硫的同素异形体
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硫有着大量的同素异形体，其数量只是仅次于碳。[1]除了有很多同素异形体，每个同素异形体通常还有各种同质异形体（相同结构的硫分子的不同晶体结构），由希腊字母前缀（α、β 等）区分。[2]
此外，由于硫元素几个世纪以来一直都是一件商品，它的各种同素异形体都被赋予了传统名称。早期的工人发现了一些后来被证明是硫的单一或混合的同素异形体。某些形式以其外观命名，例如 “珍珠硫之母”，或者以在鉴定它们的方面非常杰出的化学家命名，例如 “Muthmann硫I”或“Engel硫”。[2][3]
最常见的硫形式是 S
8 的正交晶系同质异形体，为褶皱环结构（见右图）。S8还有另外两种同质异形体，也具有几乎相同的分子结构。[4]除了 S8，以外，含有 6、7、9–15、18 和20个原子的硫环也是已知的。[5] 在五种高压同素异形体中，有两种有金属性。[6]
硫的同素异形体的数量反映了相对较强的S-S键，键能 265 kJ/mol。[7]此外，与大多数元素不同，硫的同素异形体可以在有机溶剂中进行处理，并且可以通过HPLC进行分析。[8]
气态同素异形体
[编辑]二硫S2
[编辑]二硫为硫的双原子分子。在720°C，硫主要以二硫存在。在530°C、低压(1毫米水银)的环境中，硫蒸气占99%是二硫。火焰中产生的S2分子使硫燃烧时呈蓝色。[1]
三硫S3
[编辑]三硫的弯曲结构类似臭氧，为一樱桃红色的气体。[1]在440°C、10毫米水银的环境，三硫占硫蒸汽的10%。[1]
四硫S4
[编辑]在硫蒸汽存在。根据理论计算的最新观点认为四硫有着环状结构。[9]
环五硫S5
[编辑]尚未分离，只在硫蒸汽侦测到。[10]
固体环状结构
[编辑]环六硫S6
[编辑]S6的晶形为菱面体，为橙红色固体，首次透过下列反应发现于1891年。
H2S4 + S2Cl2 → cyclo-S6 + 2 HCl (在稀释的乙醚溶液中)[1]
环-S6.环-S10加合物
[编辑]这是由含S6和S10的二硫化碳中之溶液制备所得。
环七硫S7
[编辑]为亮黄色固体，有α、β、γ、δ四种结构。环七硫的环有着不寻常幅度的键长(199.3–218.1 pm)，因此被认为是最不稳定的同素异形体。
S8
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斜方硫（菱形硫）(α-硫)
[编辑]α-硫是硫自然界中最常见的形式，[1]其纯净时的颜色是黄绿色(市面上出售的硫因为有着微量的环七硫而呈现更黄的颜色)。α-硫实际上不溶于水，导热性能差，为一良好的电绝缘体。此是硫由二硫化碳结晶而得之紧密的黄色晶体，融点112.8度。
单斜硫(β-硫)
[编辑]融化硫于部分凝固后，倒出多余液体，剩下无数之针形晶体即为单斜硫，融点119.2度。
弹性硫
[编辑]为沸腾之硫注入冷水所得之软黏体，有弹性。
γ硫
[编辑]发现于1890年，为融化硫由二硫化碳缓慢结晶而成。
Sn,(n = 9–15, 18, 20)
[编辑]这些同素异形体是由多种方法合成，例如 可以透过二氯化硫(Sn-mCl2)和H2Sm反应，即
Sn−mCl2 + H2Sm → cyclo-Sn+2 HCl[1]
制取。S12、S18、S20可以由S8制得，其中S12是继S8后最稳定的环状同素异形体。S9有4种形式，S18则有2种。
固体连锁硫结构
[编辑]生产纯净的连锁硫已被证明是极其困难的。
ψ硫
[编辑]亦称“纤维硫”或ω1-硫[10]，其密度为2.01 g·cm−3，会在其融点104°C附近分解。
χ硫
[编辑]亦称ω2-硫。
连续硫形式
[编辑]无定形硫
[编辑]这是硫在160°C以上时融解的淬火产物。
ω硫
[编辑]λ硫
[编辑]此为融化后熔融的硫的名字，冷却此主要给出β-硫。[10]
μ硫
[编辑]π硫
[编辑]深色液体，由λ硫经淬火冷却后形成。含Sn环的混合物。[11]
S∞
[编辑]把硫加热至170°C可形成S∞。
参考资料
[编辑]- ^ 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 引用错误：没有为名为
t4的参考文献提供内容 - ^ Steudel, 17
- ^ Greenwood, 654
- ^ Greenwood, 655
- ^ Steudel, 59
- ^ 引用错误：没有为名为
g652的参考文献提供内容 - ^ 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 (编). 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.