IV. NGUYÊN TỐ S, Se, Te
IV.1.LƯU HUỲNH 1 Tính chất lý học
1. Tính chất lý học
Lưu huỳnh là một khơng kim loại, giịn, cách điện tốt, dẫn nhiệt rất kém và hầu như khơng tan trong nước rất ít tan trong rượu và trong ete. Ngược lại lưu huỳnh rất dễ tan trong các dung mơi hữu cơ như dầu hỏa, benzen và đặc biệt là trong cacbon disunfua CS2 (ở 200C, 100 gam CS2 tan được 43 gam lưu huỳnh). Trong các dung mơi đĩ Sα tan nhiều hơn Sß, do đĩ khi kết tinh lại từ các dung mơi đĩ , lưu huỳnh chủ yếu ở dạng Sα
(lưu huỳnh hình thoi)
Khi đun đến nĩng chảy, lưu huỳnh biến thành một chất lỏng trong suốt linh động và
cĩ màu vàng. Đến trên 1600C lưu huỳnh nhanh chĩng cĩ màu nâu đỏ và nhớt dần, đến
2000C lưu huỳnh lỏng đặc quánh lại giống như nhựa và cĩ màu nâu đen. Tính chất bất thường này của lưu huỳnh khác với bất kì chất lỏng nào khác (khi đun nĩng độ nhớt luơn giảm xuống) được giải thích là do những phân tử vịng S8 khi đun nĩng trên 1600C thì bị đứt thành những phân tử mạch hở rồi những phân tử này nối với nhau thành những phân tử cĩ mạch dài hơn gồn đến hàng trăm hàng ngàn nguyên tử S; mạch dài nhất ở 2000C cĩ thể cĩ đến 8. 105 nguyên tử. Trên 2000C, độ nhớt giảm dần, đến 444,60C lưu huỳnh trở nên linh động và vẫn giữ màu nâu. Sự giảm độ nhớt ở đây được giải thích là các phân tử mạch dài đã đứt ra thành những mạch ngắn hơn. Ở 444,60C, lưu huỳnh sơi tạo nên hơi cĩ màu vàng da cam. Khi làm ngưng tụ hơi lưu huỳnh và hạ thấp dần nhiệt độ, qúa trình biến đổi độ nhớt, màu sắc và trạng thái sẽ xảy ra ngược lại.
Lưu huỳnh đã đun nĩng đến trên 1600C hay ở nhiệt độ cao hơn nữa khi được làm lạnh đột ngột, chẳng hạn bằng cách đổ nhanh vào nước, sẽ biến thành khối dẻo màu nâu và cĩ tính đàn hồi, cĩ thể kéo thành sợi được. Sợi lưu huỳnh dẻo đĩ gồm những mạch xoắn tạo nên bỡi những nguyên tử lưu huỳnh, chúng chưa kịp đứt thành mạch ngắn hơn và
khép lại thành vịng kín S8. Dạng lưu huỳnh trên đây gọi là lưu huỳnh dẻo hay lưu huỳnh vơ định hình, nĩ khơng tan trong các dung mơi hữu cơ và ở điều kiện thường chuyển dần sang dạng Sα.
Hơi lưu huỳnh gồm cĩ những phân tử S8, S6, S4 ở trạng thái cân bằng với nhau. Ở
4500C và dưới áp suất 500 mmHg trong hơi lưu huỳnh cĩ khoảng 54% S8, 37% S6, 5%
S4 và 4% S2 (về thể tích); ở gần 9000C trong hơi lưu huỳnh thực tế chỉ cĩ những phân tử S2
Phân tử S2 cĩ cấu tạo tương tự phân tử O2, thuận từ và cĩ hai electron khơng ghép đơi, phân hủy rõ rệt ở 15000C .
µ (độ nhớt) 853
0,116
160 200 nhiệt độ ( 0C)
Bản chất của sự biến đổi lí học và cấu tạo của các phần tử xuất hiện cịn chưa được hiểu
đầy đủ.
2. Tính chất hĩa học
Lưu huỳnh là nguyên tố tương đối hoạt động, ở nhiệt độ thường kém hoạt động, nhưng khi đun nĩng thì tác dụng hầu hết các nguyên tố, trừ các khí trơ, iốt, nitơ, vàng và platin
- Đối với các nguyên tố cĩ độ âm điện nhỏ hơn, lưu huỳnh thể hiện tính oxi hĩa, các nguyên tố này cháy trong hơi lưu huỳnh giống như trong oxi, phản ứng phát nhiệt và tạo thành những sunfua giống các oxit tương ứng
Ví dụ, khi đun nĩng ở 300 0C, lưu huỳnh tác dụng với hidro tạo thành hidro sunfua :
S + H2 H2S ∆H0 = -20,08 kJ/mol
Tác dụng với kim loại ở nhiệt độ cao tạo thành sunfua kim loại.
- Trong phản ứng với các halogen và oxi cĩ độ âm điện lớn hơn lưu huỳnh, thì nĩ thể hiện tính khử và cho phản ứng trực tiếp, tạo ra những hợp chất ứng với các trạng thái oxi hĩa dương của lưu huỳnh như SF6, S2F10, SF4, SF2, S2F2, SCl4, SCl2, S2Cl2.
-Lưu huỳnh cĩ ái lực rất lớn với oxi, nĩ cháy trong khơng khí cho ngọn lửa màu xanh
và phát nhiều nhiệt S + O2 → SO2 ∆H0 = -297 kJ/mol
-Tính khử của lưu huỳnh cũng thể hiện khi tác dụng với các chất oxi hĩa như KClO3, H2SO4 đặc, HNO3
S + 2H2SO4 đặc 3SO2 + 2H2O
S + 6HNO3 đặc H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
-Dựa vào tính khử, người ta dùng lưu huỳnh để làm thuốc súng đen, thuốc pháo và diêm.
Lưu huỳnh tuy khơng tan trong nước, nhưng cĩ thể tan trong dung dịch kiềm đặc nĩng hoặc trong kiềm nĩng chảy
3S + 6NaOH đặc, nĩng → 2Na2S + Na2SO3 + 3H2O
Bột lưu huỳnh cho phản ứng cộng dễ dàng với các sunfua và sunfit tạo thành các polisunfua và thiosunfat, trong đĩ S liên kết với nhau tạo thành những mạch dài
(n-1)S + Na2S → Na2Sn
S + Na2SO3→ Na2S2O3