生成了黑色的炭,這個過程稱作炭化。一個典型的炭化現象是蔗糖的“黑麵包反應”。在燒杯中放入蔗糖,加入幾滴水,攪拌均勻。然後再加入98%的濃硫酸,迅速攪拌。觀察實驗現象。可以看到蔗糖逐漸變黑,體積膨脹,形成疏鬆多孔的海綿狀的炭。

將一瓶98%的濃硫酸敞口放置在空氣中,其質量將增加,密度將減小,濃度降低,體積變大,這是因為濃硫酸具有吸水性。不知道濃度降低到多少的時候它才會停止吸水,沒有找到相關資料。利用這一特性,工業上濃硫酸常被用做脫水劑和乾燥劑。實驗室裡更是常用來作為氣體的乾燥劑。

濃硫酸有強氧化性,這是中學化學知識。常溫下濃硫酸能使鐵、鋁等金屬鈍化;加熱時,濃硫酸可以與除銥、釕之外的所有金屬反應,包括鉑與金,生成高價金屬硫酸鹽,本身被還原成二氧化硫、單質硫乃至硫化氫或金屬硫化物。在338℃的沸騰的濃硫酸中,鉑以每年0。4毫米以上的速率被腐蝕;金被腐蝕的速度則慢得多。熱的濃硫酸可以將碳、硫、磷等非金屬單質氧化到高價態的氧化物或含氧酸,本身被還原為二氧化硫。硫化氫、溴化氫、碘化氫等還原性氣體也能被濃硫酸氧化。

濃硫酸能對皮肉造成極大傷害。正如其他具腐蝕性的強酸強鹼一樣,硫酸可以迅速與蛋白質及脂肪發生醯胺水解作用及酯水解作用,從而分解生物組織,造成化學性燒傷。濃硫酸還會與生物組織中的有機物發生脫水反應並釋放出大量熱能,除了造成化學燒傷外,還伴有熱灼傷。因此,由濃硫酸所造成的傷害,很多時都比其它的強酸來得大。舊時教科書認為,為了避免濃硫酸與水接觸後放出大量的熱進一步傷害面板,應當用乾燥的布將面板上的濃硫酸擦去再行處理。然而在實際操作中,就如其他腐蝕性物質,第一時間用大量清水沖洗至少十分鐘才是最有效的辦法,大量的水能夠迅速冷卻受損組織並帶走熱量。由於濃硫酸接觸面板後會迅速將面板炭化,用乾布擦拭可能會將已受損的面板擦破甚至擦掉。

如果是很稀的硫酸濺到衣物和面板上,只要沒進眼睛,一般不會有任何問題。不過你還是需要處理一下,用大量水沖洗面板,衣物最好也脫下洗一洗,不然的話,過一段時間面板就會疼痛,衣物也可能被燒壞,因為隨著稀硫酸裡的水分蒸發,硫酸的濃度越來越高。本人的親身經歷,有一次做實驗不小心將稀硫酸滴到實驗臺上,濺起的微小液滴沾到衣服上,因為數量太過微小,在衣服上甚至看不到被液體浸溼的痕跡,也就沒做任何處理。過幾天衣服洗完晾乾,發現在前襟的位置上多出了四五個排列成圓弧形的均勻的小圓點,每個點還不到小米粒大。那是微小的硫酸液滴腐蝕造成的,因為是化纖布料,加上硫酸量極少,最終只是造成染料褪色。如果是天然布料恐怕就沒那麼幸運了。另一次是給鉛酸蓄電池加水,也不知怎麼弄的,電解液沾到衣服上,當時沒發現,第二天用手一碰,衣服上出現了好幾個不大不小的破洞,周邊的布料都酥了。這回穿的是棉質衣服。

稀硫酸能與多數金屬和絕大多數金屬氧化物反應,生成相應的硫酸鹽;中學階段可以使用經過鹽酸酸化的氯化鋇來檢測硫酸根離子的存在。稀硫酸一級電離完全,二級電離約10%,也就是說溶液中仍存在大量的硫酸氫根離子,即使是在0。1mol/L的硫酸氫鈉溶液中,硫酸氫根也只電離了約30%。

用硫酸亞鐵晶體加強熱,分解產物中便有硫酸。這是實驗室製取硫酸的方法之一,也是古代阿拉伯人制硫酸所用的方法。把硫酸亞鐵換成硫酸銅,反應結果一樣,這便是中國古人的方法。大同小異。

在金星的上層大氣中也能找到硫酸。這層厚厚的、離星球表面約45~70公里的硫酸雲層覆蓋整個星球表面,不斷地釋出酸雨。由伽利略號探測器傳來的影像顯示,木星的一個衛星木衛二(歐羅巴)上,似乎也有硫酸的存在。或許宇宙中的硫酸比我們想象的更多。

不光是人類會製造和利用硫酸,在生物界,有一種海蛞蝓能噴射含硫酸的分泌物來禦敵。原來,硫酸還是一種化學武器呢!

硫是組成生命的元素,按重要性排位,可能僅次於碳、氫、氧、氮。硫是鐵硫蛋白的一個組成部分。半胱氨酸、蛋氨酸、同型半胱氨酸和牛磺酸等氨基酸和一些常見的酶都含硫,是所有細胞中必不可少的一種元素。在蛋白質中,多肽之間的二硫鍵是蛋白質構造中的重要組成。有些細菌在一些類似光合作用的過程中使用硫化氫作為電子提供物,而一般植物使用水來起這個作用。在“海底黑煙囪”周圍,這類細菌廣泛存在,對人極毒的硫化氫居然是它們的“食物”!植物以硫酸鹽的形式從土壤中吸收硫,進入植物體後,一部分保持不變,大部分被還原成硫,並進一步轉化為半胱氨酸、胱氨酸和甲硫氨酸等。硫也是硫辛酸、三磷酸腺苷等的組成。植物缺硫的症狀似缺氮,包括缺綠、矮化、積累花色素苷等。不過,缺硫造成的缺綠是從嫩葉開始的,而缺氮則是在老葉中率先出現的,因為硫不易移動到嫩葉,氮則可以。

再回到硫磺。空氣中含有一定濃度硫磺粉塵時不僅遇火會發生爆炸,而且硫磺粉塵也很容易帶靜電產生火花導致爆炸,繼而燃燒引發火災。一般情況下硫磺粉塵比易燃氣體更易發生爆炸,爆炸下限濃度為2。3g/m3,所幸燃燒速度和爆炸壓力比易燃氣體小。人體吸入硫磺粉塵後還會引起咳嗽、喉痛等。因為硫磺可在腸內部分轉化為硫化氫而被人體吸收,所以大量吞入,比如十克以上,就可能導致硫化氫中毒。總體而言,只要不服用,接觸硫磺對人是安全的,所以中國、美國都沒制定接觸限制標準。

許多隕石中含有硫。木衛一(伊奧)表面的黃色據說主要是它的火山釋放的硫造成的。月球上阿利斯塔克環形山中比較暗的地區也可能是硫形成的。基於人類對外星資源的興趣強烈提升,木衛一的硫磺也曾經是研究考慮開採的物件。不過這個腦洞開得有點大,從可以預見的未來看,這都不是一個好主意。但是,誰又能說人類不需要異想天開的夢想呢?萬一哪天實現了呢?

大屯火山怎麼讀?硫是第16號元素,硫是第三號元素,硫是什麼意思?

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