유황 : 역사, 특성, 구조, 획득, 용도 - 화학 - 2026

황은 산소 하에서 비금속 원소 리드, 주기율표 제 16 족 원소의 군이다. 그것은 특히 기간이 3 인 그룹 16에 위치하며 화학 기호 S로 표시됩니다. 자연 동위 원소 중 ³² S가 가장 풍부합니다 (모든 황 원자의 약 94 %).

그것은 총 질량의 약 3 %를 차지하는 지구상에서 가장 풍부한 원소 중 하나입니다. 다시 말해서, 행성의 모든 유황을 취하면 두 개의 노란 달이 만들어 질 수 있습니다. 하나가 아니라 세 개의 위성이있을 것입니다. 다양한 산화 상태 (+2, -2, +4 및 +6)를 채택 할 수 있으므로 염분이 많고 지각과 핵을 풍부하게합니다.

유황 결정. 출처 : Pixabay.

유황은 노란색, 악취 및 지옥의 동의어입니다. 악취가 나는 주된 이유는 파생 된 화합물 때문입니다. 특히 탄산 음료와 유기농 제품입니다. 나머지 미네랄은 고체이며 노란색, 회색, 검은 색 및 흰색 (다른 것들 중에서)을 포함하는 색상을 가지고 있습니다.

많은 동소체를 가장 많이 나타내는 요소 중 하나입니다. 그것은 S ₂ 또는 S ₃ 의 작은 개별 분자로 찾을 수 있습니다 . 환 또는 사이클로, 사방 정계 및 단사 황있는 것은 S ₈ 가장 안정적인 모두가 풍부한; 그리고 나선형 체인으로.

그것은 광물 형태의 지각뿐만 아니라 우리 몸의 생물학적 매트릭스에서도 발견됩니다. 예를 들어, 아미노산 시스틴, 시스테인 및 메티오닌, 철 단백질, 케라틴 및 일부 비타민에 있습니다. 마늘, 자몽, 양파, 양배추, 브로콜리, 콜리 플라워에도 들어 있습니다.

화학적으로 그것은 부드러운 원소이며 산소가 없으면 유황 광물과 황산염을 형성합니다. 그것은 푸르스름한 불꽃으로 타며 무정형 또는 결정질 고체로 나타날 수 있습니다.

부식성이 강한 물질 인 황산의 합성에 필수적이며 불쾌한 냄새가 있음에도 불구하고 실제로는 양성 원소입니다. 유황은 화재를 피하는 한 큰 예방 조치없이 모든 공간에 저장할 수 있습니다.

유황의 역사

성경에서

유황은 인류 역사상 가장 오래된 원소 중 하나입니다. 그 발견이 불확실하고 고대 문명 중 어느 것이 처음으로 (그리스도 이전 4000 년) 그것을 사용했는지 알려지지 않았습니다. 성경의 바로 페이지에서 그는 지옥 불과 지옥을 동반하는 것을 볼 수 있습니다.

지옥에서 나오는 유황 냄새는 화산 폭발과 관련이 있다고 믿어집니다. 첫 번째 발견자는 화산 근처의 먼지 땅이나 황색 결정과 같은이 원소의 광산을 발견했을 것입니다.

유물

이 황색 고체는 곧 놀라운 치유 효과를 나타 냈습니다. 예를 들어, 이집트인들은 눈꺼풀의 염증을 치료하기 위해 유황을 사용했습니다. 또한 오늘날 유황 비누 및 기타 피부과 제품에서 볼 수있는 응용 프로그램 인 옴과 여드름을 완화했습니다.

로마인들은 의식에서이 요소를 훈증제와 표백제로 사용했습니다. 불에 타면 방을 가득 채운 가스 인 SO _2를 방출 하여 습도와 섞여서 곤충을 죽일 수있는 항균 환경을 제공합니다.

그리스인과 마찬가지로 로마인은 유황의 높은 가연성을 발견했으며 이것이 바로 불과 동의어가 된 이유입니다. 푸르스름한 불꽃의 색이 로마 서커스를 밝혔음에 틀림 없다. 그리스인들은이 요소를 사용하여 소이 무기를 만들었다 고 믿어집니다.

중국인들은 황과 질산염 (KNO ₃ ) 및 석탄 을 혼합 하여 물질적 인 흑색 분말을 만들어 역사적인 전환을했으며, 그 당시 국가에서이 광물에 대한 큰 수요와 관심을 불러 일으켰다는 사실을 알게되었습니다.

현대

화약이 황, 황산 및 그 산업적 응용을 탐낼 충분한 이유가 아닌 것처럼 곧 등장했습니다. 그리고 황산 막대를 사용하여이 화합물의 소비 수준과 관련하여 한 국가의 부 또는 번영의 양을 측정했습니다.

뛰어난 화학자 인 Antoine Lavoisier가 유황을 인식하고이를 원소로 분류 할 수 있었던 것은 1789 년이 되어서야였습니다. 1823 년 독일의 화학자 Eilhard Mitscherlich는 유황이 능 면체와 단 사정 두 가지 방식으로 주로 결정화 될 수 있음을 발견했습니다.

황의 역사는 그 화합물과 응용의 동일한 과정을 따랐습니다. 황산의 엄청난 산업적 중요성과 함께 고무 가황, 페니실린 합성, 광산 개발, 유황이 풍부한 원유 정제, 토양 영양 등이 동반되었습니다.

속성

외모

분말 또는 결정 형태의 취성 고체. 그 색깔은 칙칙한 레몬 색이며 맛도없고 냄새도 없습니다.

액체 외관

액체 유황은 초기 노란색이 붉게 변하고 고온에 노출되면 진해 지거나 어두워진다는 점에서 독특합니다. 타면 밝은 푸른 불꽃을 내뿜습니다.

몰 질량

32g / mol.

녹는 점

115.21 ° C

비점

445 ° C

발화점

160 ° C

자동 점화 온도

232 ° C

밀도

2.1g / mL. 그러나 다른 동소체는 밀도가 낮을 ​​수 있습니다.

몰 열용량

22.75 J / 몰 K

공유 반경

105 ± 오후 3시.

전기 음성도

폴링 척도에서 2.58.

극성

SS 결합은 두 황 원자가 동일한 전기 음성도를 갖기 때문에 무극성입니다. 이것은 모든 동소체를 순환 또는 사슬 모양의 비극성으로 만듭니다. 따라서 물과의 상호 작용은 비효율적이며 용해 될 수 없습니다.

그러나 황은 이황화 탄소, CS ₂ 및 방향족 물질 (벤젠, 톨루엔, 자일 렌 등) 과 같은 비극성 용매에 용해 될 수 있습니다 .

이온

유황은 일반적으로 음이온과 같은 다양한 이온을 형성 할 수 있습니다. 가장 잘 알려진 것은 황, S ^2- . S ^2- 는 부피가 크고 부드러운 루이스 염기가 특징입니다.

그것은 연질 염기이기 때문에 이론은 연산과 함께 화합물을 형성하는 경향이 있다고 말합니다. Fe ²⁺ , Pb ²⁺ 및 Cu ^2+를 포함한 전이 금속 양이온과 같은 .

구조 및 전자 구성

유황 왕관

S8 분자, 가장 안정적이고 풍부한 황 동소체. 출처 : Benjah-bmm27.

황은 다양한 동소체에서 발생할 수 있습니다. 그리고 이들은 차례로 다른 압력 및 / 또는 온도에서 수정되는 결정 구조를 가지고 있습니다. 따라서 황은 동소체와 다 형체가 풍부한 원소이며 고체 구조에 대한 연구는 이론적 실험 작업의 끝없는 원천을 나타냅니다.

왜 그렇게 구조적으로 복잡합니까? 우선, 유황 (SS)의 공유 결합은 매우 강해서 탄소, CC 및 수소의 공유 결합 인 HH 만 능가합니다.

탄소와 달리 황은 사면체를 형성하지 않고 부메랑을 형성하는 경향이 있습니다. 황 사슬을 안정화시키기 위해 각이 접 히고 고리를 이룹니다. 가장 안정적인 황 동소체를 대표하는 가장 잘 알려진 고리는 S ₈ , "황 왕관"(상단 이미지)입니다.

S ₈ 의 모든 SS 링크는 개별 부메랑처럼 보이므로 주름이 있고 전혀 평평하지 않은 링이됩니다. 이 S ₈ 크라운 은 런던의 힘을 통해 상호 작용하여 사방 정계 결정을 정의하는 구조적 패턴을 만드는 방식으로 방향을 잡습니다. S ₈ α (S-α 또는 단순히 사방 정계 황)라고합니다.

다 형체

유황 왕관은이 원소에 대한 많은 동소체 중 하나입니다. S ₈ α는이 왕관의 다 형체입니다. S ₈ β 및 S ₈ γ (각각 S-β 및 S-γ )라는 두 가지 다른 (가장 중요한 것 중 )이 있습니다. 두 다 형체 모두 단 사정 구조로 결정화되며 S ₈ γ는 밀도가 더 높습니다 (감마 황).

세 가지 모두 노란색 고체입니다. 그러나 각 다 형체를 어떻게 따로 얻습니까?

S ₈ β는 S ₈ α를 93 ° C 로 가열 한 다음 천천히 냉각하여 사방 정계 단계 (α) 로의 전환을 늦추도록합니다. 반면에 S ₈ γ는 S ₈ α 가 150 ° C에서 녹을 때 얻어지며 다시 천천히 냉각됩니다. 유황 크라운 다 형체 중 가장 밀도가 높습니다.

기타 순환 동소체

크라운 S ₈ 은 유일한 순환 동소체가 아닙니다. 이러한 S와 같은 다른있다 ₍₄₎ , S ₍₅₎ (시클로 유사), S ₍₆₎ (시클로 헥산과 같은 육각형으로 표시)은, S ₇ S, ₉ , 및 S _10-20 ; 후자는 10 개에서 20 개의 황 원자를 포함하는 고리 또는 순환이있을 수 있음을 의미합니다.

그들 각각은 황의 다른 순환 동소체를 나타냅니다. 그리고 다시 강조하기 위해, 그들은 압력과 온도에 의존하는 다양한 다 형체 또는 다 형체 구조를 가지고 있습니다.

예를 들어, S ₇ 에는 α, β, γ 및 δ의 알려진 다 형체가 최대 4 개 있습니다. 고분자 질량의 구성원 또는 크라운은 유기 합성의 산물이며 본질적으로 우세하지 않습니다.

유황 사슬

유황 사슬. 출처 : OpenStax

더 많은 황 원자가 구조에 통합됨에 따라 고리 경향이 감소하고 황 사슬이 열린 상태로 유지되고 나선형 구조를 채택합니다 (나선형 또는 나사 형인 것처럼).

따라서 고리 또는 순환이 아닌 사슬로 구성된 또 다른 방대한 황 동소체 계열이 나타납니다 (위 이미지의 것과 유사).

이 SS 사슬이 결정에서 평행하게 정렬되면 불순물을 포획하고 결국 섬유질 황 (S-ψ)이라고하는 섬유질 고체를 정의합니다. 이 평행 사슬 사이에 그것들을 연결하는 공유 결합이 있다면 (고무의 가황과 같이), 우리는 층상 황을 가지고 있습니다.

유황 S 때 ₈ 용융물을 황색 액상 온도가 증가하면 어두운 회전 수를 얻을 수있다. SS 결합이 끊어져 열적 해중합 과정이 발생하기 때문입니다.

이 액체는 냉각되었을 때 플라스틱과 유리 같은 특성을 보입니다. 즉, 유리질 및 무정형 황 (S-χ)이 얻어진다. 그 구성은 고리와 황 사슬로 구성됩니다.

그리고 무정형 유황으로부터 섬유질과 층류 동소체의 혼합물이 얻어지면 고무의 가황에 사용되는 상용 제품인 Crystex가 생산됩니다.

작은 동소체

그것들은 마지막에 남아 있지만 고분자 질량의 동소체보다 덜 중요하거나 흥미 롭습니다. S ₂ 및 S ₃ 분자 는 O ₂ 및 O ₃ 의 황화 버전입니다 . 첫 번째에서 두 개의 황 원자는 이중 결합 S = S로 연결되고 두 번째에서는 공명 구조를 가진 세 개의 원자 S = SS가 있습니다.

S ₂ 와 S ₃ 모두 기체입니다. S ₃ 은 체리 레드 색상을 보여줍니다. 둘 다 개별 기사를 다루기에 충분한 서지 자료를 가지고 있습니다.

전자 구성

황 원자의 전자 구성은 다음과 같습니다.

3s ² 3p ⁴

원자가 옥텟을 완성하기 위해 두 개의 전자를 얻을 수 있으므로 산화 상태가 -2입니다. 마찬가지로, 3p 궤도에서 2 개로 시작하여 산화 상태가 +2 인 전자를 잃을 수 있습니다. 3p 오비탈이 비어있는 상태에서 두 개의 전자를 더 잃으면 산화 상태는 +4가됩니다. 전자를 모두 잃으면 +6이됩니다.

구하기

광물학

유황은 많은 미네랄의 일부입니다. 그중에는 황철광 (FeS ₂ ), 방연광 (PbS), 코벨 라이트 (CuS) 및 기타 황산염 및 황화물 광물이 있습니다. 이를 가공함으로써 금속뿐만 아니라 일련의 환원 반응을 거친 후 황도 추출 할 수 있습니다.

또한 화산 분출구에서 순수한 방법으로 얻을 수 있는데, 온도가 상승하면 녹아 내리막으로 쏟아집니다. 그리고 불이 붙으면 밤에 푸른 용암처럼 보일 것입니다. 고된 노동과 고된 육체 노동을 통해 유황은 시칠리아에서 꽤 자주했던 것처럼 수확 할 수 있습니다.

유황은 지하 광산에서도 발견 될 수 있는데,이 광산은 과열 된 물을 펌핑하여 녹여 표면으로 이동하도록 만들어졌습니다. 이 획득 프로세스는 현재 거의 사용되지 않는 Frasch 프로세스로 알려져 있습니다.

기름

오늘날 대부분의 유황은 원유 및 정제 된 유도체의 구성 성분의 일부이기 때문에 석유 산업에서 비롯됩니다.

원유 또는 정제 된 제품이 유황이 풍부하고 수소화 탈황을 거치면 다량의 H ₂ S (썩은 달걀 냄새가 나는 냄새가 나는 가스) 가 방출됩니다 .

RSR + 2H ₂ → 2 RH + H ₂ S

그런 다음 H ₂ S는 다음 화학 방정식으로 요약되는 Clauss 프로세스에서 화학적으로 처리됩니다.

3 O ₂ + 2 H ₂ S → 2 SO ₂ + 2 H ₂ O

그래서 ₂ + 2 H ₂ S → 3 S + 2 H ₂ O

응용

유황의 일부 용도는 아래에 일반적인 방식으로 언급됩니다.

-식물과 동물 모두에게 필수적인 요소입니다. 시스테인과 메티오닌의 두 가지 아미노산에도 존재합니다.

-무수한 상품의 제조에 관여하는 화합물 인 황산의 원료입니다.

-제약 산업에서는 유황 유도체의 합성에 사용되며, 가장 잘 알려진 예는 페니실린입니다.

-고분자 사슬을 SS 결합으로 상호 연결하여 고무의 가황을 허용합니다.

-노란색과 다른 금속과의 혼합물로 인해 안료 산업에서 바람직합니다.

-모래와 암석, 콘크리트, 유황 아스팔트 등 무기질 매트릭스와 혼합하여 역청을 대체 할 준비를합니다.

위험 및 예방 조치

유황은 그 자체로 무해하고 독성이없는 물질이며 다른 화합물을 형성하기 위해 반응하지 않는 한 잠재적 인 위험을 초래하지 않습니다. 황산염은 위험하지 않으며 큰 예방 조치없이 다룰 수 있습니다. 그러나 기체 유도체 인 SO ₂ 및 H ₂ S는 모두 매우 독성이 강한 경우는 그렇지 않습니다 .

액상 인 경우 심각한 화상을 입을 수 있습니다. 대량으로 삼키면 장에서 H ₂ S 생성을 유발할 수 있습니다 . 그렇지 않으면 그것을 씹는 사람들에게 어떤 위험도 나타내지 않습니다.

일반적으로 황은 화재 및 강력한 산화제로부터 멀리 유지하는 것을 제외하고는 너무 많은 예방 조치가 필요하지 않은 안전한 원소입니다.

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