الكبريت: التاريخ ، الخصائص ، الهيكل ، الحصول ، الاستخدامات - كيمياء - 2025

و الكبريت هو يؤدي عنصر غير المعدنية، تحت الأكسجين، ومجموعة كالكوجين من الجدول الدوري. يقع على وجه التحديد في المجموعة 16 مع الفترة 3 ، ويمثله الرمز الكيميائي S. من نظائره الطبيعية ، ³² S هو الأكثر وفرة (حوالي 94 ٪ من جميع ذرات الكبريت).

إنه أحد العناصر الأكثر وفرة على الأرض ، حيث يشكل حوالي 3٪ من كتلته الإجمالية. بمعنى آخر ، إذا تم أخذ كل الكبريت الموجود على هذا الكوكب ، فيمكن بناء قمرين أصفر ؛ سيكون هناك ثلاثة أقمار صناعية بدلاً من واحد. يمكن أن تتبنى حالات أكسدة مختلفة (+2 ، -2 ، +4 و +6) ، لذا فإن أملاحها عديدة وتثري قشرة الأرض ولبها.

بلورات الكبريت. المصدر: Pixabay.

الكبريت هو مرادف للأصفر والروائح الكريهة والجحيم. والسبب الرئيسي لرائحته الكريهة يعود إلى مشتقاته من المركبات. خاصة المشروبات الغازية والعضوية. بقية المعادن صلبة ولها ألوان تشمل الأصفر والرمادي والأسود والأبيض (من بين أمور أخرى).

إنه أحد العناصر التي تقدم في الغالب عددًا كبيرًا من المتآصلات. يمكن العثور عليها كجزيئات صغيرة منفصلة من S ₂ أو S ₃ ؛ كحلقات أو دورات ، يعتبر الكبريت S ₈ الأكثر ثباتًا ووفرة على الإطلاق ؛ وسلاسل حلزونية.

لا يوجد فقط في قشرة الأرض في شكل معادن ، ولكن أيضًا في المصفوفات البيولوجية لأجسامنا. على سبيل المثال ، يوجد في الأحماض الأمينية السيستين والسيستين والميثيونين وبروتينات الحديد والكيراتين وفي بعض الفيتامينات. كما أنه موجود في الثوم والجريب فروت والبصل والملفوف والبروكلي والقرنبيط.

كيميائيا هو عنصر ناعم ، وفي حالة عدم وجود الأكسجين فإنه يشكل معادن كبريتية وكبريتات. يحترق بلهب مزرق وقد يظهر على شكل مادة صلبة غير متبلورة أو بلورية.

على الرغم من كونه ضروريًا لتخليق حمض الكبريتيك ، وهو مادة شديدة التآكل ورائحة كريهة ، إلا أنه عنصر حميد في الواقع. يمكن تخزين الكبريت في أي مكان دون احتياطات كبيرة ، طالما يتم تجنب الحرائق.

تاريخ الكبريت

في الكتاب المقدس

الكبريت هو أحد أقدم العناصر في تاريخ البشرية. لدرجة أن اكتشافه غير مؤكد وليس معروفًا أي الحضارات القديمة استخدمته لأول مرة (4000 سنة قبل المسيح). في صفحات الكتاب المقدس نفسها ، يمكن العثور عليه مصاحبًا لنار الجحيم والجحيم.

ويعتقد أن الرائحة المفترضة للكبريت من الجحيم لها علاقة بالانفجارات البركانية. من المؤكد أن مكتشفها الأول قد صادف مناجم هذا العنصر مثل أراضي الغبار أو البلورات الصفراء بالقرب من البركان.

العصور القديمة

هذه المادة الصلبة المصفرة سرعان ما أظهرت تأثيرات علاجية ملحوظة. على سبيل المثال ، استخدم المصريون الكبريت لعلاج التهاب الجفون. كما أنه يخفف من الجرب وحب الشباب ، وهو أحد التطبيقات التي يمكن رؤيتها اليوم في صابون الكبريت ومواد جلدية أخرى.

استخدم الرومان هذا العنصر في طقوسهم ، كمطهر ومبيض. عندما تحترق ، فإنها تطلق SO ₂ ، وهو غاز غمر الغرف ، واختلط بالرطوبة ، ويوفر بيئة مضادة للبكتيريا قادرة على قتل الحشرات.

اكتشف الرومان ، مثل الإغريق ، قابلية الاحتراق العالية للكبريت ، ولهذا أصبح مرادفًا للنار. يجب أن يكون لون ألسنة اللهب المزرق قد أضاء السيرك الروماني. يُعتقد أن الإغريق ، من جانبهم ، استخدموا هذا العنصر لصنع أسلحة حارقة.

من جانبهم ، تعلم الصينيون أنه من خلال خلط الكبريت مع الملح الصخري (KNO ₃) والفحم ، قاموا بإنشاء مسحوق أسود من المواد التي شكلت منعطفًا تاريخيًا ، مما أثار مطالب واهتمامًا كبيرًا بهذا المعدن في دول ذلك الوقت.

العصور الحديثة

كما لو أن البارود لم يكن سببًا كافيًا للاشمئزاز بالكبريت ، سرعان ما ظهر حامض الكبريتيك وتطبيقاته الصناعية. وبقضيب حامض الكبريتيك ، تم قياس كمية الثروة أو الرخاء لبلد ما بالنسبة لمستويات استهلاكه لهذا المركب.

لم يكن الكيميائي اللامع أنطوان لافوازييه قادرًا حتى عام 1789 على التعرف على الكبريت وتصنيفه كعنصر. ثم في عام 1823 اكتشف الكيميائي الألماني إيلارد ميتشرليش أن الكبريت يمكن أن يتبلور في الغالب بطريقتين: معيني الوجوه وأحادي الميل.

اتبع تاريخ الكبريت نفس مسار مركباته وتطبيقاته. مع الأهمية الصناعية الهائلة لحمض الكبريتيك ، فقد ترافق مع تقسية المطاط بالكبريت ، وتخليق البنسلين ، واستغلال المناجم ، وتكرير النفط الخام الغني بالكبريت ، وتغذية التربة ، إلخ.

الخصائص

مظهر جسماني

صلبة هشة في شكل مسحوق أو بلوري. لونه أصفر ليموني باهت ، لا طعم له ولا رائحة.

مظهر سائل

يعتبر الكبريت السائل فريدًا من نوعه حيث يتحول لونه الأصفر الأولي إلى اللون الأحمر ويزداد قوته ويصبح داكنًا إذا تعرض لدرجات حرارة عالية. عندما تحترق ، تنبعث منها ألسنة اللهب الزرقاء اللامعة.

الكتلة المولية

32 جم / مول.

نقطة الانصهار

115.21 درجة مئوية.

نقطة الغليان

445 درجة مئوية.

نقطة الاشتعال

160 درجة مئوية.

درجة حرارة الاشتعال الذاتي

232 درجة مئوية.

كثافة

2.1 جم / مل. ومع ذلك ، قد تكون المتآصلات الأخرى أقل كثافة.

السعة الحرارية المولية

22.75 جول / مول ك

نصف القطر التساهمي

105 ± 3 مساءً.

كهرسلبية

2.58 على مقياس بولينج.

قطبية

روابط SS غير قطبية لأن كلتا ذرات الكبريت لها نفس القدرة الكهربية. هذا يجعل كل تآصلاته ، دورية أو على شكل سلسلة ، غير قطبية ؛ وبالتالي ، فإن تفاعلاته مع الماء غير فعالة ولا يمكن إذابته فيه.

ومع ذلك ، يمكن إذابة الكبريت في مذيبات غير قطبية مثل ثاني كبريتيد الكربون ، و CS ₂ ، والمواد العطرية (البنزين ، والتولوين ، والزيلين ، وما إلى ذلك).

ايون

يمكن أن يشكل الكبريت أيونات مختلفة ، وعادة ما تكون الأنيونات. أشهرها الكبريت ، S ^2-. S ^2- يتميز بكونه ضخمًا وله قاعدة لويس ناعمة.

لأنها قاعدة ناعمة ، تنص النظرية على أنها ستميل إلى تكوين مركبات ذات أحماض طرية ؛ مثل الكاتيونات المعدنية الانتقالية ، بما في ذلك Fe ²⁺ و Pb ²⁺ و Cu ²⁺.

الهيكل والتكوين الإلكتروني

تاج الكبريت

جزيء S8 ، أكثر تآصل الكبريت ثباتًا ووفرة. المصدر: Benjah-bmm27.

يمكن أن يحدث الكبريت في مجموعة متنوعة من المتآصلات ؛ وهذه بدورها لها هياكل بلورية يتم تعديلها تحت ضغوط و / أو درجات حرارة مختلفة. لذلك ، يعتبر الكبريت عنصرًا غنيًا بالتآصل والمتعدد الأشكال ، وتمثل دراسة هياكله الصلبة مصدرًا لا نهاية له للعمل النظري التجريبي.

لماذا هذا التعقيد الهيكلي؟ بادئ ذي بدء ، فإن الروابط التساهمية في الكبريت (SS) قوية جدًا ، ولا يتم تجاوزها إلا من خلال تلك الخاصة بالكربون ، CC ، وعن طريق روابط الهيدروجين ، HH.

الكبريت ، على عكس الكربون ، لا يميل إلى تكوين رباعي السطوح ولكنه يميل إلى تكوين ارتداد ؛ التي بزواياها تطوي وترنيم لتثبيت سلاسل الكبريت. الحلقة الأكثر شهرة على الإطلاق ، والتي تمثل أيضًا أكثر تآصل الكبريت استقرارًا ، هي S ₈ ، "تاج الكبريت" (الصورة العلوية).

لاحظ أن جميع روابط SS في S ₈ تبدو وكأنها أذرع منفردة ، مما ينتج عنه حلقة بها طيات وليست مسطحة على الإطلاق. تتفاعل تيجان S _{8 من} خلال قوى لندن ، وتوجه نفسها بطريقة تجعلها تخلق أنماطًا هيكلية تحدد البلورة المعوية ؛ يسمى S ₈ α (S-α ، أو ببساطة الكبريت المعيني).

تعدد الأشكال

تاج الكبريت هو واحد من العديد من المتآصلات لهذا العنصر. S ₈ α هو متعدد الأشكال لهذا التاج. هناك نوعان آخران (من بين أهمها) يسمى S ₈ β و S ₈ γ (S-β و S-γ ، على التوالي). يتبلور كلا الشكلين متعددي الأشكال في هياكل أحادية الميل ، حيث يكون S ₈ أكثر كثافة (كبريت جاما).

الثلاثة كلها مواد صلبة صفراء. لكن كيف تحصل على كل متعدد الأشكال على حدة؟

S ₈ مستعدة β عن طريق تسخين S ₈ α إلى 93 ° C، ثم السماح لها بطيئة التبريد لإبطاء عملية الانتقال بها إلى مرحلة معيني متعامد المحاور (وα). وS ₈ γ، من ناحية أخرى، يتم الحصول عليها عندما ق ₈ α يذوب في 150 ° C، السماح مجددا لتبرد ببطء. إنه الأكثر كثافة من تعدد أشكال تاج الكبريت.

متآصلات دورية أخرى

التاج S ₈ ليس التآصل الدوري الوحيد. هناك أنواع أخرى مثل S ₄ و S ₅ (مشابه لسيكلوبنتان) و S ₆ (ممثلة بمسدس مثل الهكسان الحلقي) و S ₇ و S ₉ و S _10-20 ؛ هذا الأخير يعني أنه قد تكون هناك حلقات أو دورات تحتوي على من عشر إلى عشرين ذرة كبريتية.

كل واحد منهم يمثل متآصلات دورية مختلفة من الكبريت. وبالتالي ، للتأكيد عليها ، لديهم أنواع مختلفة من الأشكال المتعددة أو الهياكل متعددة الأشكال التي تعتمد على الضغط ودرجة الحرارة.

على سبيل المثال ، يحتوي S ₇ على ما يصل إلى أربعة أشكال معروفة: α و β و γ و. الأعضاء أو التيجان ذات الكتل الجزيئية الأعلى هي نتاج تخليق عضوي ولا تسود في الطبيعة.

سلاسل الكبريت

سلسلة الكبريت. المصدر: OpenStax

مع دمج المزيد من ذرات الكبريت في الهيكل ، ينخفض ​​ميلها إلى الحلقة وتظل سلاسل الكبريت مفتوحة وتعتمد تركيبات حلزونية (كما لو كانت لولبية أو براغي).

وبالتالي ، تظهر عائلة ضخمة أخرى من متآصلات الكبريت التي لا تتكون من حلقات أو دورات ولكن من سلاسل (مثل تلك الموجودة في الصورة أعلاه).

عندما تصطف سلاسل SS هذه بالتوازي في البلورة ، فإنها تحبس الشوائب وينتهي بها الأمر بتعريف مادة صلبة ليفية تسمى الكبريت الليفي ، أو S-ψ. إذا كان هناك بين هذه السلاسل المتوازية روابط تساهمية تربطها ببعضها البعض (كما يحدث مع تقسية المطاط بالكبريت) ، فلدينا الكبريت الصفحي.

عندما يذوب الكبريت S ₈ ، يتم الحصول على طور سائل مصفر يمكن أن يتحول إلى الظلام إذا ارتفعت درجة الحرارة. هذا بسبب كسر روابط SS ، وبالتالي تحدث عملية إزالة البلمرة الحرارية.

يظهر هذا السائل عند تبريده خصائص بلاستيكية ثم زجاجية ؛ أي يتم الحصول على الكبريت الزجاجي وغير المتبلور (S-). يتكون تكوينه من كل من الحلقات وسلاسل الكبريت.

وعندما يتم الحصول على خليط من التآصل الليفي والصفحي من الكبريت غير المتبلور ، يتم إنتاج Crystex ، وهو منتج تجاري يستخدم في تقسية المطاط.

المتآصلات الصغيرة

على الرغم من أنها تُركت أخيرًا ، إلا أنها لا تقل أهمية (أو مثيرة للاهتمام) عن متآصلات الكتل الجزيئية الأعلى. جزيئات S ₂ و S ₃ هي النسخ الكبريتية من O ₂ و O ₃. في الأولى ، يتم ربط ذرتين من الكبريت برابطة مزدوجة ، S = S ، وفي الثانية توجد ثلاث ذرات ذات هياكل رنين ، S = SS.

كلا S ₂ و S ₃ غازي. يظهر S ₃ لون أحمر كرزي. كلاهما يحتوي على مواد ببليوغرافية كافية لتغطية كل مقال فردي.

التكوين الإلكترونية

تكوين الإلكترون لذرة الكبريت هو:

3s ² 3p ⁴

يمكن أن يكتسب إلكترونين لإكمال ثماني بتات التكافؤ ، وبالتالي يكون له حالة أكسدة -2. وبالمثل ، يمكن أن تفقد إلكترونين ، بدءًا من اثنين في مداراتها 3p ، وتكون حالة الأكسدة الخاصة بها +2 ؛ إذا فقدت إلكترونين آخرين ، مع وجود مدارات 3p فارغة ، ستكون حالة الأكسدة لديك +4 ؛ وإذا فقدت كل الإلكترونات ، فستكون +6.

الحصول

المعدنية

الكبريت جزء من العديد من المعادن. من بينها البيريت (FeS ₂) ، galena (PbS) ، covellite (CuS) ، ومعادن الكبريتات والكبريتيد الأخرى. من خلال معالجتها ، لا يمكن استخراج المعادن فحسب ، بل يمكن أيضًا استخلاص الكبريت بعد سلسلة من التفاعلات الاختزالية.

يمكن الحصول عليها أيضًا بطريقة نقية في الفتحات البركانية ، حيث تذوب وتنسكب إلى أسفل مع ارتفاع درجة الحرارة ؛ وإذا اشتعلت فيها النيران ، فستبدو مثل الحمم الزرقاء في الليل. من خلال العمل الشاق والعمل البدني الشاق ، يمكن حصاد الكبريت تمامًا كما كان يحدث في كثير من الأحيان في صقلية.

يمكن أيضًا العثور على الكبريت في المناجم الموجودة تحت الأرض ، والتي يتم تصنيعها لضخ الماء شديد السخونة لإذابه ونقله إلى السطح. تُعرف عملية الحصول هذه باسم عملية Frasch ، وهي قليلة الاستخدام حاليًا.

نفط

اليوم يأتي معظم الكبريت من صناعة النفط ، حيث تشكل مركباته العضوية جزءًا من تكوين النفط الخام ومشتقاته المكررة.

إذا كان المنتج الخام أو المكرر غنيًا بالكبريت وخضع لإزالة الكبريت بالهيدروجين ، فإنه سيطلق كميات كبيرة من H ₂ S (غاز نتن تنبعث منه رائحة البيض الفاسد):

RSR + 2 H ₂ → 2 RH + H ₂ S.

يتم بعد ذلك معالجة H ₂ S كيميائيًا في عملية Clauss ، ويتم تلخيصها بالمعادلات الكيميائية التالية:

3 O ₂ + 2 H ₂ S → 2 SO ₂ + 2 H ₂ O

SO ₂ + 2 H ₂ S → 3 S + 2 H ₂ O

التطبيقات

بعض استخدامات الكبريت مذكورة أدناه وبشكل عام:

- إنه عنصر أساسي لكل من النباتات والحيوانات. إنه موجود حتى في اثنين من الأحماض الأمينية: السيستين والميثيونين.

- هو المادة الخام لحمض الكبريتيك ، وهو مركب يشارك في تحضير عدد لا يحصى من المنتجات التجارية.

- في صناعة المستحضرات الصيدلانية ، يتم استخدامه لتخليق مشتقات الكبريت ، والبنسلين هو أشهر الأمثلة.

- يسمح بفلكنة المطاط من خلال ربط السلاسل البوليمرية مع روابط SS.

- يجعل لونه الأصفر وخلائطه مع المعادن الأخرى مرغوباً في صناعة الأصباغ.

- مختلطة مع مصفوفة غير عضوية ، مثل الرمل والصخور ، يتم تحضير الخرسانة والأسفلت الكبريت لتحل محل البيتومين.

المخاطر والاحتياطات

الكبريت في حد ذاته مادة غير ضارة وغير سامة ، كما أنه لا يشكل أي مخاطر محتملة ، ما لم يتفاعل لتكوين مركبات أخرى. أملاحه الكبريتية ليست خطيرة ويمكن التعامل معها دون احتياطات كبيرة. لكن هذا ليس هو الحال مع مشتقاته الغازية: SO ₂ و H ₂ S ، وكلاهما شديد السمية.

إذا كان في المرحلة السائلة ، فقد يتسبب في حروق خطيرة. إذا تم ابتلاعه بكميات كبيرة يمكن أن تؤدي إلى إنتاج H ₂ S في الأمعاء. خلاف ذلك ، فإنه لا يمثل أي خطر على من يمضغه.

بشكل عام ، يعتبر الكبريت عنصرًا آمنًا لا يتطلب الكثير من الاحتياطات ، باستثناء إبعاده عن النار وعوامل الأكسدة القوية.

المراجع

1. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
2. لورا كرابانزانو. (2006). تعدد أشكال الكبريت: الجوانب الهيكلية والديناميكية. الفيزياء. جامعة جوزيف فورييه - غرونوبل I. الإنجليزية. fftel-00204149f
3. ويكيبيديا. (2019). مقويات الكبريت. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
4. ماير بيت. (1976). عنصر الكبريت. مراجعات كيميائية ، المجلد. 76 ، رقم 3.
5. دكتور دوج ستيوارت. (2019). حقائق عن عنصر الكبريت. كيميكول. تم الاسترجاع من: chemicool.com
6. دونالد دبليو ديفيس وراندال أ.ديترو. (2015). تاريخ الكبريت. شركة جورجيا الخليج للكبريت. تم الاسترجاع من: georgiagulfsulfur.com
7. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (11 يناير 2019). 10 حقائق مثيرة للاهتمام حول الكبريت. تم الاسترجاع من: thinkco.com
8. بون ، سي. بوند ، سي ؛ هولمان ، أ. جينكينز ، ج. (2017). صحيفة الحقائق العامة للكبريت ؛ المركز الوطني لمعلومات المبيدات ، خدمات الإرشاد بجامعة ولاية أوريغون. npic.orst.edu