硫的同素異形體
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硫有著大量的同素異形體，其數量只是僅次於碳。[1]除了有很多同素異形體，每個同素異形體通常還有各種同質異形體（相同結構的硫分子的不同晶體結構），由希臘字母前綴（α、β 等）區分。[2]
此外，由於硫元素幾個世紀以來一直都是一件商品，它的各種同素異形體都被賦予了傳統名稱。早期的工人發現了一些後來被證明是硫的單一或混合的同素異形體。某些形式以其外觀命名，例如 「珍珠硫之母」，或者以在鑑定它們的方面非常傑出的化學家命名，例如 「Muthmann硫I」或「Engel硫」。[2][3]
最常見的硫形式是 S
8 的正交晶系同質異形體，為褶皺環結構（見右圖）。S8還有另外兩種同質異形體，也具有幾乎相同的分子結構。[4]除了 S8，以外，含有 6、7、9–15、18 和20個原子的硫環也是已知的。[5] 在五種高壓同素異形體中，有兩種有金屬性。[6]
硫的同素異形體的數量反映了相對較強的S-S鍵，鍵能 265 kJ/mol。[7]此外，與大多數元素不同，硫的同素異形體可以在有機溶劑中進行處理，並且可以通過HPLC進行分析。[8]
氣態同素異形體[編輯]
二硫S2[編輯]
二硫為硫的雙原子分子。在720°C，硫主要以二硫存在。在530°C、低壓(1毫米水銀)的環境中，硫蒸氣佔99%是二硫。火焰中產生的S2分子使硫燃燒時呈藍色。[1]
三硫S3[編輯]
三硫的彎曲結構類似臭氧，為一櫻桃紅色的氣體。[1]在440°C、10毫米水銀的環境，三硫組成了硫蒸汽的10%。[1]
四硫S4[編輯]
在硫蒸汽存在。根據理論計算的最新觀點認為四硫有著環狀結構。[9]
環五硫S5[編輯]
尚未分離，只在硫蒸汽偵測到。[10]
固體環狀結構[編輯]
環六硫S6[編輯]
S6的晶形為菱面體，為橙紅色固體，首次透過下列反應發現於1891年。
H2S4 + S2Cl2 → cyclo-S6 + 2 HCl (在稀釋的乙醚溶液中)[1]
環-S6.環-S10加合物[編輯]
這是由含S6和S10的二硫化碳中之溶液製備所得。
環七硫S7[編輯]
為亮黃色固體，有α、β、γ、δ四種結構。環七硫的環有著不尋常幅度的鍵長(199.3–218.1 pm)，因此被認為是最不穩定的同素異形體。
S8[編輯]
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斜方硫（菱形硫）(α-硫)[編輯]
α-硫是硫自然界中最常見的形式，[1]其純淨時的顏色是黃綠色(市面上出售的硫因為有著微量的環七硫而呈現更黃的顏色)。α-硫實際上不溶於水，導熱性能差，為一良好的電絕緣體。此是硫由二硫化碳結晶而得之緊密的黃色晶體，融點112.8度。
單斜硫(β-硫)[編輯]
融化硫於部分凝固後，倒出多餘液體，剩下無數之針形晶體即為單斜硫，融點119.2度。
彈性硫[編輯]
為沸騰之硫注入冷水所得之軟黏體，有彈性。
γ硫[編輯]
發現於1890年，為融化硫由二硫化碳緩慢結晶而成。
Sn,(n = 9–15, 18, 20)[編輯]
這些同素異形體是由多種方法合成，例如 可以透過二氯化硫(Sn-mCl2)和H2Sm反應，即
Sn−mCl2 + H2Sm → cyclo-Sn+2 HCl[1]
製取。S12、S18、S20可以由S8製得，其中S12是繼S8後最穩定的環狀同素異形體。S9有4種形式，S18則有2種。
固體連鎖硫結構[編輯]
生產純淨的連鎖硫已被證明是極其困難的。
ψ硫[編輯]
亦稱「纖維硫」或ω1-硫[10]，其密度為2.01 g·cm−3，會在其融點104°C附近分解。
χ硫[編輯]
亦稱ω2-硫。
連續硫形式[編輯]
無定形硫[編輯]
這是硫在160°C以上時融解的淬火產物。
ω硫[編輯]
λ硫[編輯]
此為融化後熔融的硫的名字，冷卻此主要給出β-硫。[10]
μ硫[編輯]
π硫[編輯]
深色液體，由λ硫經淬火冷卻後形成。含Sn環的混合物。[11]
S∞[編輯]
把硫加熱至170°C可形成S∞。
參考資料[編輯]
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. Chemistry of the Elements 2nd. Oxford:Butterworth-Heinemann. 1997. ISBN 0-7506-3365-4.
- ^ 2.0 2.1 引用錯誤：沒有為名為
t4的參考文獻提供內容 - ^ Steudel, 17
- ^ Greenwood, 654
- ^ Greenwood, 655
- ^ Steudel, 59
- ^ 引用錯誤：沒有為名為
g652的參考文獻提供內容 - ^ Tebbe, F. N.; Wasserman, E.; Peet, W. G.; Vatvars, A.; Hayman, A. C. Composition of Elemental Sulfur in Solution: Equilibrium of S6, S7, and S8 at Ambient Temperatures. Journal of the American Chemical Society. 1982, 104 (18): 4971. doi:10.1021/ja00382a050.
- ^ Ming Wah Wong, Ralf Steudel. Structure and spectra of tetrasulfur S4 – an ab initio MO study. Chemical Physics Letters. 2003, 379 (1-2): 162–169. Bibcode:2003CPL...379..162W. doi:10.1016/j.cplett.2003.08.026.
- ^ 10.0 10.1 10.2 10.3 R. Steudel (編). Elemental sulfur and sulfur-rich compounds I (Topics in current chemistry). Springer. 2004. ISBN 3540401911.
- ^ Egon Wiberg, Arnold Frederick Holleman. Inorganic Chemistry. Elsevier. 2001. ISBN 0-12-352651-5.