Lưu huỳnh (tên khác: Sulfur, Sulfide hay đơn giản hơn là Sulfide, đọc như “Xun-phua”) là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu S và số nguyên tử 16. Nó là một phi kim phổ biến, không mùi, không vị, nhiều hóa trị. Lưu huỳnh, trong dạng gốc của nó là chất rắn kết tinh màu vàng chanh. Trong tự nhiên, nó có thể tìm thấy ở dạng đơn chất hay trong các khoáng chất sulfide và sulfat. Nó là một nguyên tố thiết yếu cho sự sống và được tìm thấy trong hai amino acid. Sử dụng thương mại của nó chủ yếu trong các phân bón nhưng cũng được dùng rộng rãi trong thuốc súng, diêm, thuốc trừ sâu và thuốc diệt nấm.
Các đặc trưng điển hình nổi bật[sửa|sửa mã nguồn]
Một mẩu lưu huỳnh nóng chảy thành chất lỏng màu đỏ máu. Ngọn lửa màu xanh lam của nó hoàn toàn có thể quan sát tốt nhất trong bóng tối .Ở nhiệt độ phòng, lưu huỳnh là một chất rắn xốp màu vàng nhạt. Mặc dù lưu huỳnh không được ưa thích do mùi của nó – liên tục bị so sánh với mùi trứng ung – mùi này thực ra là đặc trưng của hydro sulfide ( H2S ) ; còn lưu huỳnh đơn chất không có mùi. Nó cháy với ngọn lửa màu xanh lam và tỏa ra dioxide lưu huỳnh, với mùi ngột ngạt dị thường. Lưu huỳnh không hòa tan trong nước nhưng hòa tan trong đisulfide carbon và những dung môi không phân cực khác. Các trạng thái oxy hóa phổ cập của nó là – 2, – 1 ( pirit sắt … ), + 2, + 4 và + 6. Lưu huỳnh tạo thành những hợp chất không thay đổi với gần như mọi nguyên tố, ngoại trừ những khí trơ .
Lưu huỳnh trong trạng thái rắn thông thường tồn tại như là các phân tử vòng dạng vòng hoa S8. Lưu huỳnh có nhiều thù hình bên cạnh S8. Loại một nguyên tử từ vòng sẽ là S7, đây là nguyên nhân cho màu vàng đặc trưng của lưu huỳnh. Nhiều vòng khác cũng được điều chế ra, bao gồm S12 và S18. Trái lại, nguyên tố oxy cùng phân nhóm nhưng nhẹ hơn về cơ bản chỉ tồn tại trong hai dạng cơ bản có ý nghĩa hóa học là: O2 và O3. Seleni, nguyên tố nặng hơn cùng phân nhóm với lưu huỳnh có thể tạo ra các vòng nhưng thông thường nó nằm trong chuỗi polymer.
8Phân tử lưu huỳnh, S
Tinh thể lưu huỳnh rất phức tạp. Phụ thuộc vào các điều kiện cụ thể, các thù hình của lưu huỳnh tạo thành vài cấu trúc tinh thể khác nhau, với các dạng hình thoi và xiên đơn S8 là các dạng được nghiên cứu kỹ nhất.
Một đặc thù đáng quan tâm là độ nhớt của lưu huỳnh nóng chảy, không giống như hầu hết những chất lỏng khác, tăng lên theo nhiệt độ do sự hình thành những chuỗi polyme. Tuy nhiên, sau khi đã đạt được một khoảng chừng nhiệt độ nhất định thì độ nhớt lại bị giảm do đã đủ nguồn năng lượng để phá vỡ chuỗi polyme .Lưu huỳnh vô định hình hay ” dẻo ” hoàn toàn có thể được tạo ra khi làm nguội nhanh lưu huỳnh nóng chảy. Các điều tra và nghiên cứu tinh thể bằng tia X chỉ ra rằng dạng vô định hình hoàn toàn có thể có cấu trúc xoắn ốc với 8 nguyên tử trên một vòng. Dạng này là không thay đổi động ở nhiệt độ phòng và từ từ chuyển ngược thành dạng kết tinh. Tiến trình này diễn ra trong vòng vài giờ hay vài ngày nhưng hoàn toàn có thể tăng cường nhờ xúc tác .
Lưu huỳnh có nhiều ứng dụng công nghiệp. Thông qua dẫn xuất chính của nó là acid sulfuric ( H 2S O 4 ), lưu huỳnh được nhìn nhận là một trong những nguyên tố quan trọng nhất được sử dụng như là nguyên vật liệu công nghiệp. Nó là quan trọng bậc nhất so với mọi nghành nghề dịch vụ của nền kinh tế tài chính quốc tế .Sản xuất acid sulfuric là sử dụng hầu hết của lưu huỳnh, và việc tiêu thụ acid sulfuric được coi như một trong những chỉ số tốt nhất về sự tăng trưởng công nghiệp của một vương quốc. acid sulfuric được sản xuất hàng năm ở Hoa Kỳ nhiều hơn bất kể hóa chất công nghiệp nào khác .Lưu huỳnh cũng được sử dụng trong ắc quy, bột giặt, lưu hóa cao su đặc, thuốc diệt nấm và trong sản xuất những phân bón phosphat. Các sulfit được sử dụng để làm trắng giấy và làm chất dữ gìn và bảo vệ trong rượu vang và làm khô hoa quả. Do thực chất dễ cháy của nó, lưu huỳnh cũng được dùng trong những loại diêm, thuốc súng và pháo hoa. Các thiosulfat natri và amôni được sử dụng như thể những tác nhân cố định và thắt chặt trong nhiếp ảnh. Magnesi sulfat, được biết dưới tên gọi muối Epsom hoàn toàn có thể dùng như thuốc nhuận tràng, chất bổ trợ cho những bình ngâm ( xử lý hóa học ), tác nhân làm tróc vỏ cây, hay để bổ trợ magnesi cho cây xanh .Cuối thế kỷ XVIII, những đơn vị sản xuất đồ gỗ sử dụng lưu huỳnh nóng chảy để tạo ra những lớp khảm trang trí trong những loại sản phẩm của họ. Do dioxide lưu huỳnh được tạo ra trong quy trình nung chảy lưu huỳnh nên những đồ gỗ với lớp khảm lưu huỳnh đã bị vô hiệu rất nhanh .
Từ xa xưa, người ta đã biết dùng Lưu huỳnh để làm đẹp da và trị mụn trứng cá. Tuy nhiên đến nay vẫn chưa có nghiên cứu nào tìm ra cách hoạt động của Lưu huỳnh trong việc điều trị mụn. Bằng thực nghiệm, người ta đã kết luận Lưu huỳnh có khả năng kháng viêm và kháng khuẩn cao, từ đó làm xẹp nốt mụn một cách nhanh chóng. Để đạt hiệu quả cao, Lưu huỳnh có thể được kết hợp với acid salicylic (BHA) hay Resorcinol trong thành phần dược liệu.[cần dẫn nguồn]
Vai trò sinh học[sửa|sửa mã nguồn]
Các amino acid cystein và methionin chứa lưu huỳnh, cũng như mọi polypeptid, protein và enzym có chứa những amino acid này. Điều đó làm cho lưu huỳnh trở thành thành phần thiết yếu cho mọi tế bào. Các link disulfide giữa những polypeptid là rất quan trọng trong sự tạo ra và cấu trúc của protein. Homocystein và taurin cũng là những amino acid chứa lưu huỳnh nhưng không được mã hóa bởi DNA và chúng cũng không phải là một phần của cấu trúc sơ cấp của những protein. Một số dạng vi trùng sử dụng sulfide hydro ( H2S ) thay vào vị trí của nước như là chất phân phối electron trong những tiến trình thô sơ tương tự như như quang hợp. Thực vật cũng hấp thụ lưu huỳnh từ đất trong dạng những ion sulfat. Lưu huỳnh vô cơ tạo thành một phần của những cụm sắt-lưu huỳnh, và lưu huỳnh là chất cầu nối trong vị trí Cu A của cytochrom c oxidaza. Lưu huỳnh là thành phần quan trọng của coenzym A
Ảnh hưởng thiên nhiên và môi trường[sửa|sửa mã nguồn]
Sự đốt cháy than và dầu mỏ trong công nghiệp và những xí nghiệp sản xuất điện giải phóng ra một lượng lớn lưu huỳnh dioxide S O 2, nó sẽ phản ứng với hơi nước và oxy có trong khí quyển để tạo ra acid sulfuric. Đây là nguyên do của những trận mưa acid và làm giảm pH của đất cũng như những khu vực chứa nước ngọt, tạo ra những tổn thất đáng kể cho thiên nhiên và môi trường tự nhiên và gây ra phong hóa hóa học so với những khu công trình kiến thiết xây dựng và kiến trúc. Các tiêu chuẩn về nguyên vật liệu đã thắt chặt những chỉ tiêu về hàm lượng lưu huỳnh trong những nguyên vật liệu hóa thạch để giảm thiểu sự hình thành của mưa acid. Lưu huỳnh được tách ra từ những nguyên vật liệu này sau đó sẽ được làm tinh khiết và tạo ra một phần nhiều của sản lượng lưu huỳnh được sản xuất .
Tinh thể lưu huỳnh .
Lưu huỳnh (tiếng Phạn, sulvere; tiếng Latinh sulpur), (còn được gọi là lưu hoàng, sinh diêm vàng, diêm sinh) đã được biết đến từ thời cổ đại, và nó được nhắc đến trong Pentateuch của Kinh Thánh (Sáng thế ký). Các phiên dịch ra tiếng Anh của nó đều coi lưu huỳnh như là “brimstone”, tạo ra tên gọi của các bài thuyết giáo “Fire and brimstone”, trong đó địa ngục và sự quở trách của Thượng đế đối với những kẻ có tội được nhấn mạnh. Nó có từ phần của Kinh Thánh cho rằng địa ngục có mùi của lưu huỳnh.
Trong tiếng Ả Rập sufra có nghĩa là màu vàng, có từ màu sáng của dạng tự nhiên của lưu huỳnh và người ta cho rằng nó là nguyên từ của các tên gọi để chỉ lưu huỳnh trong ngôn ngữ của một số quốc gia châu Âu hiện nay.
Homer đã đề cập tới ” lưu huỳnh ngăn ngừa những loài phá hoại ” từ thế kỷ IX TCN và năm 424 TCN thì bộ tộc ở Boeotia đã tiêu hủy những bức tường của thành phố bằng cách đốt hỗn hợp than, lưu huỳnh và hắc ín dưới chân tường .
Vào khoảng thế kỷ XII, người Trung Quốc đã phát minh ra thuốc súng, nó là hỗn hợp của kali nitrat (KNO3), carbon và lưu huỳnh. Các nhà giả kim thuật ban đầu cho lưu huỳnh ký hiệu giả kim thuật là một tam giác ở đỉnh của chữ thập. Vào những năm cuối thập niên 1770, Antoine Lavoisier đã củng cố niềm tin của cộng đồng khoa học khi cho rằng lưu huỳnh là một nguyên tố chứ không phải hợp chất.
Năm 1867 lưu huỳnh đã được phát hiện trong những mỏ ở Louisiana và Texas. Lớp nằm trên của nó là cát chảy đã ngăn cản những hoạt động giải trí khai thác thường thì. Vì thế tiến trình Frasch đã phát sinh và được thực thi .
Sự thông dụng[sửa|sửa mã nguồn]
Lưu huỳnh .
Lưu huỳnh dạng đơn chất có thể tìm thấy ở gần các suối nước nóng và các khu vực núi lửa tại nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là dọc theo vành đai lửa Thái Bình Dương. Các nguồn phổ biến này là cơ sở cho tên gọi truyền thống brimstone, do lưu huỳnh có thể tìm thấy gần các miệng núi lửa. Các trầm tích núi lửa hiện được khai thác tại Indonesia, Chile và Nhật Bản.
Các mỏ đáng kể của lưu huỳnh đơn chất cũng sống sót trong những mỏ muối dọc theo bờ biển thuộc vịnh Mexico và trong những evaporit ở Đông Âu và Tây Á. Lưu huỳnh trong những mỏ này được cho là có được nhờ hoạt động giải trí của những vi trùng kỵ khí so với những khoáng chất sulfat, đặc biệt quan trọng là thạch cao. Các mỏ này là nền tảng của sản xuất lưu huỳnh công nghiệp tại Hoa Kỳ, Ba Lan, Nga, Turkmenistan và Ukraina .Lưu huỳnh thu được từ dầu mỏ, khí đốt và cát dầu Athabasca đã trở thành nguồn phân phối lớn trên thị trường, với những kho dự trữ lớn dọc theo Alberta .
Các hợp chất chứa lưu huỳnh nguồn gốc tự nhiên thông dụng nhất là những sulfide sắt kẽm kim loại, như pyrit ( sulfide sắt ), cinnabar hay chu sa ( sulfide thủy ngân ), galen ( sulfide chì ), sphalerit ( sulfide kẽm ) và stibnit ( sulfide antimon ) cũng như những sulfat sắt kẽm kim loại, như thạch cao ( calci sulfat ), alunit ( nhôm kali sulfat ) và barit ( bari sulfat ). Hydro sulfide là một chất khí tạo ra mùi đặc trưng của trứng thối. Trong tự nhiên, nó có trong những mẫu sản phẩm phun trào từ núi lửa, ví dụ điển hình từ những miệng phun thủy nhiệt, và do tác động ảnh hưởng của vi trùng với những hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh khi bị phân hủy .Các màu đặc trưng của những vệ tinh núi lửa của Sao Mộc, như Io, là do những dạng khác nhau của lưu huỳnh gây ra ( nóng chảy, rắn hay khí ). Các khu vực sẫm màu trên Mặt Trăng gần hố Aristarchus hoàn toàn có thể là mỏ lưu huỳnh. Lưu huỳnh cũng sống sót trong nhiều loại thiên thạch .
Hydro sulfide có mùi đặc trưng của trứng thối. Khi hòa tan trong nước nó có tính acid và phản ứng với nhiều kim loại để tạo ra các sulfide kim loại. Các sulfide kim loại khá phổ biến, đặc biệt là của sắt. Sulfide sắt còn được gọi là pyrit cũng như khoáng sản màu vàng. Một điều thú vị là pyrit có các tính chất bán dẫn [1] Lưu trữ 2004-12-20 tại Wayback Machine. Galen là sulfide chì tự nhiên, là chất bán dẫn đầu tiên được phát hiện và nó đã từng được dùng làm bộ chỉnh lưu tín hiệu trong các “râu mèo” của các radio tinh thể đầu tiên.
Nhiều hợp chất hữu cơ của lưu huỳnh với mùi khó ngửi như những êtyl và mêtyl mecaptan được dùng làm chất tạo mùi cho khí đốt nhằm mục đích thuận tiện phát hiện rò rỉ. Mùi của tỏi và ” mùi hôi như chồn hôi ” cũng do những hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh gây ra. Tuy nhiên, không phải mọi hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh đều có mùi khó ngửi, ví dụ điển hình, terpen – một hợp chất chứa lưu huỳnh là tác nhân tạo ra mùi thơm đặc trưng của quả bưởi chùm .Nitride lưu huỳnh polyme hóa có những đặc thù của sắt kẽm kim loại mặc dầu nó không chứa bất kể một nguyên tử sắt kẽm kim loại nào. Hợp chất này cũng có những đặc thù điện và quang học không bình thường. Polyme này hoàn toàn có thể tạo ra từ Tetra lưu huỳnh tetranitride S4N4 .Các hợp chất quan trọng khác của lưu huỳnh còn có :
Vô cơ:
Hữu cơ:
- dimethylsulfoniopropionat (DMSP; (CH3)2S+CH2CH2COO-) là thành phần trung tâm của chu trình lưu huỳnh hữu cơ trong đại dương.
- Các thioether là các phân tử với công thức tổng quát dạng R-S-R′, trong đó R và R′ là các nhóm hữu cơ. Các chất này là sự tương đương của các ether (lưu huỳnh thay thế oxy).
- Các thiol (hay mecaptan) là các phân tử với nhóm chức -SH. Chúng là các chất tương đương với rượu (lưu huỳnh thay thế oxy).
- Các thiolat có nhóm chức -S- gắn vào. Chúng là các chất tương đương của các ankoxide (lưu huỳnh thay thế oxy).
- Sulfoxide là các phân tử với nhóm chức R-S(=O)-R′, trong đó R và R′ là các nhóm hữu cơ. Một chất phổ biến trong số các sulfoxide là DMSO.
- Sulfon là các phân tử với nhóm chức R-S(=O)-R′, trong đó R và R′ là các nhóm hữu cơ.
- Thuốc thử Lawesson là thuốc thử hóa học có thể lấy oxy từ các chất hữu cơ khác và thay nó bằng lưu huỳnh.
- Naphthalen-1,8-diyl 1,3,2,4-dithiadiphosphetane 2,4-disulfide
Lưu huỳnh có 18 đồng vị, trong đó 4 đồng vị không thay đổi : S32 ( 95,02 % ), S33 ( 0,75 % ), S34 ( 4,21 % ) và S36 ( 0,02 % ). Các đồng vị khác và S35 là những đồng vị phóng xạ và có chu kỳ luân hồi bán rã ngắn. S35 được tạo ra từ sự bắn phá của những tia ngoài hành tinh với Ar 40 trong khí quyển Trái Đất. Nó có chu kỳ luân hồi bán rã là 87 ngày .Khi những khoáng chất sulfide theo nước mưa xuống đất thì cân đối đồng vị giữa những thể rắn và những thể lỏng hoàn toàn có thể sinh ra sự sai biệt nhỏ trong những giá trị của dS34 của những khoáng chất cùng nguồn gốc. Sự độc lạ trong những khoáng chất hoàn toàn có thể sử dụng để ước tính nhiệt độ của cân đối. d C 13 và dS34 của những carbonat cùng sống sót và những sulfide hoàn toàn có thể sử dụng để xác lập pH và độ khó giữ oxy của những chất lỏng mang theo quặng trong quy trình hình thành quặng .
Trong phần lớn các hệ sinh thái rừng, sulfat chủ yếu thu được từ khí quyển hay sự phong hóa của các quặng khoáng sản và các chất đã thoát hơi nước cũng cung cấp một lượng lưu huỳnh nhỏ. Lưu huỳnh với thành phần đồng vị đặc biệt được sử dụng để xác định các nguồn ô nhiễm, và lưu huỳnh được làm giàu được thêm vào dưới dạng dấu vết trong các nghiên cứu thủy học. Các khác biệt trong độ phổ biến tự nhiên cũng được sử dụng trong các hệ thống mà trong đó có các biến đổi đủ lớn của S34 trong thành phần của hệ sinh thái.
Các chất như carbon disulfide, carbonyl sulfide, hydro sulfide và lưu huỳnh dioxide cần phải rất cẩn trọng khi tiếp xúc .
Mặc dù lưu huỳnh dioxide là khá an toàn để sử dụng như là phụ gia thực phẩm với một lượng nhỏ, nhưng khi ở nồng độ cao nó phản ứng với hơi ẩm để tạo ra acid sulfurơ mà với một lượng đủ lớn có thể gây tổn thương cho phổi, mắt hay các cơ quan khác. Trong các sinh vật không có phổi như côn trùng hay thực vật thì nó ngăn cản sự hô hấp.
Hydro sulfide là rất nhẹ (nó độc hơn nhiều so với cyanide). Mặc dù ban đầu nó có mùi, nhưng nó nhanh chóng làm mất cảm giác mùi, vì thế các nạn nhân có thể không biết được sự hiện diện của nó cho đến khi đã quá muộn.
- Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, Hoa Kỳ-Lưu huỳnh
- R. Steudel (ed.): Elemental Sulfur and Sulfur-Rich Compounds (phần I & II), Topics in Current Chemistry Vol. 230 & 231, Springer, Berlin 2003.
