اطلاعات اولیه
گوگرد یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن S و عدد اتمی آن 16 میباشد. گوگرد یک نافلز فراوران بی‌بو ، بی‌مزه و چند ظرفیتی است که بیشتر به شکل کریستالهای زرد رنگ که در کانی‌های سولفید و سولفات بدست می‌آید شناخته شده میباشند. گوگرد یک عنصر حیاتی و لازم برای تمامی موجودات زنده است که مورد نیاز اسید آمینه‌ها و پروتئین‌ها میباشد. این عنصر به صورت اولیه در کودها استفاده میشود ولی بصورت گسترده تر در باروت ، ملین ها ، کبریت ها و حشره کش ها بکار گرفته میشود.
تاریخچه
گوگرد که لاتین آن Sulpur میباشد از زمانهای باستان شناخته شده بود. این عنصر با نام Brimstone در افسار پنجگانه کتاب مقدس آمده است . هومر نیز گوگرد حشره کش را در قرن 9 قبل از میلاد ذکر کرده بود. در سال 424 قبل از میلاد قبیله Bootier دیوارهای یک شهر را با سوزاندن مخلوطی از ذغال و گوگرد سوزانیده و خراب کردند. زمانی نیز در قرن 12 در چین باروت که مخلوطی از نیترات پتاسیومKNO3 کربن و گوگرد بود کشف شد. کیمیا گران اولیه برای گوگرد نماد مثلثی که در بالای یک خط قرار داشت در نظر گرفته یودند. این کیمیا گران از روی تجربه میدانستند که عنصر جیوه میتواند با گوگرد ترکیب شود. در اواخر دهه 1770 Antoine Lavoaisier توانست مجامع علمی را متقاعد کند که گوگرد یک عنصر است نه یک ترکیب.
پیدایش
گوگرد به صورت طبیعی در مقادیر زیاد به صورت ترکیبی با دیگر عناصر به صورت سولفید (مانند:pyrite) و سولفات مانند «Gypsum) یافت میشود و به صورت آزاد نزدیک چشمه های آب گرم و مناطق آتش فشانی و معادنی نظیر Cinnabar Galena و Sphalerite بدست می آید. این عنصر در مقادیر کم نیز از ذغال سنگ و نفت که در هنگام سوختن دی اکسید گوگرد تولید میکنند بدست می آید. استانداردهای سوختی بصورت فزاینده ای به گوگرد برای استخراج سوختهای فسیلی نیاز دارند. چرا که دی اکسید گوگرد با قطرات آب ترکیب شده و باعث بوجود آمد باران اسیدی میشود. این گوگرد استخراج شده بعد از پالایش یکی از بیشترین ذخایر تولید گوگرد را به خود اختصاص میدهد. این گوگرد در ساحل US Gulf با پمپاژ آب داغبه ذخایر گوگردی باعث ذوب شدن گوگرد میشود که گوگرد ذوب شده به سطح زمین پمپ میشود.
گوگرد با وجود مهمتری مشتق خود یعنی اسید سولفوریک یکی از مهمترین عناصر مواد خام صنعتی میباشد که برای هر قسمت از صنعت اهمیت بسزایی دراد. تولید اسید سولفوریک مهمترین استفاده از گوگرد میباشد و مصرف اسید سولفوریک نی به عنوان شاخصی برای جوامع توسعه یافته صنعتی در نظر گرفته میشود. ایالات متحده سالانه بیشتر از هر عنصر دیگری اسید سولفوریک تولید میکند.
رنگهای متمایز قمر Io سیاره مشتری به دلیل وجود گونه های مختلف گوگرد بصورت گاز جامد و گداخته شده میباشد. همچنین یک منطقه تاریک نزدیک دهانه آتش فشان Lunar مشاهده میشود که احتمالا منبع گوگردی میباشد. همچنین گوگرد در بسیاری از گونه های شهاب سنگی نیز وجود دارد.
خصوصیات قابل توجه
ظاهر این نافلز به رنگ زرد کمرنگ میباشد که بسیار سبک و نرم است. این عنصر به هنگام ترکیب با هیدروژن بوی مشخصی دارد که مشابه بوی تخم مرغ فاسد شده میباشد. گوگرد با شعله آبی رنگ میسوزد و بوی عجیبی از خود ساتع میکند. گوگرد در آب حل شدنی نیست ولی در دی سولفید کربن حل میشود. حالتهای معمول اکسیداسیون این عنصر -2و+2و+4 و +6 میباشد. گوگرد در تمام حالتهای مایع جامد و گاز شکلهای چند گانه دارد که ارتباط بین آنها هنوز کاملا درک نشده است. گوگرد کریستالی به صورت حلقه گوگردی S8 نشان داده میشود.
نیترید گوگرد پولیمری خواص فلزی دارد و این در حالی است که هیچ گونه اتم فلزی در خود ندارد. این عنصر همچنین خواص نوری و الکتریکی غیر معمولی نیز دارد. گوگرد غیر متبلور یا پلاستیک با عمل سرد کردن سریع کریستال گوگرد حاصل میشود. مطالعات در زمینه اشعه ایکس نشان میدهد که گونه غیر متبلور و بی نظم ممکن است که 8 اتم در هر ساختار پیچشی ستاره مانند داشته باشد.
گوگرد میتواند به دو حالت کریستالی بدست آید Orthorhombic octahedral یا بلورمونو کلینیک که اولی در دماهای معمولی پایدارتر میباشد.
کاربردها
این عنصر برای استفاده های صنعتی مانند تولید (H2SO4)اسیر سولفوریک برای باطریها تولید باروت و حرارت دادن لاستیک تولید میشود. گوگرد در فرایند تولید کودهای فسفاتی به عنوان ماده ضد قارچ عمل میکند. سولفاتها در کاغذهای شستشو و خشکبار نیز کاربرد دارند. همچنین گوگرد در ساخت کبریت و آتش بازی نیز بکار گرفته میشود. تیو سولفات آمونیوم یا سدیم به عنوان عامل ثابت کننده در عکاسی کاربرد دارد . سولفات منیزیم می تواند به عنوان ماده ضد خشکی و ملین که یک مکمل منیزیم گیاهی است به کار گرفته شود.
نقش بیولوژیکی
اسید آمینوها Cysteine, Methionine, Homocysteine و Taurine و همچنین برخی از آنزیمها حاوی گوگرد میباشند که در واقع گوگرد را به یک عنصر حیاتی برای سلولهای زنده تبدیل کرده اند. ترکیبات دیسولفیدی مابین polypeptidها در ساختار پروتئینی بسیار مهم میباشند. برخی از گونه های باکتری از سولفید هیدروژن بجای آب در فرایند فتوسنتز خود استفاده میکنند. گوگرد توسط گیاهان بصورت ین سولفات از خاک جذب میشود. گوگرد غیر آلی یک قسمت از کلاسترهای آهن- گوگرد را تشکیل می دهد، و گوگرد لیگاند اتصال دهنده درCuA می باشد.
ترکیبات
بسیاری از بوهای نا خوشایند که مرتبط به اندام موجود زنده هستند به دلیل وجود ترکیبات گوگردی مانند سولفید هیدروژن میباشد که بوی تخم مرغ فاسد شده را میدهد. اگر سولفید هیدروژن را در آب حل کنیم محلول اسیدی بدست خواهد آمد که با فلزات واکنش داده و سولفید فلزات را تشکیل میدهد. سولفید فلزات طبیعی مخصوصا سولفید آهن به راحتی یافت میشوند. سولفید آهن Iron Pyrites نیز نام دارد که به آن طلای احمقان نیز میگویند. این ترکیب بطور قابل توجه ای خاصیت رسانایی دارد. Galena که یک سولفید سرب طبیعی میباشد اولین نیمه رسانااصلی بود که کشف گردید.
برخی از ترکیبات مهم گوگرد عباتند از:
sodium dithionite, Na2S2O عامل کاهنده پر قدرت
sulfurous acid, H2SO3, این ترکیب با حل کردن SO2 در آب بدست می آید. این اسید و سولفیدهای مرتبط با آن از کاهنده های نسبتا قوی میباشند. ترکیبات دیگر بدست آمده از So2 شامل Pyrosulfite یونS2O5-2 میشود