Αλλοτρόπες του Θείου

Η ιδιότητα των χημικών στοιχείων να υπάρχουν σε πολλές διαφορετικές μορφές στην ίδια φυσική κατάσταση είναι γνωστή ως αλλοτροπισμός ή αλλοτροπία. Αυτές οι μορφές ονομάζονται και αλλοτροπικά στοιχεία. Το θείο είναι ένα αμέταλλο με ατομική μάζα 40 και ατομικό αριθμό 16, που ανήκει στην οικογένεια των χαλκογόνων της ομάδας 16 και της περιόδου 3 του σύγχρονου περιοδικού πίνακα μεγάλης μορφής. Υπάρχουν διάφοροι τύποι αλλοτρόπων θείου. Όλα τα αλλότροπα χωρίζονται σε δύο ομάδες - κρυσταλλικές και άμορφες μορφές. Οι κρυσταλλικές μορφές διακρίνονται περαιτέρω σε ορθορομβικές και μονοκλινικές μορφές. Οι άμορφες μορφές χωρίζονται περαιτέρω σε τρεις μορφές-πλαστικές, κολλοειδείς και γάλα θείου.

Από τα αλλότροπα του θείου, η κίτρινη ρομβική και η μονοκλινική μορφή είναι πιο σημαντικές. Αυτά τα έντυπα είναι εναλλάξιμα μεταξύ τους υπό ειδικές συνθήκες. Τον περασμένο αιώνα, σε αυτά τα αλλότροπα δόθηκαν παραδοσιακές ονομασίες όπως θείο μητέρα του μαργαριταριού, θείο του Muthmann I, θείο του Engel κ.λπ. Από τις πέντε μορφές αλλοτρόπων, οι δύο είναι μεταλλικές. Ο αριθμός των αλλοτρόπων θείου αντανακλά τη σχετική σταθερότητα του ισχυρού δεσμού S – S ενέργειας διάστασης δεσμού 265 KJ/mol.

Ρομβικό θείο 

Κοινώς ονομάζεται - θείο, αυτό το αλλοτρόπιο είναι κίτρινο και έχει σημείο τήξης 385,8 K και ειδικό βάρος 2,06. Οι κρύσταλλοι του σχηματίζονται με εξάτμιση του διαλύματος του θείου σε ρολό σε CS2. Καθώς αυτό δεν είναι πολικό διάλυμα, είναι αδιάλυτο στο νερό αλλά διαλύεται ελαφρώς σε βενζολική αλκοόλη και διαλύεται γρήγορα σε CS2. Είναι κοινώς γνωστό ως «άνθος του θείου» ή «ρολό θείου». Είναι η πιο θερμοδυναμική σταθερή μορφή θείου σε συνηθισμένες θερμοκρασίες. Έχει δομή δακτυλίου που μοιάζει με κορώνα S8.

Μονοκλινικό θείο 

Κοινώς γνωστό ως - θείο, το μονοκλινικό θείο έχει διάφορα κοινά ονόματα όπως πρισματικό θείο και Muthmann's sulfur II. Είναι επίσης ένα κίτρινο στερεό που περιέχει δακτυλίους S8. Είναι σταθερό μόνο πάνω από 95,3°C. Το σημείο τήξεώς του είναι 393Κ και το ειδικό του βάρος είναι 1,98. Είναι επίσης διαλυτό σε CS2. Αυτό το αλλοτρόπιο θείου παρασκευάζεται με τήξη του ρομβικού θειικού άλατος σε ένα δοχείο και ψύξη του μέχρι να σχηματιστεί η κρούστα. Γίνονται δύο τρύπες στην κρούστα και το υπόλοιπο υγρό στραγγίζεται. Όταν αφαιρεθεί η κρούστα, σχηματίζονται κρύσταλλοι από κίτρινες βελόνες θείου. Είναι σταθερό πάνω από 369K και μετατρέπεται σε θείο κάτω από αυτό. Αντίθετα, – το θείο είναι σταθερό κάτω από 369 K και μετατρέπεται σε – θείο πάνω από αυτό. Στα 369K, και οι δύο φόρμες είναι σταθερές. Η θερμοκρασία των 369 K είναι γνωστή ως η εναλλασσόμενη θερμοκρασία των αλλοτροπών του θείου.

Πλαστικό θείο

Το πλαστικό θείο είναι ένας άμορφος τύπος θείου. Η θερμότητά του παραμένει άμορφη επ' αόριστον, ωστόσο, σε θερμοκρασία δωματίου, λάμπει σε λίγες ώρες, συνεχίζοντας την κρυστάλλωση (όπως το σελήνιο) από έξω προς τα μέσα.

Θειούχο γάλα

Το γάλα του θείου είναι ένα άμορφο λευκό στερεό που συνήθως ονομάζεται καταβυθισμένο θείο που περιέχει θειικό ασβέστιο. Γενικά, αποτελείται από το ίζημα που λαμβάνεται με τη χρήση θειικού οξέος αντί υδροχλωρικού οξέος. Όταν καθιζάνει από καθαρό θείο, ονομάζεται γάλα θείου. Χρησιμοποιείται στη θεραπεία διαφόρων δερματικών παθήσεων όταν το θερμαίνουμε και αλλάζει στο συμβατικό κίτρινο χρώμα του θείου. Διαλύεται σε μη πολικούς διαλύτες όπως αιθέρας, αλκοόλη κ.λπ. 

Κολλοειδές θείο

Το κολλοειδές θείο είναι ένας άμορφος τύπος θείου που λαμβάνεται με ειδική επεξεργασία. Παρασκευάζεται όταν μικρά σωματίδια θείου κρέμονται και διαλύονται εύκολα στο νερό για να σχηματίσουν ένα κολλοειδές μείγμα. Η καλύτερη μέθοδος καθοδικής κονιοποίησης, που χρησιμοποιείται συνήθως στην παραγωγή κολλοειδών διαλυμάτων μεταλλικών ουσιών, έχει επίσης επεκταθεί με επιτυχία. Η χρήση κολλοειδούς θείου επιταχύνει τη μετατροπή του μηλεϊνικού οξέος σε φουμαρικό οξύ.

Δισιούχος

Το διθείο είναι κυρίως μια μορφή ατμού θείου πάνω από 720°C και με χαμηλή πίεση (1 mmHg) στους 530°C. Έχει μήκος δεσμού S−S 188,7 μ.μ. Έχει μπλε χρώμα λόγω της καύσης του κατά την εκπομπή φωτός από τα μόρια S2 και την παραγωγή φλόγας. Ο τύπος του είναι S2. Το μόριο παγιδεύεται στην ένωση [S2I4][EF6]2 (E =As, Sb) για κρυσταλλογραφικές μετρήσεις και παράγεται με επεξεργασία στοιχειακού θείου με περίσσεια ιωδίου σε υγρό διοξείδιο του θείου. Το κατιόν [S2I4]2+ έχει μια δομή "ανοιχτού βιβλίου", καθώς κάθε κατιόν κατιόν κατιόντος [I2]+ δωρίζει το ασύζευκτο ηλεκτρόνιο στο μοριακό τροχιακό π* σε ένα κενό τροχιακό του μορίου S2. Είναι παραμαγνητικής φύσης.

Εξαθείο

Αυτό το αλλοτρόπιο παρασκευάστηκε για πρώτη φορά από τον M.R. Engel το 1891 με επεξεργασία θειοθειικού με HCl. Είναι ένα πορτοκαλοκόκκινο αλλοτρόπιο και σχηματίζει μια ρομβοεδρική κρυσταλλική μορφή. Ονομάζεται συνήθως ρ-θείο, ε-θείο, θείο του Engel και θείο του Aten. Η εναλλακτική μέθοδος παρασκευής του περιλαμβάνει την αντίδραση μιας πολυσουλφόνης με μονοχλωριούχο θείο. Είναι μια δομή κλειστού δακτυλίου. Ο δακτύλιος θείου στο cyclo-S6 έχει μια διαμόρφωση "καρέκλας", παρόμοια με τη μορφή καρέκλας του κυκλοεξανίου. Όλα τα άτομα θείου είναι ισοδύναμα με μήκη δεσμού στα 205,7 μ.μ. και γωνίες δεσμού 102,2 μοίρες.

Συμπέρασμα 

Κάθε αλλοτρόπο του θείου έχει διαφορετικές φυσικές ιδιότητες και είναι αλληλομετατρέψιμο. Το ρομβικό θείο μετατρέπεται σε μονοκλινικό θείο όταν θερμαίνεται πάνω από 369K. Το μονοκλινικό θείο μετατρέπεται σε ρομβικό θείο κάτω από 369k. Πολλές άλλες τροποποιήσεις θείου που περιέχει 6–20 άτομα θείου έχουν συντεθεί τις τελευταίες δύο δεκαετίες.