118個元素的故事 【118個元素的故事 No.016硫】來著地獄的使者，超臭的元素

今天我們來看一看SDU的元素 硫是化學元素週期表裏面排行第16號的元素 它是個活潑的非金屬元素 也是人類最早知道並加以運用的元素之一 在1776年法國化學家拉瓦西首次確定了硫的不可分割性 認爲硫是一種元素 由於在自然界裏可以找到單質狀態的硫 因此人類在遠古時代就知道了硫的存在 並且應用硫的歷史至少已經有2000多年了 就目前來看硫在新用途上的潛力還是很大的 可以說硫這個有着古老歷史的元素正煥發着新的光彩 硫在地殼中的含量雖然只有0.06% 卻很容易以元素態存在 也以廣爲分佈的礦石和礦物的形式存在 硫是一種淡黃色的晶體 俗稱硫黃 比重大約是水的兩倍 性質脆容易碎成粉末 熔點攝氏118.8度 沸點444.6度 不容易水微熔於酒精 易熔於二硫化碳 是熱的不良導體和電的絕緣體 在中國的青海西藏等火山地區都出產天然硫 明朝末年孫一新總結中國古代農業生產技術而編著的《天宮開悟》中 講述到硫的秩序方法與西方說法不謀而合 金屬硫化物礦在被燒的過程中 或古代人們的篝火中 都會發生硫在燃燒時產生的臭雞蛋氣味 這種味道難聞而又終身難忘 因此可以斷言硫早在遠古時代就令人難忘了 在西方 古代人們認爲硫燃燒所形成的濃厚煙霧和強烈臭味能夠驅除惡魔 但古羅馬人們用硫燃燒所產生的二氧化硫來清掃消毒廚房或漂白物品 其實早在約四千年前 埃及人便已使用硫燃燒所形成的二氧化硫漂白物品 古羅馬著名赤人俄馬的著作裏 也講到硫燃燒有消毒和漂白的作用 在中國古代的煉丹術中 硫也一直是煉丹重要的藥劑 因爲硫不僅能融化金銀銅鐵 還能征服有靈氣的水銀 使它固化成深紅色的硫化骨 丹沙的俗名也都是由此而來 且一直沿用至今 此外 火藥是中國古代四大發明之一 當時火藥是硫黃 硝石和木炭的混合物 硫在自然界中是以丹制態硫和化合態硫兩種形式出現 前者具有鮮明的橙黃色 燃燒時產生強烈的刺激性臭味 硫通常沉積在溫泉和間歇性噴泉的邊上 是以由八個硫原子組成的緩凍分子形式存在 在火山旁也經常發現 因爲火山冒出的氣體中含有硫化氫和二氧化硫 兩者反映和生成丹制態硫 其實火山是大氣一個重要的污染源 據估計火山爆發釋放到大氣中的硫佔大氣中所有硫的三分之二 以化合物形式存在的化合態硫則分佈很廣 因爲硫可以和多種金屬產生硫化物和各種硫酸鹽 主要的化合物是硫化物 其中最多的是黃鐵礦 黃銅礦 方鉛礦和閃心礦 硫酸鹽則如硫酸鈣 硫酸銘 硫酸銘 硫酸絲 硫酸鈉等 而呈現金黃色俗稱沙瓜金的二硫化鐵 常常被剛落行的採金人認爲發現了金子 此外硫也存在於礦泉水 天然氣 石油 煤 污染和動植物體中 天然氣所含的硫化氫是獲得硫黃的寶貴原料 例如四川省天然氣資源十分豐富 印爾硫工業也很發達 硫也可以製成塊狀 棒狀和粉末狀 當硫被加熱到熔點時 剛開始會被熔成淡黃色像水一樣易於流動的液體 在溫度接近攝氏160度時 液態硫顏色變深 粘度增加10萬倍 在攝氏200-250度時 液態硫完全不能流動 繼續加熱到攝氏260度以上 則粘度逐漸降低 增加到攝氏300度 又變成容易流動的液體 液態硫在攝氏444.6度時沸騰 生成橙黃色的蒸汽 若硫蒸汽急速冷卻 則會升華成很細的粉末晶體 硫的粘度之所以出現奇特的變化 是因爲在攝氏200-250度間 水溫度增加含8個原子的環狀分子 逐漸變成含30多萬個原子的長分子 如此長的分子互相交織在一起會阻止液體順利流動 攝氏260度以上可以有足夠的能量把長鏈變成短鏈 分子間相互作用減少 流動也就容易了 前面提到 硫容易跟大多數金屬直接化合成金屬硫化物 甚至一些不活潑的金屬也能與硫化合生成金屬硫化物 硫也容易和氫反應 在攝氏300度時直接合成硫化氫 硫化氫是一種無色而有臭雞蛋氣味的氣體 也是腐敗雞蛋中出現氣味的來源 它是細菌分解蛋黃中含硫蛋白質的結果 硫化氫有毒 它可通過破壞呼吸系統 因而損害人體 即使微量硫化氫也會導致頭痛 噁心 甚至窒息 也可麻痹人的中樞神經並影響呼吸系統 長時間吸入過量硫化氫會引起嚴重中毒 甚至死亡 因此在摘取和使用硫化氫時要注意通風 而有關硫化氫的實驗應在通風處內進行 硫也能在供給中燃燒生成有刺激性氣味的二氧化硫氣體 1952年12月 倫敦出現有史以來最嚴重的大霧 造成4000名倫敦居民死於二氧化硫中毒 這場濃霧持續了5天 後擴大到出現平方英里的地區 在那5天中 所有家庭都燒煤炭取暖 二氧化硫就是這麼來的 世界上產生的硫大約有90%都經過燃燒變成了二氧化硫 它是一種無色與火柴燃燒氣味相仿的令人窒息的氣體 它易溶於水形成亞硫酸 在常溫常壓下 一體滴水大約能溶解40體積的二氧化硫 這樣生產的二氧化硫氣體大部分在進一步與空氣反應形成三氧化硫 進而製成硫酸 少量用作食品防腐劑 必須注意的是二氧化硫是大氣污染物 是造成大氣污染的重要物質之一 石油和煤中都含有硫 雖然在某些地方嚴格限制燃燒含硫較多的煤和石油 不過煤和石油仍是世界上主要的能源 當燃燒煤和石油時會產生二氧化硫 進一步氧化變成三氧化硫 它與水反應生成硫酸 與水蒸汽反應時往往形成硫酸煙霧 這些煙霧可在大氣中存在一年多 排入大氣的二氧化硫往往與空氣中的灰塵結合 如果吸入人體就會引起呼吸道疾病 由於二氧化硫與鼻咽喉黏膜中的水分結合後會生成酸性物質 因此當大氣中的二氧化硫含量較多時 人們就容易咳嗽 打噴嚏 流淚 此外二氧化硫還可直接傷害農作物 造成減產 如果它們與空氣中的水蒸汽結合 會形成酸雨降到地面導致土石酸化 而且會在風的作用下向四周擴散 因此危害極大 爲避免污染環境及危害身體健康必須加以重視 始硫的蒸汽通過炙熱的煤炭層可得到無色的二硫化碳氣體 二硫化碳不具極性 是油脂 橡膠及硫 磷 碘等的很好溶劑 可用作殺蟲劑 在工業上廣泛用作溶劑和萃取劑 雖然二硫化硫在空氣中形成硫酸煙霧是端語中重要的酸性成分 然而硫酸是工業之母 隨着工業發展無處不需要硫酸 於是工業生產中需要大量硫 事實上一個國家的工業發展水準 有時是用個人平均耗硫量來衡量的 像在美國每人每年耗硫量超過五公斤 古時候製造硫酸的方法是把硫酸鐵放在蒸硫瓶中加熱 得到一種油狀物就是硫酸 現在的生產方法是接觸法 原料仍然是硫鐵礦 製造的反應原理是燃燒硫或者金屬硫化物的原料來製取二氧化硫 再使二氧化硫在適當的溫度和催化劑作用下氧化成三氧化硫 在溶於水中可得98.3%的濃硫酸 在製取中常以濃硫酸吸收三氧化硫 製得成品硫酸 有人也許會問 爲什麼不用純水來單氧化硫而要用98.3%的硫酸呢 因爲這樣的工業生產過程使三氧化硫的吸收既完全又迅速 而且生產的成品是濃硫酸或者發煙硫酸 如用水或吸硫酸就不足以滿足這些要求了 必須指出的是硫酸有很強的腐蝕性 如果不小心在皮膚或衣服上沾到硫酸 應立即用布試去再用水沖洗 濃硫酸具有吸水性 與空氣接觸能夠吸收空氣中的水分 因此它常用作一些氣體的乾燥劑 濃硫酸還有很強的脫水性 能夠奪取紙張 木材 纖維 皮膚中的水分使它們碳化 如果把濃硫酸加入白糖中 得到的會是黑色的碳 目前硫酸大量使用在冶金工業和金屬加工中 在鋼鐵進行冷炸 衝壓等工藝前 必須用硫酸清洗表面的氧化鐵 否則在冷炸和衝壓時 氧化鐵就有可能被壓入鋼鐵中 使表面粗糙甚至造成被餅 在金屬製品表面鍍鎳鍍時 也要使用硫酸來清洗金屬表面的氧化物 否則鍍層附着力差 容易脫落 在石油工業中 汽油 潤滑油等產品的生產 都需要使用濃硫酸精煉 以去除其中含硫化物和不飽和碳氫化物 每噸原油精煉約需要24公斤硫酸 每噸柴油精製也需要大約30公斤硫酸 在染料工業中幾乎沒有一種染料的製備不使用硫酸 在肥料生產中也需要消耗大量的硫酸 每產生一噸硫酸胺需要消耗大約760公斤硫酸 一噸過磷酸鈣也要消耗360多公斤硫酸 隨着顏色的深入和科技的發展 硫的用途也不斷產生 主要應用在建築材料方面 如硫泡沫 保溫材料 硫磺水泥 硫混凝土 硫利氫鋪路材料 交通化線運氣和表面噴塗材料 顯然硫對人類貢獻很大 這都要感謝硫的多變性格才能造出不同程度的好處 也正因硫的個性多變 很多地方人類還摸不清硫的真正品質