- Nguyên tử lưu huỳnh có số hiệu nguyên tử là 16, thuộc nhóm VIA, chu kì 3 của bảng tuần hoan các nguyên tố hóa học
Nguyên tử lưu huỳnh có cấu hình electron 1
1s22s22p63s23p4. Lớp ngoài cùng có 6e1. Hai dạng thù hình của lưu huỳnh
Lưu huỳnh có hai dạng thù hình: Lưu huỳnh tà phương Sα và lưu huỳnh đơn tà Sβ. Chúng khác nhau về cấu tạo tinh thể và một số tính chất vật lí, nhưng tính chất hóa học giống nhau.
Hai dạng lưu huỳnh Sα và Sβ có thể biến đổi qua lại với nhau theo điều kiện nhiệt độ [xem bảng sau].
2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với cấu tạo phân tử và tính chất vật lí của lưu huỳnh
Thí nghiệm:
Cho một mẩu nhỏ lưu huỳnh vào ống nghiệm rồi đun trên ngọn lửa đèn cồn. Quan sát hiện tượng ta thấy:
Ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy [dưới 1130C], Sα và Sβ là chất rắn, màu vàng. Phân tử lưu huỳnh gồm 8 nguyên tử liên kết cộng hóa trị với nhau tạo thành mạch vòng:
Ở nhiệt độ 1190C, lưu huỳnh nóng chảy thành chất lỏng màu vàng, rất linh động. Ở nhiệt độ này, các phân tử S8 chuyển động trượt trên nhau rất dễ dàng.
Ở nhiệt độ 1870C, lưu huỳnh lỏng trở nên quánh nhớt, có màu nâu đỏ. Ở nhiệt độ này, mạch vòng của phân tử S8 bị đứt gẫy tạo thành những chuỗi có 8 nguyên tử S. Những chuỗi này liên kết với nhau tạo thành phân tử lớn, chứa tới hàng triệu nguyên tử [Sn]. Những phân tử Sn chuyển động rất khó khăn:
Ở nhiệt độ 4450C, lưu huỳnh sôi. Ở nhiệt độ này các phân tử lớn Sn bị đứt gẫy thành nhiều phân tử nhỏ bay hơi. Thí dụ, ở 14000C hơi lưu huỳnh là những phân tử S2, ở nhiệt độ 17000C hơi lưu huỳnh là những nguyên tử S.
Để đơn giản, người ta dùng kí hiệu S mà không dùng công thức phân tử S8 trong các phản ứng hóa học.
Nguyên tử S có cấu hình electron là 1s22s22p63s23p4. Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử S có 2 electron độc thân. Ở trạng thái kích thích, nguyên tử S có 4 hoặc 6 electron độc thân.
Bởi vậy, trong các hợp chất của S với những nguyên tố có độ âm điện nhỏ hơn [kim loại, hiđro...], nguyên tố S có số oxi hóa −2.
Trong các hợp chất cộng hóa trị của S với những nguyên tố có độ âm điện lớn hơn [oxi, clo...], nguyên tố S có số oxi hóa +4 hoặc +6.
Như vậy, đơn chất lưu huỳnh [số oxi hóa =0] có số oxi hóa trung gian giữa −2 và +6. Khi tham gia phản ứng hóa học, nó thể hiện tính oxi hóa hoặc tính khử.
1. Lưu huỳnh tác dụng với kim loại và hiđro
Lưu huỳnh tác dụng với nhiều kim loại và hiđro ở nhiệt độ cao, sản phẩm là muối sunfua hoặc hiđro sunfua:
2Al0+3S0→Al2+3S3−2H20+S0→H2+1S−2
Lưu huỳnh tác dụng với thủy ngân ở nhiệt độ thương tạo muối thủy ngân [II] sunfua:
Hg0+S0→Hg+2S−2
Trong những thí dụ trên, số oxi hóa của các nguyên tố S giảm từ 0 xuống −2. S thể hiện tính oxi hóa.
2. Lưu huỳnh tác dụng với phi kim
Ở nhiệt độ thích hợp, lưu huỳnh tác dụng được với một số phi kim như oxi, clo, flo:
Trong những phản ứng trên, số oxi hóa của nguyên tố S tăng từ 0 đến +4 hoặc +6. S thể hiện tính khử.
Lưu huỳnh còn có tên gọi khác là Sulfur, là một nguyên tố hoá học trong bảng tuần hoàn, có ký hiệu là S và có số nguyên tử là 16.
Tìm hiểu thêm thông tin khác: CLO là gì? Tính chất, công dụng & cách điều chế CLO
ĐẶC TRƯNG NỔI BẬT CỦA LƯU HUỲNH
– Ở điều kiện nhiệt độ phòng, lưu huỳnh ở trạng thái rắn xốp và có màu vàng nhạt và ở trạng thái đơn chất không có mùi. Phi kim này khi cháy có ngọn lửa màu xanh lam và toả ra đioxit lưu huỳnh có mùi ngột ngạt, khác thường và tạo cảm giác khó chịu. Sulfur không hòa tan trong nước nhưng hòa tan trong đisulfua cacbon và các dung môi không phân cực khác. Một số trạng thái ôxi hóa phổ biến của Sulfur là -2, -1[pirit sắt…], +2, +4 và +6. Sulfur tạo thành các hợp chất ổn định với gần như mọi nguyên tố, chỉ ngoại trừ các khí trơ.
– Ở trạng thái rắn, Sulfur tồn tại như các phân tử vòng dạng vòng hoa S8 và bên cạnh đó nó cũng có nhiều hình thù khác. Màu vàng đặc trưng của lưu huỳnh được tạo nên từ việc loại một nguyên tử từ vòng S7. Ngược lại, nguyên tố oxy cùng phân nhóm nhưng lại nhẹ hơn về cơ bản chỉ tổn tại trong 2 dạng là: O2 và O3
– Sulfur có tinh thể rất phức tạp, phục thuộc vào các điều kiện cụ thể, các thù hình của chúng tạo thành các cấu trúc tinh thể khác nhau, các dạng hình thoi và xiên đơn S8 là các dạng được nghiên cứu tỉ mỉ nhất.
– Sulfur nóng chảy có độ nhớt, đây cũng là tính chất nổi bật của phi kim này, độ nhớt này tăng lên theo nhiệt độ do sự hình thành các chuỗi polyme. Tuy nhiên, sau khi đã đạt được một khoảng nhiệt độ nhất định thì độ nhớt lại bị giảm do đã đủ năng lượng để phá vỡ chuỗi polymer.
– Sulfur vô định hình hay còn gọi là “dẻo” có thể tạo ra khi làm nguội nhanh Sulfur nóng chảy. Theo nghiên cứu tinh thể bằng tia X, dạng vô định hình có thể có cấu trúc xoắn ốc với 8 nguyên tử trên một vòng. Đây là dạng ổn định ở nhiệt độ phòng và dần chuyển thành dạng kết tinh. Quá trình này diễn ra trong vài giờ hoặc vài ngày nhưng có thể tăng tốc nếu có xúc tác.
ỨNG DỤNG CỦA LƯU HUỲNH
Ứng dụng chủ yếu của lưu huỳnh
Lưu huỳnh được dùng nhiều trong công nghiệp với các ứng dụng khác nhau. Sulfur có dẫn xuất chính là axít sulfuric [H2SO4], được đánh giá là một trong những nguyên tố quan trọng nhất được dùng như nguyên liệu công nghiệp và được xem là quan trọng bậc nhất với mọi lĩnh vực của kinh tế thế giới.
Một số ứng dụng chủ yếu của lưu huỳnh:
- Sản xuất axit sulfuric.
- Sử dụng trong ắc quy, bột giặt, lưu hoá cao su, thuốc diệt nấm và dùng trong sản xuất phân bóng phốtphat.
- Sulfit được sử dụng để làm trắng giấy và làm chất bảo quản trong rượu vang và làm khô hoa quả.
- Với bản chất dễ cháy, nó còn được dùng trong các loại diêm, thuốc súng và pháo hoa.
- Sulfat magiê [muối Epsom] có thể được dùng như thuốc nhuận tràng, chất bổ sung cho các bình ngâm [xử lý hóa học], tác nhân làm tróc vỏ cây, hay để bổ sung magiê cho cây trồng.
- Lưu huỳnh nóng chảy còn được dùng để tạo các lớp khảm trang trí trong sản phẩm đồ gỗ.
Vai trò sinh học
- Các axít amin cystein và methionin có chứa lưu huỳnh, cũng như mọi polypeptid, protein và enzym có chứa các axít amin này, làm cho lưu huỳnh trở thành thành phần cần thiết cho mọi tế bào.
- Các liên kết disulfua giữa các polypeptid có vai trò rất quan trọng trong sự tạo thành và cấu trúc của protein. Homocystein và taurin cũng là các axít amin chứa lưu huỳnh nhưng không được mã hóa bởi ADN và cũng không phải là một phần của cấu trúc sơ cấp của các protein.
- Một số dạng vi khuẩn sử dụng sulfua hiđrô [H2S] thay vào vị trí của nước như là chất cung cấp electron trong các tiến trình thô sơ tương tự như quang hợp.
- Thực vật cũng hấp thụ lưu huỳnh từ đất trong dạng các ion sulfat.
- Lưu huỳnh vô cơ tạo thành một phần của các cụm sắt-lưu huỳnh, và lưu huỳnh là chất cầu nối trong vị trí CuA của cytochrom c ôxidaza.
- Sulfur cũng là thành phần quan trọng của coenzym A.
Ảnh hưởng môi trường
- Than và dầu mỏ trong công nghiệp khi đốt cháy cùng các nhà máy điện giải phóng ra lượng lớn đioxit lưu huỳnh SO2, chất này phản ứng với hơi nước và oxy có trong khi quyển tạo ra axít sulfuric tạo nên các cơn mưa axit làm giảm pH của đất, các khu vực nước ngọt, gây phong hoá hoá học với các công trình xây dựng hoặc kiến trúc.
Tìm hiểu thêm thông tin: Phèn nhôm là gì? Tính chất, ứng dụng & nơi mua phèn nhôm uy tín
TÍNH CHẤT CỦA LƯU HUỲNH
Tính chất vật lý
Dạng thù hình:
- Lưu huỳnh tà phương: SαSα
- Lưu huỳnh đơn tà: SβSβ
Hai dạng này khác nhau về cấu tạo tinh thể cùng một số tính chất vật lý nhưng có tính chất hoá học giống nhau. Hai dạng này có thể biến đổi qua lại với nhau tuỳ theo điều kiện nhiệt độ.
Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tính chất vật lý:
- Ở nhiệt độ
- Ở nhiệt độ