硫的同素異形體

硫樣本

S₈的球棍模型，它是硫在自然界中最常見的形式

硫有著大量的同素異形體，其數量只是僅次於碳。除了有很多同素異形體，每個同素異形體通常還有各種同質異形體（相同結構的硫分子的不同晶體結構），由希臘字母前綴（α、β 等）區分。

此外，由於硫元素幾個世紀以來一直都是一件商品，它的各種同素異形體都被賦予了傳統名稱。早期的工人發現了一些後來被證明是硫的單一或混合的同素異形體。某些形式以其外觀命名，例如 「珍珠硫之母」，或者以在鑑定它們的方面非常傑出的化學家命名，例如 「Muthmann硫I」或「Engel硫」。

最常見的硫形式是 S
8 的正交晶系同質異形體，為褶皺環結構（見右圖）。S₈還有另外兩種同質異形體，也具有幾乎相同的分子結構。除了 S₈，以外，含有 6、7、9–15、18 和20個原子的硫環也是已知的。 在五種高壓同素異形體中，有兩種有金屬性。

硫的同素異形體的數量反映了相對較強的S-S鍵，鍵能 265 kJ/mol。此外，與大多數元素不同，硫的同素異形體可以在有機溶劑中進行處理，並且可以通過HPLC進行分析。

氣態同素異形體

二硫S₂

二硫為硫的雙原子分子。在720°C，硫主要以二硫存在。在530°C、低壓(1毫米水銀)的環境中，硫蒸氣佔99%是二硫。火焰中產生的S₂分子使硫燃燒時呈藍色。

三硫S₃

三硫的彎曲結構類似臭氧，為一櫻桃紅色的氣體。在440°C、10毫米水銀的環境，三硫組成了硫蒸汽的10%。

四硫S₄

在硫蒸汽存在。根據理論計算的最新觀點認為四硫有著環狀結構。

環五硫S₅

尚未分離，只在硫蒸汽偵測到。

固體環狀結構

環六硫S₆

S₆的晶形為菱面體，為橙紅色固體，首次透過下列反應發現於1891年。

H₂S₄ + S₂Cl₂ → cyclo-S₆ + 2 HCl (在稀釋的乙醚溶液中)

環-S₆.環-S₁₀加合物

這是由含S₆和S₁₀的二硫化碳中之溶液製備所得。

環七硫S₇

為亮黃色固體，有α、β、γ、δ四種結構。環七硫的環有著不尋常幅度的鍵長(199.3–218.1 pm)，因此被認為是最不穩定的同素異形體。

S₈

S₈的鍵線式

斜方硫（菱形硫）(α-硫)

α-硫是硫自然界中最常見的形式，其純淨時的顏色是黃綠色(市面上出售的硫因為有著微量的環七硫而呈現更黃的顏色)。α-硫實際上不溶於水，導熱性能差，為一良好的電絕緣體。此是硫由二硫化碳結晶而得之緊密的黃色晶體，融點112.8度。

單斜硫(β-硫)

融化硫於部分凝固後，倒出多餘液體，剩下無數之針形晶體即為單斜硫，融點119.2度。

彈性硫

為沸騰之硫注入冷水所得之軟黏體，有彈性。

γ硫

發現於1890年，為融化硫由二硫化碳緩慢結晶而成。

S₁₂之球棍模型

S_n,(n = 9–15, 18, 20)

這些同素異形體是由多種方法合成，例如可以透過二氯化硫(S_n-mCl₂)和H₂S_m反應，即

S_n−mCl₂ + H₂S_m → cyclo-S_n+2 HCl

製取。S₁₂、S₁₈、S₂₀可以由S₈製得，其中S₁₂是繼S₈後最穩定的環狀同素異形體。S₉有4種形式，S₁₈則有2種。

固體連鎖硫結構

生產純淨的連鎖硫已被證明是極其困難的。

ψ硫

亦稱「纖維硫」或ω1-硫，其密度為2.01 g·cm⁻³，會在其融點104°C附近分解。

χ硫

亦稱ω2-硫。

連續硫形式

無定形硫

這是硫在160°C以上時融解的淬火產物。

ω硫

為ψ硫和χ硫的混合物。ω硫可被可用作橡膠的硫化。

λ硫

此為融化後熔融的硫的名字，冷卻此主要給出β-硫。

μ硫

π硫

深色液體，由λ硫經淬火冷卻後形成。含S_n環的混合物。

S_∞

把硫加熱至170°C可形成S_∞。

參考資料