خواص فیزیکی گوگرد

گوگرد عنصری است عایق الکتریسیته و در حالت های جامد، مایع و بخار، به صورت چندین شکل (آلوتروپی) وجود دارد که مهمترین اشکال جامد آن رومبیک (Rhombique) و منوکلنیک (Monoclénique) می باشد. گوگرد رومبیک که قسمت عمده گوگرد را تشکیل می دهد بشکل بلورهای هشت وجهی و در درجه حرارت معمولی پایدار بوده و رنگ آن زرد مایل به سبز و شفاف می باشد، آنرا می توان از تبخیر تدریجی محلول گوگرد در سولفور کربن CS₂ تهیه کرد (تقریباً مقدار ۵ گرم گوگرد در ۱۰ گرم CS₂ در ۲۵ درجه سانتی گراد قابل حل می باشد).
گوگرد رومبیک بی بو و بی طعم بوده و در آب غیرمحلول می باشد و از درجه حرارت معمولی تا ۹۹/۶ درجه سانتی گراد پایدار و از درجه حرارت ۹۹/۶ درجه به بالا به نوع منوکلنیک تبدیل می شود و دانسیته آن تقریباً ۲/۰۶ گرم بر سانتی متر مکعب می باشد و شکل بلور هشت وجهی گوگرد رومبیک بقرار زیر است:

انبساط گوگرد رومبیک در سه محور بلور یکسان نیست و بدینجهت است که بلورهای آن در اثر حرارت خرد شده و صدای مخصوصی تولید می کند.
همانطوریکه قبلاً گفته شد تبدیل گوگرد رومبیک به گوگرد منوکلنیک در ۹۹/۶ درجه سانتی گراد انجام می گیرد ولی این تغییر بقدری کند است که اگر گوگرد رومبیک را بسرعت حرارت دهیم بطوریکه به نقطه ذوب حقیقی گوگرد رومبیک که همان ۱۱۲/۸ درجه سانتی گراد است برسد تبدیل آن به گوگرد منوکلنیک خیلی مختصر خواهد بود.
گوگرد منوکلنیک چون در حرارت معمولی ناپایدار است در طبیعت وجود ندارد. هرگاه گوگرد مذاب سرد شود براحتی بصورت سوزنهای طویلی که شکل منشوری (Monoclinique) دارند در می آیند. ولی قبل از کامل شدن انجماد قشر جامد آن سوراخ شده و گوگرد مایع از آن خارج می گردد. بلورهای گوگرد منوکلنیک پس از چند روز به بلورهای ریز نوع رومبیک تبدیل می شود. گوگرد منوکلنیک مانند گوگرد رومبیک دارای رنگ زرد روشن و بی بو و بی طعم و در آب غیر محلول و در ۱۱۹ درجه سانتی گراد ذوب و با دانسیته ۱/۹۶ می باشد.
اگر دانسیته گوگرد رومبیک و منوکلنیک با همدیگر مقایسه شود از اختلاف دانسیته آنها نتیجه می شود که تبدیل گوگرد رومبیک به منوکلنیک با یک انبساط قابل ملاحظه ­ای همراه است. وقتی که گوگرد رومبیک به نوع منوکلنیک تبدیل می شود هر گرم آن مقدار ۲/۸ کالری گرما جذب می کند که هنگام سرد شدن آن و تبدیل آن به گوگرد رومبیک همان مقدار گرما را پس می دهد. اگر گوگرد منوکلنیک را از حرارت ۱۱۰ درجه سانتی گراد بطور سریع سرد کنند از تبدیل آن به گوگرد رومبیک جلوگیری شده و در حرارت صفر درجه سانتی گراد مدتها بصورت بلورهای گوگرد منوکلنیک باقی می ماند.

اثر ساختمان الکترونی گوگرد بر روی خواص فیزیکی آن
با اینکه گوگرد از نظر تعداد الکترونهای لایه ظرفیت مانند اکسیژن می باشد (چون با آن در یک گروه می باشد) ولی بعلت کمی خاصیت الکترونگاتیویته­اش (از اکسیژن) براحتی می تواند الکترونهای لایه خارجی­اش را در اختیار عناصر دیگر و همچنین اتم های دیگر گوگرد قرار دهد.
بطوریکه می دانیم اکسیژن (همگروه گوگرد) می تواند با برقراری پیوند مضاعف مابین خودش و اتم اکسیژن دیگر لایه الکترونی خارجی خودش را به 8 برساند یعنی مولکول تولید نماید در صورتیکه گوگرد نمی تواند با اتمهای همنوعش پیوند مضاعف برقرار نماید و در نتیجه مولکول ناکامل می باشد یعنی در قشر الکترونی خارجی­اش ۸ الکترون وجود ندارد و ناپایدار می باشد و این خاصیت گوگرد باعث شده است که دارای قابلیت پلیمریزه شدن باشد و از این جهت است که با اکسیژن کاملاً فرق داشته و باعث خواص فیزیکی مخصوص آن مانند داشتن ساختمان ملکولی مختلف در حالتهای سه گانه آن یعنی در حالتهای جامد، بخار و مایع شده است.
لایه های الکترونی یک اتم گوگرد بصورت زیر است:

یعنی در لایه خارجی گوگرد تعداد شش الکترون موجود است که برای کامل شدن آن تعداد دو الکترون لازم است و برای اینکه این قشر کامل گردد لازم است که پیوندهای کوئووالانسی ساده میان دو اتم گوگرد تشکیل شود و در این عمل مولکول گوگردی که حاصل می شود حلقه ای بوده و یا بصورت زنجیری طولانی است که اتم های دو سر آن بعلت ناکامل بودن از نظر تعداد الکترونهای لایه خارجی دارای ساختمان غیرعادی هستند. با مطالعه خواص فیزیکی، گوگرد در حالتهای جامد و مایع وجود دو نوع بهم پیوستگی را در میان اتم­های گوگردی (در تشکیل مولکولهای گوگردی) نشان می دهد. با استفاده از اشعه ایکس توانسته­اند ثابت نمایند که مولکولهای گوگرد رومبیک و منوکلنیک حلقه 8 ضلعی یعنی بصورت می باشند که بصورت زیر می توان آن را نمایش داد:

«فرمول گسترده مولکول حلقوی »
و هر گاه بخواهیم ساختمان زنجیری مولکول گوگرد را نمایش دهیم بصورت زیر خواهد بود:

وقتی که گوگرد در اثر حرارت ذوب شده و دمای آن چند درجه هم بالاتر از نقطه ذوب آن می گردد بصورت مایعی در می آید که با ویسکوزیته (ناروانی) کم و برنگ زرد روشن است و در این حالت مولکولهای حلقوی ۸ ضلعی آن در نتیجه شکل کرویشان به آسانی می توانند روی همدیگر بلغزند و گوگرد مذاب را بوجود آورند. اگر عمل حرارت دادن را ادامه دهند بطوریکه گوگرد به حرارتهای بالاتر از ۱۶۰ درجه سانتی گراد برسد در آن درجه حرارتها گوگرد حالت سیال نداشته و با ویسکوزیته زیاد و چسبندگی فوق العاده برنگ قرمز تیره در می آید، خواص فیزیکی آن از جمله مقدار دانسیته آن تغییر می کند که نتیجه تغییراتی است که در ساختمان گوگرد حاصل می­شود. با استفاده از اشعه ایکس ثابت شده است که در این درجات حرارت در اثر افزایش درجه حرارت حلقه­های گوگرد مذاب باز شده و از انتها به همدیگر چسبیده و پلی مری بوجود می آورند که در هر کدام از آنها صدها اتم گوگرد شرکت کرده و در نتیجه زنجیر طویلی (پلی مر) حاصل می شود که بصورت می توان نمایش داد. علت اینکه گوگرد در درجه حرارتهای بالاتر از ۱۶۰ درجه سانتی گراد ویسکوزیته (ناروانی) بزرگی دارد در اثر مشکلاتی است که مولکولهای ایجاد شده (یعنی پلی مرها) در اثر درهم برهم بودن و طول زیادشان برای حرکت کردن با آن مواجه هستند.
در مورد رنگ قرمز تیره­ایکه گوگرد در این درجات حرارت دارد باید گفته شود که وضعیت اختصاصی اتمهای گوگرد دو انتهای زنجیرهای حاصل (پلی مرهای حاصل) یعنی عدم اشباع الکترونی اتم­های گوگردی دو انتهای زنجیرهای حاصل باعث بوجود آوردن رنگ قرمز تیره برای گوگرد شده است.
ماکزیمم مقدار ویسکوزیته گوگرد (ناروانی گوگرد) در ۱۸۷ درجه سانتی گراد می باشد و از این درجه حرارت به بعد هر چه درجه حرارت گوگرد زیادتر گردد از ویسکوزیته آن کاسته می شود. برای اینکه از این درجه حرارت به بعد زنجیرهای طویل گوگرد که آنها را بصورت Sn نمایش دادیم خرد شده و بصورت زنجیرهایی در می آیند که تعداد اتمهای گوگرد شرکت کننده در آنها کمتر است و در نتیجه چسبندگی گوگرد کمتر می گردد، جدول زیر ویسکوزیته گوگرد مایع را در بعضی از درجات حرارت نمایش می دهد (در مقایسه با ویسکوزیته آب در شرایط معمولی که برابر یک فرض شده است):

هر گاه گوگرد را ذوب کرده و به درجه حرارت ۲۰۳ درجه سانتی گراد رسانیده و سریعاً سرد کنند (مثلاً آن را در آب سرد بریزند) گوگردی بی شکل و نیمه شفاف که ماده­ای نرم پلاستیکی است بدست می آید که به آن گوگرد پلاستیک می گویند. در گوگرد پلاستیک اتمهای گوگرد بصورت زنجیرهای طویلی درآمده­اند که آن زنجیرها به شکل فنر هستند و خصلت لاستیکی آنها بعلت قدرت باز و بسته شدنی است که این زنجیرها تحت فشار از خود نشان میدهند. اگر گوگرد پلاستیک را بحال خود بگذارند به مرور زمان به گوگرد رومبیک تبدیل خواهد شد یعنی زنجیرهای طویل به مولکولهای حلقوی S₈ و ماده پلاستیکی بی شکل به بلورهای هشت وجهی تبدیل خواهد شد.
گوگرد در ۴۴/۶ درجه سانتی گراد می جوشد و در حرارت پایین­ تر از نقطه جوشش گوگرد از خودش بخارهای نارنجی رنگی خارج می کند که از مولکول های حلقوی S₈ تشکیل شده است که در اثر افزایش درجه حرارت بخار، مولکول های S₈ تجزیه شده و به مولکول های کوچکتری تبدیل می گردند که شامل مولکول های S₆ و S₂ می باشند. مولکول های S₆ حلقوی بوده و از S₈ ناپایدارترند و ساختمان الکترونی مولکول S₆ بصورت زیر می باشد:

مولکول های دو اتمی گوگرد یعنی S₂ ها فقط در حرارت هایی که بالاتر از ۸۰۰ درجه هستند می توانند وجود داشته باشند و البته اگر حرارت بالاتر از ۱۸۰۰ باشد نمی تواند حالت خودش را حفظ نماید (یعنی تجزیه شده) و به اتمهای گوگرد تبدیل می گردد بطوریکه در حرارت ۲۲۰۰ بخار گوگرد فقط بصورت اتم های تنها (منواتمی) می باشد. هر گاه بخواهیم ساختمان الکترونی مولکول S₂ را نمایش دهیم بصورت زیر خواهد بود:
«ساختمان الکترونی مولکول S₂ »

قابلیت انحلال گوگرد در حلال ها
گوگرد در آب غیر محلول است ولی در اغلب حلالهای آلی حل می شود، از حلالهایی که گوگرد را در خود حل می کنند می توان سولفورکربن، بنزن، نفتالین و تولوئن را نام برد. در هر درجه حرارتی نوع پایدار گوگرد (در آن درجه حرارت) دارای قابلیت انحلال کمتری می باشد.
سولفور کربن را می توان یکی از حلالهای مناسب برای گوگرد دانست و هر چه درجه حرارت بیشتر باشد قابلیت انحلال گوگرد رومبیک در سولفور کربن بیشتر می شود.
بنزن، نفتالین و تولوئن مقدار کمی از گوگرد را می توانند در خودشان حل کنند، یعنی قدرت آنها تقریباً به یک اندازه است. با جدول زیر میتوان قابلیت انحلال گوگرد در سولفور کربن و بنزن را نمایش داد:

نویسنده: علی نیکخو
کتاب شیمی معدنی صنایع شیمیایی ۱۳۶۴

دریگر مطالب مرتبط با گوگرد
برای سهولت در بازبینی وب سایت شیمی کیمیکال و ده ها وب سایت شیمی ایرانی و خارجی دیگر و شبکه های اجتماعی مرتبط و همچنین سهولت در به اشتراک گذاری مطالب آن ها اپلیکیشن رایگان کیمیکال پلاس را نصب کنید.

دریگر مطالب مرتبط با گوگرد
برای سهولت در بازبینی وب سایت شیمی کیمیکال و ده ها وب سایت شیمی ایرانی و خارجی دیگر و شبکه های اجتماعی مرتبط و همچنین سهولت در به اشتراک گذاری مطالب آن ها اپلیکیشن رایگان کیمیکال پلاس را نصب کنید.