اهمیت مطالعه خواص گوگرد

در یک نمای کلی از عنصر گوگرد، ابتدا می توانیم این عنصر را به عنوان جامد توصیف کنیم. این عنصر غیر فلزی و شکننده است و در مجاورت چشمه های آب گرم و آتشفشان ها به طور گسترده ای توزیع شده و همچنین در بسیاری از مواد معدنی و سنگ معدن یافت می شود. خواص گوگرد و ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آن و پتانسیل بالقوه کاربردهای گوگرد، آن را از هر ماده دیگری متمایز می کند. در طبیعت مواد رایج به شکل جامدات، مایعات، گازها و پلاسما وجود دارند. کاربرد گوگرد در صنایع متعددی از جمله صنعت نفت و گاز، شیمیایی و کشاورزی بسیار چشمگیر است. در این مقاله، به حقایق مربوط به این ماده شگفت انگیز پرداخته می شود. در نهایت، به دو محصول مهم در زمینه سولفورزدایی از مشتقات نفتی، می پردازیم.

سولفور یا عنصر گوگرد چیست؟

سولفور یک فلز چند ظرفیتی، فراوان، بی مزه و بی بو است. در شکل بومی خود یک جامد کریستالی زرد رنگ است. در طبیعت به عنوان عنصر خالص یا به عنوان مواد معدنی سولفید و سولفات رخ می دهد. اگرچه گوگرد به دلیل بوی بد خود شهره است و اغلب با تخم مرغ های فاسد مقایسه می شود، اما این بو در واقع مشخصه سولفید هیدروژن (H2S) است. بلورشناسی گوگرد پیچیده است. بسته به شرایط خاص، آلوتروپ های گوگرد چندین ساختار بلوری مجزا را تشکیل می دهند. Sulfur با تمام فلزات به جز طلا و پلاتین واکنش می دهد و سولفیدها را تشکیل می دهد. همچنین ترکیباتی با چندین عنصر غیر فلزی تشکیل می دهد. سالانه میلیون ها تن گوگرد تولید می شود، اغلب کاربرد گوگرد برای تولید اسید سولفوریک است که به طور گسترده درصنعت استفاده می شود.

 

---

♠ مقالات مرتبط ♠

---

خصوصیات فیزیکی و شیمیایی گوگرد

عنصر گوگرد (S)، عنصر شیمیایی غیر فلزی متعلق به گروه اکسیژن (گروه 16جدول تناوبی)، یکی از واکنش پذیرترین عناصر است. گوگرد خالص یک رسانای ضعیف الکتریسیته و نامحلول در آب است.

• خواص فیزیکی گوگرد

خواص فیزیکی عنصر گوگرد، در جدول زیر نشان داده شده است:

• خواص شیمیایی گوگرد

ویژگی هایی هستند که نحوه واکنش آن با مواد دیگر یا تغییر از ماده ای به ماده دیگر را تعیین می کنند. هر چه ماهیت ماده را بهتر بشناسیم، بهتر می توانیم آن را درک کنیم. خواص شیمیایی فقط در یک واکنش شیمیایی قابل مشاهده است. واکنش به مواد ممکن است با تغییرات ناشی از سوزاندن، زنگ زدگی، حرارت دادن، انفجار، لکه دار شدن و غیره ایجاد شود. خواص شیمیایی گوگرد به شرح زیر است:

انواع گوگرد

به طور طبیعی به عنوان یک عنصر خالص به شکل پودر زرد و به صورت کریستال ظاهر می شود. گوگرد محصول انتشارات آتشفشانی است و جوامع باستانی در اطراف آتشفشانها گوگرد استخراج کرده اند. در دوران مدرن، بیشتر تولید گوگرد محصول جانبی فرآوری نفت خام و گاز است. Sulfur به آسانی ترکیباتی مانند پیریت (سولفید آهن) و گچ (سولفات کلسیم) را تشکیل می دهد. گوگرد(S) به دلیل توانایی بالای اتم های خود دارای تعداد زیادی تغییرات آلوتروپیک مختلف است با یکدیگر ترکیب شده و مولکول های حلقه یا زنجیره را تشکیل می دهند.

 آلوتروپ های گوگرد را می توان طبقه بندی کرد:

1. آلوتروپ درون مولکولی (به دلیل پیوند شیمیایی بین اتم های گوگرد تشکیل شده است)
2. آلوتروپ بین مولکولی (به دلیل چیدمان مولکول گوگرد در کریستالها ایجاد شده است)

اتم های گوگرد با هم متحد می شوند و زنجیره هایی (catena/polycatena sulfur) و حلقه های حلقوی (cyclo-Sn) که به میلیون ها آلوتروپ گوگرد (درون مولکولی) اجازه می دهد وجود داشته باشند، تشکیل می دهند. لازم به ذکر است که اگر مولکول های Sn داشته باشند، آنها به شکل حلقه (بسیار پایدار) وجود دارند در حالی که مولکول های کمتر از شش یا بزرگتر از دوازده اتم گوگرد یا می توانند به شکل حلقه یا زنجیر (ناپایدار) وجود داشته باشند.

کاربردهای گوگرد

گوگرد در صنایع مختلف کاربرد دارد. در زیر به برخی از برجسته ترین کاربردهای آن می پردازیم:

      1) کاربرد گوگرد در تولید مواد شیمیایی:

برای تولید اسید سولفوریک و الیاف مصنوعی، رنگ ها و رنگدانه ها، کبریت، مواد منفجره، از جمله باروت، سولفید هیدروژن، تری اکسید گوگرد و تیونیل کلراید، که به عنوان معرف در شیمی، دی سولفید کربن، یک حلال آلی مهم است.

     2) کاربرد گوگرد در کشاورزی:

 گوگرد جزء مهمی از پروتئین گیاهی است که در سنتز آن و همچنین در سنتز چربی ها و سایر ترکیبات آلی و همچنین در فرآیندهای متابولیک (نیتروژن، کربوهیدرات، پروتئین) نقش دارد. سایر کاربردهای گوگرئ در کشاورزی، به شرح زیر است:

الف) نقش گوگرد در فتوسنتز

•  گوگرد یک شرکت کننده ضروری در فتوسنتز و فرآیندهای تنفسی گیاه است. به عنوان جزء برخی از ویتامین ها، بر تثبیت و جذب نیتروژن از جو و عناصر کمیاب توسط گیاهان تأثیر مثبت می گذارد. ترکیبات حاوی گوگرد در واکنش‌های ردوکس شرکت می‌کنند و به مدیریت گونه‌های فعال اکسیژن تولید شده در طول فتوسنتز کمک می‌کنند.

ب) نقش گوگرد بعنوان درمان گیاهی:

• سولفور، برای سنتز آنزیم های ضروری و پروتئین های گیاهی حیاتی است. باید به نقش آن در بهبود طعم و ویژگی های معطر گیاهان مانند پیاز یا سیر اشاره کرد. همچنین افزایش مقاومت محصولات در برابر بیماری ها و آفات، درقالب اسید سولفوریک برای فسفاته کردن کودها، سولفات منیزیم در تغذیه گیاه نیز کاربرد دارد.

ج) به عنوان ماده مغذی(کود گوگردی):

• گوگرد یک عنصر ضروری گیاهی مانند نیتروژن، پتاسیم و فسفر است. علاوه بر خواص تغذیه ای خود، خاک را بهبود می بخشد و به تثبیت نیتروژن و فسفر کمک می کند. کشاورزی فشرده در سراسر جهان منجر به کمبود گوگرد در خاک شده است. اقدامات برای متوقف کردن آلودگی هوا با کاهش یا حذف انتشار دی اکسید گوگرد از کارخانه های تولید برق، جذب گوگرد توسط خاک را کاهش داده است.

د) استفاده از خواص گوگرد به عنوان آفت کش:

• گوگرد یکی از قدیمی ترین آفت کش های شناخته شده است. بهترین کاربرد آن برای سبزیجات و میوه ها است. پسیل، کنه عنکبوت و تریپس را کنترل می کند اما برای خیار، تمشک و زردآلو سمی است. پودر گوگرد را نمی توان با روغن های باغی مخلوط کرد و به عنوان آفت کش روی گیاهان استفاده کرد، زیرا این ترکیب باعث از بین رفتن گیاهان می شود.

ه) به عنوان قارچ کش:

• گوگرد، کپک پودری و قارچ روی برگها را کنترل می کند. وقتی روی برگهای خشک استفاده شود بهترین عملکرد را دارد. گوگرد از ایجاد کپک جلوگیری می کند و باید قبل از ته نشینی قارچ استفاده شود. پس از بارش شدید بارندگی مجدد مورد نیاز است. گوگرد پوسیدگی قلمه های گیاهان گوشتی مانند بگونیا را متوقف می کند. ساقه قبل از تکثیر در گوگرد فرو می رود. همچنین باعث جلوگیری از ایجاد قالب روی پیازها و ریزومها می شود. عیب آن این است که در دمای بالای 90 درجه فارنهایت می تواند برگ ها را بسوزاند.

و) به عنوان کاهش دهنده pH خاک:

• اکثر گیاهان خاکهایی با محدوده pH بین 5.8 تا 7.0 را ترجیح می دهند. برخی از گیاهان مانند آزالیا، گاردنیا و زغال اخته خاک اسیدی ترجیح می دهند. خاکهای مناطق سنگ آهکی ممکن است دارای pH برابر 8.0 و از 50 درصد آهک تشکیل شده باشد. چنین خاک های قلیایی باعث کمبود آهن، روی و منگنز می شوند. در این شرایط گیاهان برگ دار ممکن است زرد شوند. کود مبتنی بر سولفات ممکن است این مشکلات را حل کند، اما در موارد شدیدتر، گوگرد پودری عنصری مورد نیاز است. پودر گوگرد باید به خوبی در خاک مرطوب و هوادهی مخلوط شود تا عملیات تصفیه انجام شود.

مقاله مرتبط: نقش عنصر روی در گیاهان

3) کاربرد گوگرد در لاستیک سازی:

گوگرد نقش مهمی در فرآیند ساخت لاستیک از طریق روشی به نام ولکانیزاسیون دارد. تعداد اتم های گوگرد در پیوندهای عرضی بر خواص نهایی لاستیک تأثیر می گذارند و اتصالات عرضی طولانی تر، دوام فیزیکی بیشتر و استحکام کششی بهتری را ارائه می دهند.

4) در راه سازی:

گوگرد در ساخت و ساز جاده، به عنوان یک افزودنی در مخلوط آسفالت استفاده می شود؛ افزودن گوگرد به مخلوط های آسفالتی باعث افزایش پایداری، سفتی و شکل پذیری مارشال در دماهای پایین می شود. همچنین وزن مخصوص و مقاومت آسفالت در برابر نفوذ آب را افزایش می دهد. همچنین، برای بدست آوردن آسفالت و بتن آسفالت، سولفات کلسیم (گچ) در مقیاس 100 میلیون تن سالانه برای استفاده در سیمان و گچ به کار می رود.

5) در خمیر و کاغذ:

گوگرد جزء لاینفک صنعت خمیر و کاغذ است، از محلول شیمیایی حاوی ترکیبات سولفور، برای شکستن لیگنین در الیاف چوب استفاده می کنند و الیاف سلولزی را برجای می گذارد. خمیر سولفیت نیز به راحتی سفید می شود تا خمیرهای بسیار روشن برای نوشتن و چاپ کاغذ را تولید کند. سایر کاربردهای آن، بی سولفیت سدیم است که برای تولید کاغذ و سفید کردن کاغذ بکار می رود.

6) کاربرد خواص گوگرد در تولید پارچه:

یکی از کاربردهای عنصرگوگرد، در صنعت نساجی به منظور سفید کردن پارچه هاست. هم‌چنین، رنگ های گوگردی برای رنگ آمیزی پارچه ها، به ویژه پنبه مورد استفاده قرارمی‌گیرند. این رنگ‌ها در آب نامحلول هستند و باید با استفاده از عوامل احیا کننده مانند سولفید سدیم، به شکل محلول در آب به کاربرده شوند.

7) کاربرد گوگرد در صنایع غذایی:

دی اکسید گوگرد (SO2)، به جلوگیری از رشد باکتری ها، مخمرها و کپک ها در غذاها و نوشیدنی های مختلف مانند میوه های خشک، سبزیجات ترشی، آب میوه ها کمک می کند و در نتیجه عمر مفید این محصولات را افزایش می دهد. در صنایع غذایی، به شکل سولفیت در تولید شکر، در نقش نگهدارنده مورد استفاده قرار می گیرد.

8) کاربرد گوگرد در پزشکی:

سولفور، دارای کاربردهای متنوعی در پزشکی، چه در روش های سنتی و چه در روش های مدرن است. گوگرد در درمان بیماری‌های پوستی، آلژِی، درد مفاصل و عضله کاربرد دارد و هم چنین سولفور دارای خواص ضد باکتریایی و ضد قارچی است که آن را در برابر عفونت هایی مانند گال و سایر آلودگی‌های انگلی موثر می کند. برای تولید بسیاری از محصولات دارویی، درمان برخی بیماری های پوستی، نمک های اپسوم (سولفات منیزیم)، که به عنوان ملین و لایه بردار بکار می رود.

9) کاربرد خواص گوگرد در شوینده ها:

بسیاری از سورفکتانت ها و شوینده صنایع مشتقات سولفات هستند. دی اکسید گوگرد به عنوان سفید کننده و ضدعفونی کننده استفاده می شود. درواقع گوگرد بعنوان عامل کف کننده و تثبیت کننده‌ی رنگ در مواد شوینده استفاده می‌شود. این ویژگی ها عنصر گوگرد را به یک جزء ضروری در فرمولاسیون شوینده های موثر و کارآمد تبدیل می کند.

10) مرکاپتان ها:

خانواده ای از ترکیبات ارگانوسولفور هستند. برخی از آنها به دلیل بوی متمایز به منابع گاز طبیعی اضافه می شوند، بنابراین نشت گاز به راحتی قابل تشخیص است. برخی دیگر در پولیش نقره استفاده می شوند.

11) سولفات منیزیم برای افزودنی حمام

12) دی اکسید گوگرد به عنوان مبرد

فراوانی و منابع گوگرد در محیط زیست

زندگی بر روی زمین به دلیل وجود گوگرد امکان پذیر بوده است. شرایط در دریاهای اولیه به گونه ای بود که واکنش های شیمیایی ساده می تواند دامنه ای از اسیدهای آمینه را ایجاد کند که اجزای سازنده زندگی هستند. عنصر گوگرد به طور طبیعی در نزدیکی آتشفشان ها وجود دارد. گوگرد بومی به طور طبیعی به عنوان ذخایر عظیم در تگزاس و لوئیزیانا در ایالات متحده رخ می دهد. بسیاری از مواد معدنی سولفید شناخته شده است: پیریت و مارکایست سولفید آهن هستند. استیبین، سولفید آنتیموان است. گالن، سولفید سرب است. سینابار، سولفید جیوه و اسفالریت، سولفید روی است. دیگر سنگ معدن های سولفیدی، کالکوپیریت، بورنیت، پنلاندیت، میلریت و مولیبدنیت،گچ و نمک های اپسوم هستند.

توزیع فراوانی گوگرد(S) به طور کلی به شکل زیر طبقه بندی می شود:

منبع اصلی گوگرد برای صنعت، سولفید هیدروژن گاز طبیعی است، کانادا تولید کننده اصلی است. گوگرد عنصری زمانی از طریق فرآیند فراش از چاه به صورت تجاری بازیابی شد. این شامل اجباری شدن بخار فوق داغ به رسوبات زیرزمینی برای ذوب شدن گوگرد است، بنابراین می توان آن را به صورت مایع به سطح پمپ کرد. تولید گوگرد مدرن تقریباً به طور کامل از فرآیندهای مختلف تصفیه ای است که برای حذف گوگرد از گازهای طبیعی، نفت و ماسه های قیری استفاده می شود. همه موجودات زنده دارای گوگرد هستند و هنگام فسیل شدن (مانند سوخت های فسیلی) گوگرد موجود است. در صورت سوختن سوخت های فسیلی تصفیه نشده، دی اکسید گوگرد می تواند وارد جو شود و منجر به باران اسیدی شود و این امر به لزوم فرآیند گوگردزدایی از سوخت اشاره دارد.

نقش بیولوژیکی گوگرد:

استفاده از خواص گوگرد(S) برای همه موجودات زنده ضروری است. این گیاه به عنوان سولفات از خاک (یا آب دریا) توسط گیاهان و جلبک ها گرفته می شود. از آن برای ساخت دو اسید آمینه ضروری مورد نیاز برای ساخت پروتئین استفاده می شود. همچنین در برخی از آنزیم های مورد نیاز است. یک انسان معمولی حاوی 140 گرم است و روزانه حدود 1 گرم، عمدتا پروتئین مصرف می کند.

گوگرد و سولفات غیر سمی هستند. با این حال، دی سولفید کربن، سولفید هیدروژن و دی اکسید گوگرد همگی سمی هستند. سولفید هیدروژن بسیار خطرناک است و می تواند در اثر فلج تنفسی باعث مرگ شود. دی اکسید گوگرد هنگام سوختن زغال سنگ و روغن تصفیه نشده تولید می شود. دی اکسید گوگرد موجود در جو باعث باران اسیدی می شود. این می تواند باعث مرگ دریاچه ها شود، تا حدی با حل شدن نمک های آلومینیوم سمی، به طوری که توسط موجودات زنده جذب می شوند. در ادامه به اثرات دوگانه این ماده بر انسان و محیط زیست پرداخته می شود.

اثرات مثبت و منفی گوگرد بر سلامت انسان:

همه موجودات زنده به گوگرد نیاز دارند. این عنصر برای سلامت انسان بسیار مهم است زیرا بخشی از اسید آمینه متیونین است که برای ما یک رژیم غذایی مطلق است.

اسید آمینه سیستئین همچنین دارای گوگرد است. به طور متوسط روزانه 900 میلی گرم گوگرد، عمدتا به شکل پروتئین، مصرف می شود. گوگرد عنصری سمی نیست، اما بسیاری از مشتقات ساده گوگرد مانند دی اکسید گوگرد (SO2) و سولفید هیدروژن هستند. گوگرد را می توان معمولاً در طبیعت به عنوان سولفید یافت. طی چندین فرآیند پیوندهای گوگردی به محیط زیست اضافه می شود که برای حیوانات و همچنین انسان ها مضر است. این پیوندهای گوگردی مخرب نیز در واکنش های مختلف در طبیعت شکل می گیرند، بیشتر زمانی که موادی که به طور طبیعی وجود ندارند قبلاً اضافه شده اند. آنها به دلیل بوی نامطبوع ناخواسته هستند و اغلب بسیار سمی هستند.

مواد سولفوریک جهانی می توانند اثرات زیر را بر سلامت انسان داشته باشند:

• اثرات عصبی و تغییرات رفتاری
• اختلال در گردش خون
• آسیب قلبی
•  تأثیر بر چشم و بینایی
• نارسایی تولید مثل
• آسیب به سیستم ایمنی بدن
• اختلال معده و دستگاه گوارش
• آسیب به عملکرد کبد و کلیه
• نقص شنوایی
• اختلال در متابولیسم هورمونی
• اثرات پوستی
• خفگی و آمبولی ریه

اثرات مثبت و منفی گوگرد بر محیط زیست:

هنگامی که جذب از طریق استنشاق گوگرد در مرحله گازی انجام می شود، می تواند باعث تحریک چشم و گلو در حیوانات شود. گوگرد به دلیل محدودیت در تخریب پیوندهای گوگردی که به کار می رود، به طور گسترده ای در صنایع استفاده می شود و به هوا منتشر می شود. اثرات مخرب گوگرد با حیوانات بیشتر آسیب مغزی، از طریق نقص عملکرد هیپوتالاموس و آسیب به سیستم عصبی است. آزمایشات آزمایشگاهی با حیوانات آزمایش شده نشان می دهد که گوگرد می تواند باعث آسیب جدی عروقی در رگ های مغز، قلب و کلیه ها شود. آزمایشات نشان می دهد که اشکال خاصی از گوگرد می تواند باعث آسیب جنین و آثار مادرزادی شود. مادران می توانند مسمومیت با گوگرد را از طریق شیر مادر به فرزندان خود منتقل کنند. در نهایت، گوگرد می تواند به سیستم های آنزیمی داخلی حیوانات آسیب برساند.

نتیجه گیری:

صاحبان صنایع و معادن، با دانش کافی و دانستن خواص گوگرد و ماهیت واقعی این عنصر مهم، می توانند رویکرد مناسبی را در برخورد با این ماده در پیش گیرند. شرکت صنایع آرال شیمی در این زمینه نیز موفق عمل کرده و با تولید مقالات درباره کاربرد گوگرد، خواص گوگرد و همچنین تهیه محصولات ارگانیک و مناسب برای گوگردزدایی و سولفورزدایی از فرآورده های نفتی و گازی، کمک شایانی به سلامت محیط زیست کرده است. محصول سولفورین، یکی از معدود محصولاتی است که بهترین اثربخشی را در راستای گوگردزدایی از فرآورده های نفتی، گازی و محصولات پتروشیمی داشته است. همچنین محصول دسولفاکس، برای از بین بردن ترکیبات گوگردی از مشتقات نفتی، بکار می رود.

⇐ بروزرسانی در شهریور 1403