Θείο – Αλλοτροπικές Μορφές

Εισαγωγή:Θείο – Αλλοτροπικές μορφές

Αλλοτρόπιο του θείου κατατάσσεται στην ομάδα 16 του περιοδικού πίνακα. Αποτελεί το 0,17% του φλοιού της γης. Το θείο δεν είναι μια μεταλλική, δηλαδή μη μεταλλική ένωση που παράγεται ως υποπροϊόν της παραγωγής φυσικού αερίου.

General Properties Sulphur 

Εξετάστε τα σημαντικά φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά του σουλφιδίου που σχετίζονται με διάφορες εφαρμογές.

Φυσικά Χαρακτηριστικά:Αλλοτρόπιο του θείου

• Το θείο φαίνεται να είναι κίτρινο.

• Το νερό δεν μπορεί να διαλύσει αυτή τη χημική ουσία. Στο τολουόλιο, είναι πολύ διαλυτό (μεθυλοβενζόλιο) και δισουλφίδιο του άνθρακα.

• Το αλλοτρόπιο του θείου δεν είναι κατασκευασμένο από μέταλλο και θεωρείται κακός αγωγός της θερμότητας και του ηλεκτρισμού.

• Όταν φτάνουμε σε ένα ορισμένο σημείο συμπύκνωσης ατμών θείου, παίρνουμε μια σκόνη που είναι πολύ λεπτή και σχηματίζει ένα σχέδιο που μοιάζει με λουλούδι. Το «άνθος του θείου» είναι το όνομα που δόθηκε σε αυτό το λουλούδι.

Χημικά χαρακτηριστικά:Αλλοτρόπιο του θείου

• Υπό συγκεκριμένες συνθήκες, τα μέταλλα και τα αμέταλλα αντιδρούν με το θείο.

• Οξείδιο του θείου (IV) και λίγο οξείδιο του θείου (VI) παράγονται όταν το θείο καίει περισσότερο από τον αέρα.

S + O2 →SO2

S + O2 →SO3

• Μια αντίδραση σε υψηλή θερμοκρασία μεταξύ αυτής της ένωσης και του υδρογόνου έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό υδρόθειου.

S + H2 →H2S

• Είναι επίσης δυνατό να παραχθεί δισουλφίδιο του άνθρακα, ένα υγρό, συνδυάζοντας θειικό οξύ και ζεστό κοκ.

Διαφορετικές αλλοτροπικές μορφές θείου 

Το θείο δημιουργεί μια ποικιλία αλλοτρόπων, αλλά ας επικεντρωθούμε στις δύο πιο βασικές αλλοτροπικές μορφές θείου προς το παρόν.

Το κίτρινο ρομβικό Sulfur (α-Sulphur) και το μονοκλινικό Sulfur (β-Sulphur) είναι θειούχοι τύποι. Η πιο συναρπαστική πτυχή είναι ότι η θερμική σταθερότητα και τα αλλότροπα της ένωσης του θείου είναι αλληλομετατρέψιμα, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να μετατραπούν το ένα στο άλλο. Σημαίνει ότι το ρομβικό θείο μετατρέπεται σε μονοκλινικό θείο όταν θερμαίνεται σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από 369 Κ. Εξετάστε τα ακόλουθα δύο αλλότροπα θείου σε μεγαλύτερο βάθος.

α-Θείο ή Ρομβικό Θείο

Είναι ο πιο κοινός τύπος αλλότροπου θείου και παράγεται με αργή εξάτμιση ενός διαλύματος θείου σε κυλίνδρους σε CS2 μέχρι να σχηματιστούν οκταεδρικοί κρύσταλλοι θείου. 2,06 g cm3 είναι το ειδικό βάρος του. Λιώνει στους 385,8 βαθμούς Κελσίου. Αυτή είναι η πιο σταθερή κατάσταση του Θείου σε θερμοκρασία δωματίου, και όλες οι άλλες συνθήκες του Θείου μετατοπίζονται σε αυτήν την κατάσταση όταν μένουν όρθιες.

Είναι αδιάλυτο στο νερό και διαλυτό σε βενζόλιο, αλκοόλη και αιθέρα σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό. Ωστόσο, είναι επιλύσιμο στο CS2. Είναι κακός αγωγός θερμότητας και ηλεκτρισμού. Έχει ειδικό βάρος 2,07 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό. Το χρώμα είναι έντονο κίτρινο. Το ρομβικό θείο υπάρχει με τη μορφή μορίων S8. Τα άτομα θείου ομαδοποιούνται σε μια διαμόρφωση τμηματικού δακτυλίου.

Μονοκλινικό θείο ή β-θείο

Το ρομβικό θείο λιώνεται σε ένα πιάτο και αφήνεται να κρυώσει μέχρι να σχηματιστεί μια κρούστα, έτσι γίνεται αυτό το θείο. Το υπόλοιπο υγρό στραγγίζεται με διάνοιξη δύο φρεατίων στην κρούστα. Βελονοειδείς κρύσταλλοι β-θείου σχηματίζονται όταν η κρούστα αποξέεται. Όπως το ρομβικό θείο, είναι διαλυτό σε διθειάνθρακα, μια θαμπή κίτρινη κρυσταλλική ουσία. Με 1,98 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό, είναι η ελαφρύτερη ουσία στον κόσμο. Είναι ένα σημείο τήξης 393 μοιρών Kelvin. Τα μονοκλινικά μόρια θείου έχουν συσσωρευμένους δακτυλίους, παρόμοιους με τα ρομβικά μόρια Sulfur As S8.

Ωστόσο, η κρυσταλλική συμμετρία των δύο μορφών διαφέρει. Πάνω από 369 K, είναι σταθερό, αλλά κάτω από αυτό το σημείο, αποικοδομείται σε α-Θείο. Αντί για β-θείο, το οποίο παραμένει σταθερό κάτω από 369 K, το β-θείο υφίσταται χημική αντίδραση. Ως αποτέλεσμα, και οι δύο μορφές μπορούν να επιβιώσουν και να ευδοκιμήσουν στους 369 βαθμούς Κελσίου. Η θερμοκρασία αλλαγής είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει αυτό το χρονικό σημείο.

Ως αποτέλεσμα, το ρομβικό και το μονοκλινικό θείο περιέχουν και τα δύο μόρια S8. Αυτά τα μόρια S8 συσκευάζονται για να σχηματίσουν μια ποικιλία κρυσταλλικών δομών. Ο δακτύλιος S8 είναι σφιγμένος και στις δύο παραλλαγές και έχει σχήμα κορώνας. Άλλα αλλότροπα του θείου είναι τα εξής.

Πλαστικό θείο

Το πλαστικό θείο είναι μια άλλη αλλοτροπική μορφή θείου. Το πλαστικό θείο δημιουργείται με την έκχυση λιωμένου θείου σε κρύο νερό, σχηματίζοντας μια μαλακή μάζα που μοιάζει με καουτσούκ, γνωστή ως πλαστικό θείο. Είναι μια ένωση θείου που είναι άμορφη. Είναι πρώτα μαλακό και ελαστικό αλλά προοδευτικά σκληραίνει και μετατρέπεται σε ρομβικό θείο. Δεν έχει καλά καθορισμένο σημείο τήξης. Το ειδικό του βάρος είναι 1,95 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό. Ο δισουλφίδιο του άνθρακα είναι αδιάλυτος σε αυτό. Το πλαστικό θείο ταξινομείται ως υπερψυγμένο υγρό, πράγμα που σημαίνει ότι ψύχθηκε γρήγορα κάτω από το σημείο πήξης του και δεν είχε καμία πιθανότητα να κρυσταλλωθεί.

Κολλοειδές θείο

Παρακάμπτοντας το υδρόθειο σε ένα κορεσμένο και ψυχρό διάλυμα διοξειδίου του θείου στο νερό, μπορούμε να δημιουργήσουμε αυτόν τον τύπο θείου. Εναλλακτικά, το νερό μπορεί να υποστεί επεξεργασία με την προσθήκη διαλύματος αλκοόλης και θείου. Ο δισουλφίδιο του άνθρακα είναι επίσης ένας διαλύτης για αυτό. Αυτή η ένωση έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί σε φαρμακευτικά προϊόντα.

Θειιούχο γάλα

Μπορούμε να συνθέσουμε αυτό το θείο αντιδρώντας θειούχο αμμώνιο με ασθενές υδροχλωρικό οξύ. Το θείο και το υδροξείδιο του ασβεστίου βράζονται μαζί για να παραχθεί αυτό το γάλα θείου ομοίως (το οποίο γίνεται υδατικό διάλυμα). Το θείο γάλα μπορεί να παρασκευαστεί με διήθηση αυτού του μείγματος και προσθήκη μικρού υδροχλωρικού οξέος.

Όσον αφορά την εμφάνιση, αυτή η ένωση είναι κρυσταλλική και λευκή. Το θείο γίνεται συμβατικό κίτρινο όταν θερμαίνεται, επιτρέποντάς μας να το χρησιμοποιήσουμε ως φαρμακευτικό συστατικό. Ο δισουλφίδιο του άνθρακα είναι ένας διαλύτης για αυτό.

Αλλοτροπικές μορφές θείου:  Εφαρμογές

Εξετάστε τις ακόλουθες σημαντικές εφαρμογές του θείου

• Οι ενώσεις του θείου μπορούν να προάγουν την ανάπτυξη συγκεκριμένων μυκήτων στα αμπέλια.
• Το θείο είναι ένα συχνό συστατικό στη σύνθεση του τετραοξοθειικού (VI) οξέος. Επιπλέον, αυτή είναι η κύρια εφαρμογή του Sulphur.
• Το θείο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή όξινου τετραοξοθειικού ασβεστίου (IV), Ca(HSO3)2. Αυτή η ένωση χρησιμοποιείται επίσης ως λευκαντικό ξυλοπολτού στην επιχείρηση χαρτοποιίας.
• Το θείο είναι ένα κρίσιμο και συχνά χρησιμοποιούμενο συστατικό στον βουλκανισμό του καουτσούκ. Αυτή η διαδικασία σκληραίνει και σκληραίνει το καουτσούκ συγκεντρώνοντας τα μόρια του καουτσούκ μαζί.
• Το θείο χρησιμοποιείται στην κατασκευή χρωμάτων.
• Το θείο χρησιμοποιείται εκτενώς για την παρασκευή ενώσεων θείου, όπως CS2 και μονοχλωριούχο θείο και δισουλφίδιο του άνθρακα, S2Cl2.
• Χρησιμοποιείται συχνά σε αλοιφές.
• Το θείο είναι επίσης απαραίτητο συστατικό των σουλφιδίων, συμπεριλαμβανομένου του θειούχου φωσφόρου. Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή πυρίτιδας, σπίρτων και κροτίδων.

Συμπέρασμα

Το θείο μπορεί να βρεθεί σε διάφορες δομές με την ίδια φυσική μορφή. Ωστόσο, το πιο αποτελεσματικό κρυσταλλικό αλλοτρόπο του θείου είναι το ρομβικό ή οκταεδρικό θείο (α-θείο) και το μονοκλινικό θείο (β-θείο). Σε θερμοκρασίες μικρότερες από 96°C, παρατηρούμε το σχηματισμό ρομβικού θείου. Από την άλλη πλευρά, το μονοκλινικό θείο εμφανίζεται σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες από 96°C.

Οι 96°C είναι η κρίσιμη θερμοκρασία για τη μετάβαση μεταξύ των δύο κρυσταλλικών μορφών. Υπάρχει ένα άλλο αλλοτρόπο θείου γνωστό ως πολυμερικό θείο (S8). Είναι ένα σωματίδιο δακτυλίου που αποτελείται από οκτώ συστατικά. Αυτή η ουσία είναι αδιάλυτη σε οργανικούς διαλύτες και στο συνθετικό και φυσικό καουτσούκ. Επιπλέον, είναι αδιάλυτο σε δισουλφίδιο του άνθρακα.