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TUhjnbcbe - 2021/11/30 1:04:00

亦正亦邪的硫元素

硫是人类认识较早的一种非金属单质。在古代中国、印度、埃及等都有使用硫磺的记载。

中西方的炼丹术士和炼金术士们都很重视硫。在古代,我国的炼丹家们用硫、硝石、木炭等制造黑火药,还把硫用在了医药中。

虽然人类很早就会利用硫,但直到年,法国化学家拉瓦锡才证明了硫是一种单质。

在自然界中,硫元素多以含硫矿物的形式存在。火山喷发时会产生大量的单质硫;在深海热泉等极端环境下,含硫化合物的转化可以代替太阳供给整个生态群落所需的能量;在生物体内也广泛存在着硫元素,洋葱、大蒜、大葱等蔬菜所释放的具有刺激性气味的气体也多是含硫化合物。

因此,硫广泛的存在于我们的生存环境中,并已深入我们生产生活,扮演着各种各样的角色。

深海热泉

(热泉喷出的海水含有丰富的硫化氢和硫酸盐,可作为硫化细菌化学合成有机物的原料。)

天然硫磺温泉(位于非洲埃塞俄比亚,水中盐分极高,受盐及其他矿物的影响,温泉呈现鲜亮的颜色。)

硫单质简介

纯净的硫是一种淡黄色固体,俗称硫磺。天然的硫有两种结晶,斜方硫和单斜硫,互为同素异形体。分子一般由八个原子结合在一起,形成类似皇冠的环状结构。

硫的性质及用途01硫与橡胶工业

硫的熔点比较低,在加热的时候会熔化,转变为深棕色的粘稠液体。这是由于受热后,硫分子结构发生变化,环状结构被破坏,形成长链。如果将其倒入冷水中迅速冷却,就会得到一种质地柔软且易于拉伸的物质,称为“弹性硫”。弹性硫并不稳定,在空气中放置会发硬,变回单斜硫。

单质硫是橡胶工业的重要添加剂。天然橡胶因质地软,易塑形成为深受人们喜爱的材料。但受热熔化,遇冷发硬,且易磨损、易老化,成为限制其应用的致命缺点。当“橡胶轮胎之父”固特异偶然发现,在橡胶加工过程中掺入硫粉,橡胶的强度、弹性、耐磨性和抗腐蚀性能都得到大幅提高,橡胶硫化法应运而生。

尽管,随着对硫化方法和硫化剂的深入研究后发现,许多非硫化合物也有硫化效果,但是硫与橡胶的第一次会晤却永远的改变了橡胶行业。

除此之外,硫也是制造硫酸、农药、石硫合剂的重要原料。

02硫与金属的相互作用

硫与金属的相互作用在我们日常生活中也很常见。人们喜爱的硫磺温泉是由岩浆运动形成的一种特殊温泉,因溶有一定量的硫或硫化物,可以软化皮肤、溶解角质、灭菌杀虫,对皮肤病有较好的治疗效果。但是,我们常常会被要求在泡汤前将身上的金属配饰取下,以免变质发黑。这是什么原理呢?原来硫的化学性质相当活泼,可以与绝大多数金属化合,即使是对银、汞等不活泼金属也具有较高的亲和力。

中国古代素有“银针试毒”的惯例。其实,这种做法在今天看来并不科学:因为使银针发黑的并不是有毒物质,而是含硫物质。古代生产技术落后,致使砒霜(三氧化二砷)里都含有少量含硫物质,当其与银针接触,就会发生化学反应,使银针表面生成一层黑色的硫化银。

到了现代,生产技术显著提高,所得的砒霜中不再含有硫元素,也就不能用银针鉴别了。但是,硫的这一特性仍然具有重要的价值,可被用来解除重金属的毒性。通过形成低毒难溶的硫化物,降低重金属对健康和环境造成的污染。比如,水银温度计打碎后,汞蒸发,易造成空气污染,且汞滴四处游走,不便于处理。当在汞滴上撒上硫粉,形成不易游走的硫化汞,就便于清理了。

03硫与氧气的生成物---二氧化硫

除与金属反应,硫与氧气反应的产物二氧化硫,也对人类的生活产生了巨大的影响。最早,人类接触到的二氧化硫主要来自火山喷发,由于二氧化硫的气味实在刺鼻难闻,古人认为它是恶魔的气息。所以在西方神话中,恶魔所在的地域到处都燃烧着硫磺火焰,散发着刺鼻的气味。

工业革命以来,大气中二氧化硫含量的增加,对环境造成严重的损害。高浓度的二氧化硫会使肺部水肿,无法呼吸,从而使人窒息死亡。伦敦烟雾事件,就是历史上的真实案例。事件的起因就是伦敦冬季燃烧大量含硫煤炭取暖,且冬季无风,大量二氧化硫和粉尘蓄积,引发灾难,造成多人丧生。

当大气中的二氧化硫等酸性物质被雨水吸收,致使雨水pH小于5.6,称为“酸雨”。酸雨不仅腐蚀建筑、衣服、皮肤,还使土壤和水质酸化,农作物减产,水生生物死亡,造成重大经济损失。所以,酸雨又被称为“空中死神”。在遭受多年酸雨之害后,人们逐渐认识到发展工业过程中,忽视环境会引发恶果,从而促进了世界各国开启了环境保护立法的进程。

二氧化硫虽然有毒,但可以以毒攻毒,利用它的毒性进行杀菌和防腐。人类很早就知道硫燃烧时有消毒和漂白的作用,这在《荷马史诗》中就有记载。日常生活中的干果、蜜饯、红酒等食品常用二氧化硫来杀菌防腐。除此之外,利用二氧化硫能与具有特征结构的色素结合,使之褪色的原理,可用二氧化硫对银耳、纸张、丝绸和草帽等多种物质进行漂白。《中华人民共和国添加剂标准》中明确规定了二氧化硫可作为食品添加剂,但需规范用法和用量。虽然它的漂白效果并不十分稳定,当外界环境发生改变时,颜色又会逐渐恢复,但由于二氧化硫易于制取,成本低廉,至今仍被广泛使用。

04含硫元素的有机化合物

硫元素最为神秘的特性还要属其可以与碳氢等元素组成生命体中重要的有机化合物。许多生物体腐败后散发出让人难以忍受的气味,其部分来源正是含硫蛋白质分解产生的硫化物。

有趣的是动植物界都不乏将硫臭味玩到极致的高手,让其成为自身生存的重要保障。动物界的美洲臭鼬在遇到危险时,其臭腺喷射出至少三种以上硫醇化物,这种恶臭让其天敌退避三舍;植物界的巨型海芋,凭借花中硫化物散发出强烈的腐尸般的气味吸引以腐肉类为食的甲虫和食肉蝇前来授粉。

当然,硫的臭味对人类也大有用处。在日常生活中,我们的嗅觉识别系统对硫醇和硫醚的气味十分敏感,将微量硫醇添加于本来无色无味的管道煤气中,降低了煤气泄漏事件被疏忽的可能性。

巨型海芋(又称“尸臭花”)

每3年一开放,花期不过两天

开放时会发出难闻的腐尸味。

?亦正亦邪

硫是一种颇有争议的化学元素。它的功与过,魅力与威力,远不止如此。以华东师范大学姜雪峰团队领衔的硫化学研究团队将致力解决硫化物的污染问题,开创性地提出了3S(即Smelless无臭;Stable稳定;Sustainable可持续发展)绿色硫化学,致力于实现“无机硫向有机硫转化,无臭硫向有用硫转化”。

任何一种化学元素本身并无优劣,重要的是人类利用智慧将其转化成为自身所需要的形式。

THEEND

本文作者:黄再娣

审核定稿:周玉枝陈园园

编辑美化:孙春元

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