خواص عنصر گوگرد چیست و چه کاربردی دارد؟
عنصر گوگرد از عناصر شیمیایی جدول تناوبی بوده و با نماد شیمیایی S شناخته می شود. عدد اتمی عنصر گوگرد ۱۶ و عدد جرمی آن تقریبا ۳۲ است. عنصر گوگرد نافلز بوده و در گروه ۱۶ و تناوب سوم جدول مندلیف قرار گرفته است. خواص عنصر گوگرد از نافلز بودن این عنصر به دست می آید. از کاربرد عنصر گوگرد می‌توان به مصرف در کشاورزی اشاره نمود. ویژگی انواع گوگرد منجر به استفاده های گسترده از این ماده در مصارف صنعتی مختلف شده است. ایزوتوپ عنصر گوگرد نیز شناخته شده و در ادامه مقاله بررسی می‌گردد. انواع عنصر گوگرد با بیش از ۳۰ آلوتروپ شناسایی شده اند. منابع عنصر گوگرد در طبیعت به وفور یافت شده و کانسارهای بسیاری از این ماده کشف شده است. عنصر گوگرد نافلزی چند ظرفیتی بوده و بیشتر به شکل بلور هایی زرد رنگ یافت می شود.
نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی عناصر شیمیایی جدول تناوبی مندلیف پرداخته است. مانند: اکسیژن، نیتروژن، کربن، سیلیسیم و… . در ادامه این مقاله با بررسی کاربرد، خواص فیزیکی و شیمیایی و ویژگی عنصر گوگرد با ما همراه باشید.
پیشینه عنصر گوگرد
عنصر گوگرد انگلیسی Sulfur نامیده می شود. این عنصر قدمتی دیرینه دارد و از زمان های باستان شناخته شده بود. این عنصر در افسار پنج‌گانه کتاب مقدس نیز با نام Brimstone آمده است. قبیله Bootier در سال ۴۲۴ قبل از میلاد دیوار های شهری را با مخلوطی از زغال و گوگرد سوزانده و تخریب نمودند.
در قرن ۱۲ در کشور چین نیز باروت که مخلوطی از نیترات پتاسیم (KNO۳) کربن و گوگرد بود کشف شد. در گذشته کیمیا گران گوگرد را با نمادی مثلثی نشان می دادند که در بالای آن یک خط قرار داشت. کیمیاگران در آن زمان از روی تجربه می دانستند که جیوه با گوگرد ترکیب می شود. درنهایت در ۱۷۷۰ دانشمندی به نام آنتوان لاوازیه، مجامع علمی را به وجود عنصر گوگرد متقاعد نمود.
عنصر گوگرد به صورت طبیعی در مقادیر زیاد به صورت ترکیبی با دیگر عناصر به صورت سولفید و سولفات یافته می شود. این عنصر را می توان به صورت آزاد نزدیک به چشمه های آب گرم و مناطق آتش فشانی و معادنی یافت. زغال سنگ و نفت نیز در هنگام سوختن دی اکسید گوگرد تولید می کنند.
ویژگی عنصر گوگرد عنصر شماره ۱۶ جدول تناوبی
عنصر گوگرد نافلزی به رنگ زرد کمرنگ است. این ماده بسیار سبک و نرم است و هنگام ترکیب با هیدروژن بوی مشخصی شبیه بوی تخم مرغ فاسد شده دارد. شعله عنصر گوگرد به شکل آبی رنگ سوخته و بوی عجیبی هم از خود ساطع می‌کند. جالب است بدانید که عنصر گوگرد در آب حل نمی شود. اما در دی سولفید کربن حل می شود. مدل اتمی بور برای عنصر گوگرد نیز تعریف شده است.
حالت های اکسیداسیون این عنصر ۲- و۲ + و ۴+ و۶ + است. ۲- و ۴+ کاهنده بوده و تمایل دارند به ۶+ که پایدار تر است برسند. حالت های ۴+ و ۶+ از قاعده هشت تایی پیروی نمی‌کنند. گوگرد در تمامی حالت های مایع، جامد و گاز اشکال چندگانه دارد که ارتباط بین آن ها به طور کامل شناخته نشده است. عنصر گوگرد کریستالی هم به صورت حلقه گوگردی S8 نشان داده می شود.
نیترید گوگرد پلیمری شبه فلز است و بنابراین مقداری خواص فلزی دارد و این در حالی است که هیچ گونه اتم فلزی در این ماده وجود ندارد. داشتن خواص نوری و الکتریکی غیر معمول از ویژگی این ماده است. گوگرد غیر متبلور با سرد کردن سریع کریستال گوگرد به دست می آید. اشعه ایکس مشخص نموده است که گونه غیر متبلور و بی نظم ممکن است در هر ساختار پیچشی ستاره مانند ۸ اتم داشته باشد.
عنصر گوگرد به دو حالت کریستالی بدست می آید: گوگرد هشت وجهی یا بلور مونو کلینیک که در دماهای معمولی نوع هشت وجهی پایداری بیشتری دارد.
انواع ترکیبات عنصر گوگرد
- گوگرد پودری
- گوگرد معدنی
- گوگرد کلوخه
- گوگرد گرانوله
- گوگرد آلی گرانوله
- گوگرد نوع نفتی و گازی
- گوگرد دانه بندی
- گوگرد میکرونیزه
- گوگرد پالایشگاهی
آلوتروپ عنصر گوگرد
بیشترین تعداد آلوتروپ در بین عناصر به این ماده تعلق دارد. این ماده شامل ۳۰ آلوتروپ است. البته حلقه های دیگری نیز در کنار مولکول حلقوی، شناخته شده‌اند. حذف یک اتم ازS8 ، مولکول S7 که رنگ تیره‌تری دارد را ایجاد می کند. کروماتوگرافی HPLC برای عنصر گوگرد، مخلوطی تعادلی را نشان می‌دهد که بیشتر، از S8 و مقادیر کمی از S6 و S7 تشکیل شده است.
ایزوتوپ عنصر گوگرد
تعداد ایزوتوپ های این ماده در منابع، ۲۵ ایزوتوپ ذکر شده است. اما تنها ۴ یک از این ایزوتوپ ها پایدارند. ایزوتوپ S-32 با ۹۵.۰۲%، فراوان ترین ایزوتوپ این عنصر است. ایزوتوپ S-34 با فراوانی ۴.۲۱%، ایزوتوپ S-33 با ۰.۷۵% و ایزوتوپ S-36 با فراوانی ۰.۰۲% ایزوتوپ های دیگر این عنصر هستند. ایزوتوپ S-35 ایزوتوپ رادیواکتیو این عنصر است که نسبت به بقیه ایزوتوپ های رادیو اکتیو گوگرد عمر بیشتری دارد. ایزوتوپ رادیواکتیو گوگرد ۳۵ نیمه عمری برابر ۸۷ روز دارد.
در اکوسیستم های جنگلی سولفات از هوا به دست می آید. فرسایش در معرض هوا و تبخیر می توانند کمی گوگرد بوجود آورد. بررسی منابع آلوده کننده گوگرد هایی که ترکیب ایزوتوپی مجزا دارند بکار می روند. در مطالعات آب شناسی نیز گوگرد های غنی شده کاربرد دارند.
رفتار عنصر گوگرد در آب
شاید این سوال مطرح باشد که چگونه عنصر گوگرد را در آب حل کنیم. عنصر گوگرد در آب حل و یا ته نشین نمی شود. برای حل کردن گوگرد اگر مقداری مایع ظرف‌شویی به آن اضافه شود، گوگرد هم خورده و ته‌نشین می گردد.
خواص عنصر گوگرد
- عدد اتمي: ۱۶
- جرم اتمی گوگرد: ۳۲٫۰۶۵
- ظرفيت : ۶، ۴، ۲
- نوع عنصر: نافلز
- گروه :۱۶
- دوره : ۳
- فاز در STP: جامد
- آرایش الکترونی: [Ne] 3S۲ ۳P۴
- بلوک: بلوک-p
- الکترونگاتیویته: ۲۰۵۸
منابع عنصر گوگرد
زندگی بر روی زمین به دلیل وجود عناصر مختلف امکان پذیر بوده است. در دریاهای اولیه شرایط به گونه ای بود که واکنش های شیمیایی ساده توانستند اسیدهای آمینه را ایجاد کنند. اسید آمینه ای که اجزای سازنده زندگی است. به طور طبیعی این ماده را می توان در نزدیکی آتشفشان ها یافت. بسیاری از مواد معدنی سولفید شناخته شده است. پیریت و مارکایست سولفید آهن هستند. استیبین، سولفید آنتیموان است. گالن، سولفید سرب است. سینابار، سولفید جیوه و اسفالریت، سولفید روی است. دیگر سنگ معدن های سولفیدی، کالکوپیریت، بورنیت، پنلاندیت، میلریت و مولیبدنیت،گچ و نمک های اپسوم هستند.
اما منابع اصلی گوگرد برای مصارف صنعتی سولفید هیدروژن گاز طبیعی است. کشور کانادا تولید کننده اصلی این ترکیب است. تولید عنصر گوگرد مدرن به طور کامل از فرآیند های مختلف تصفیه ای صورت می گیرد. این تصفیه برای حذف گوگرد از گاز های طبیعی، نفت و ماسه های قیری استفاده می شود.
موجودات زنده همگی دارای گوگرد هستند. هنگام فسیل شدن گوگرد به محیط باز می گردد. در صورت سوختن سوخت های فسیلی تصفیه نشده، دی اکسید گوگرد می تواند وارد جو شود و باران اسیدی ایجاد کند. بنابراین فرآیند گوگرد زدایی از سوخت فرایند بسیار مهمی در بهبود محیط زیست است.
کاربرد عنصر گوگرد
گوگرد به صورت آزاد و به صورت ترکیبی موارد مصرف بسیاری دارد ولی بیشترین کاربرد آن برای ساخت ترکیبات شیمیایی و فراورده‌های میانی در چرخه صنعت را داراست.
- بیشترین مصرف گوگرد در سال‌های اخیر در صنایع کشاورزی و تهیه کود های فسفاتیک بوده است.
- گوگرد از اجزای باروت است.
- گوگرد برای جوشکاری لاستیک نیز به کار می‌رود.
- گوگرد به عنوان ماده از بین برنده قارچ و همچنین ضدعفونی‌کننده و کود به کار می‌رود.
- گوگرد برای تهیه اسید سولفوریک مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- گوگرد برای ساختن چندین نوع کاغذ، ماده سفیدکننده و به عنوان عایق الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد.
- گوگرد در فرایند تولید کودهای فسفاتی به عنوان ماده ضد قارچ عمل می‌کند.
- سولفات ها در کاغذ های شستشو و خشک بار نیز کاربرد دارند.
- در ساخت کبریت و در آتش بازی نیز این ماده به کار گرفته می‌شود.
- تیوسولفات آمونیوم یا سدیم به عنوان عامل ثابت‌کننده در عکاسی کاربرد دارد.
کاربرد عنصر گوگرد در کشاورزی
کاربرد این ماده در تولید کود های کشاورزی بسیار مورد استفاده است. مهم‌ترین شکل مصرف آن به صورت ترکیب معدنی کلسیم سولفات است. شکل عنصری این گوگرد، آب‌گریز است. بنابراین به طور مستقیم توسط گیاهان نمی تواند مصرف و جذب شود. باکتری های خاک با گذشت زمان قادرند تا این ماده را به مشتقات محلول در آب تبدیل کنند. تا قابل جذب توسط باشد. این عنصر عملکرد سایر مواد مغذی مورد نیاز گیاه از جمله نیتروژن و فسفر را افزایش می‌دهد.
لازم به ذکر است که تولید مواد گوگردی از طریق فرآیندهای بیولوژیکی، به صورت آب‌دوست طراحی می شود. این مواد قابلیت جذب بالایی توسط گیاه دارند.
کاربرد بیولوژیکی گوگرد
استفاده از خواص عنصر گوگرد برای تمام موجودات زنده ضروری است. این ماده به عنوان سولفات از خاک (یا آب دریا) توسط گیاهان و جلبک ها گرفته می شود. از این ماده جهت ساخت دو اسید آمینه ضروری مورد نیاز برای ساخت پروتئین استفاده می گردد. در برخی از آنزیم ها نیز از این عنصر استفاده می گردد. گوگرد و سولفات غیر سمی هستند. اما دی سولفید کربن، سولفید هیدروژن و دی اکسید گوگرد سمی هستند. سولفید هیدروژن بسیار خطرناک بوده و می تواند فلج تنفسی ایجاد کرده و منجر به مرگ شود.
هنگام سوختن زغال سنگ و روغن تصفیه نشده دی اکسید گوگرد تولید می شود. دی اکسید گوگرد در جو باعث باران اسیدی می شود. باران اسیدی می تواند باعث مرگ دریاچه ها شود.
اثر این ماده در انسان
همه موجودات زنده به این ماده نیاز دارند. این ماده از عناصر مهم برای سلامت انسان است. این ماده بخشی از اسید آمینه متیونین است که برای انسان یک ماده اصلی بشمار می آید.
در اسید آمینه سیستئین نیز کاربرد عنصر گوگرد وجود دارد. متوسط مصرف روزانه گوگرد ۹۰۰ میلی گرم است که به شکل پروتئین وارد بدن می شود.
گوگرد در طبیعت به صورت سولفید یافته می شود. پیوند های گوگردی طی چندین فرآیند به محیط زیست اضافه می شود. این ترکیبات ممکن است برای حیوانات و انسان ها مضر باشند. درواقع پیوند های گوگردی مخرب در واکنش های مختلف در طبیعت شکل می گیرند. آن ها اغلب بوی نامطبوعی داشته و بسیار سمی هستند.
آسیب ها
- بروز اثرات عصبی و تغییرات رفتاری
- بروز اختلال در گردش خون
- بروز آسیب قلبی
- تأثیر بر چشم و قوه بینایی
- ایجاد نارسایی در تولید مثل
- ایجاد آسیب به سیستم ایمنی بدن
- بروز اختلال معده و دستگاه گوارش
- آسیب به عملکرد کبد و کلیه
- نقص شنوایی
- اختلال در متابولیسم هورمونی
- بروز اثرات پوستی
- و در نهایت خفگی و آمبولی ریه
خواص مصرف گوگرد بر محیط زیست و طبیعت
در هوا گوگرد به اشکال مختلف یافت می شود. اگر جذب این ماده از طریق استنشاق گوگرد در مرحله گازی انجام شود، باعث تحریک چشم و گلو در حیوانات می شود. به دلیل محدودیت در تخریب پیوند های گوگردی این ماده به طور گسترده ای در صنایع استفاده شده و به هوا منتشر می شود. اثرات مخرب گوگرد در حیوانات آسیب مغزی از طریق نقص عملکرد هیپوتالاموس و آسیب به سیستم عصبی است.
گوگرد می تواند آسیب جدی عروقی در رگ های مغز، قلب و کلیه ها را باعث شود. همچنین اشکال خاصی از گوگرد باعث آسیب جنین و آثار مادر زادی نیز می شود. لازم به ذکر است که مادران حتی می توانند از طریق شیر مادر مسمومیت با گوگرد را به فرزندان خود منتقل کنند. این ماده حتی می تواند به سیستم های آنزیمی داخلی حیوانات نیز آسیب برساند.
خطرات و مضرات گوگرد
- گرد و غباری که حاوی این ماده باشد، در حد جز در میلیون نیز می تواند سوزش، تحریک، سرخ شدن و درد چشم را ایجاد نماید.
- تماس مداوم پوست با گوگرد در اشخاصی با پوست حساس، سبب تحریک پوست می شود.
- عنصر گوگرد سمی نیست اما خوردن مقدار زیاد این ماده موجب گلو درد، تهوع و سردرد می شود. در شرایط حاد مسمومیت با این ماده حتی ممکن است فرد بیهوش شود. درواقع این عنصر ممکن است در روده به سولفید هیدروژن تبدیل گردد.
- تنفس نمودن گرد و غبار حاوی گوگرد سرفه و عطسه ایجاد کرده و مقادیر زیاد آن موجب تنگی نفس می شود.
- توجه شود که این ماده آتش گیر و قابل احتراق است.
- حتی گرد و غبار این ماده نیز قابلیت انفجار دارد.
- هشدار مصرف و کاربرد عنصر گوگرد
- در هنگام کار کردن با دی سولفید کربن، سولفید هیدروژن و دی اکسید گوگرد باید جانب احتیاط رعایت شود.
- دی اکسید گوگرد علاوه بر اینکه ترکیبی سمی و حتی سمی تر از سیانید است، با آبی که در جو وجود دارد واکنش داده و باران اسیدی را به وجود می آورد.
- در صورتی که غلظت این عنصر زیاد باشد، با توقف در عمل دم و بازدم موجب مرگ می شود.
- نکته مهم اینکه گوگرد به سرعت حس بویایی را از کار می اندازد. بنابراین قربانیان ممکن است از وجود آن بی اطلاع باشند.
