What is كبريت?
كبريت (symbol S) is element 16 on the periodic table, a لافلز in period 3, group 16. Yellow, brittle, and responsible for the smell of struck matches, rotten eggs and volcanic vents. At room temperature it is a solid.
البنية
ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.
القيم المقيسة
يوضح كل شريط موضع كبريت بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.
المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.
الحجم، وفق مقياس
Radius 105 pm — that is 0.105 nm, so about 4762 million of them side by side would span a millimetre.
النطاق الحراري
كبريت is liquid over a 329 K window, from 388 K to 718 K.
القصة
مادة صلبة صفراء ذات رائحة مميزة. ضروري للبروتينات.
يتميز الكبريت بكونه أحد العناصر القليلة التي عُرفت لدى الحضارات القديمة في صورته النقية. وقد أطلق عليه الخيميائيون الصينيون نحو 500 قبل الميلاد اسم «ليو هوانغ» (الأصفر المتدفق)، واستخدموه في التركيبات المبكرة للبارود. واستخدم المصريون القدماء الكبريت في التحنيط والطب، بينما وثّق الفيلسوف اليوناني Pliny the Elder (23-79 ميلادية) استخدامه للتبخير والأغراض الطبية في كتابه «التاريخ الطبيعي».
يشتق اسم العنصر من اللاتينية «sulfurium»، المرتبطة بكلمة «sulfur» التي تعني «يحترق». وكان الرومان القدماء يعرفونه باسم «sulphur» ويربطونه بالنشاط البركاني، ولا سيما حول جبل فيزوف والجزر البركانية في صقلية.
حدد جابر بن حيان (721-815 ميلادية)، أبو الكيمياء، الكبريت بوصفه أحد المبادئ الأساسية للمادة في نظرية الكبريت والزئبق. واقترح هذا العالم الفارسي أن جميع المعادن تحتوي على نسب متفاوتة من الكبريت والزئبق، وهي نظرية هيمنت على الفكر الخيميائي قرونًا. ووصف عمله «كتاب الخواص الكبير» خصائص الكبريت وطرائق تنقيته.
بدأ الفهم الحديث للكبريت مع Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794)، الذي أثبت بصورة قاطعة أن الكبريت عنصر في تجاربه الرائدة عام 1777. وأثبت Lavoisier في مختبره بترسانة باريس أن الكبريت لا يمكن تحليله إلى مواد أبسط، وأدرجه في قائمته الشهيرة المكوّنة من 33 عنصرًا عام 1789 في كتاب «Traité Élémentaire de Chimie».
أكد تلميذ Lavoisier، Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850)، وزميله Louis Jacques Thénard (1777-1857) الطبيعة العنصرية للكبريت لاحقًا عام 1809، بإثبات أن كبريتيد الهيدروجين لا يحتوي إلا على الهيدروجين والكبريت، دون مكونات خفية.
ازدادت الأهمية الصناعية للكبريت ازدهارًا خلال القرن 19. وحصل Peregrine Phillips، وهو منتج خل بريطاني، على براءة اختراع عملية التلامس لإنتاج حمض الكبريتيك في 15 أكتوبر 1831. واستخدمت طريقته محفزات البلاتين لتحويل ثاني أكسيد الكبريت بكفاءة إلى ثالث أكسيد الكبريت، مما أحدث ثورة في تصنيع المواد الكيميائية.
وكان Nicolas Leblanc (1742-1806) قد طور قبل ذلك عملية Leblanc عام 1791، التي تطلبت كميات هائلة من حمض الكبريتيك لإنتاج كربونات الصوديوم، مما زاد الطلب على الكبريت في أنحاء العالم.
حل الكيميائي الألماني-الأمريكي Herman Frasch (1851-1914) تحدي استخراج الكبريت من الرواسب الجوفية بعمليته المبتكرة التي حصل على براءة اختراع لها عام 1894. وأثناء عمله لدى Union Sulfur Company في لويزيانا، طور Frasch طريقة تستخدم الماء فائق التسخين (160°C) لصهر الكبريت الجوفي والهواء المضغوط لدفعه إلى السطح.
في 26 ديسمبر 1894، أنتج أول بئر Frasch في منجم الكبريت في لويزيانا كبريتًا منصهرًا، مما غيّر صناعة الكبريت العالمية. وبحلول عام 1900، ازداد إنتاج الكبريت الأمريكي 100 ضعف، فأصبحت الولايات المتحدة أكبر منتج للكبريت في العالم.
اكتشف Eilhard Mitscherlich (1794-1863) الأشكال التآصلية للكبريت عام 1823، محددًا البلورات المعينية القائمة وأحادية الميل. وحدد الكيميائي السويدي Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) الوزن الذري للكبريت بمقدار 32.07 عام 1818، وهو قريب جدًا من القيمة المقبولة اليوم، 32.065.
شهد القرن 20 فهم دور الكبريت في الكيمياء الحيوية، إذ اكتشف Frederick Gowland Hopkins الحمضين الأمينيين المحتويين على الكبريت، السيستين والميثيونين، وحصل على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء عام 1929.
الاستخدامات
يُحوَّل الكبريت أساسًا إلى حمض الكبريتيك (H₂SO₄) من خلال عملية التلامس، التي اخترعها Peregrine Phillips في عام 1831. تتضمن هذه العملية المكوّنة من ثلاث مراحل:
تنتج المصانع الحديثة ما يصل إلى 3,000 طن يوميًا، بكفاءة تحويل تبلغ 99.5%. ومن أكبر المنتجين Mosaic Company في فلوريدا وNutrien في كندا.
حمض الكبريتيك ضروري لإنتاج الأسمدة الفوسفاتية مثل السوبرفوسفات والسوبرفوسفات الثلاثي. وينتج عن التفاعل Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄ → Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄ فسفور قابل للذوبان في الماء. وتدير شركتا Cargill وCF Industries منشآت ضخمة لتحويل الكبريت إلى أسمدة في أنحاء الغرب الأوسط الأمريكي.
يزيل حمض الكبريتيك الشوائب في تكرير النفط من خلال عمليات الألكلة. وتستخدم ExxonMobil وChevron حمض كبريتيك بتركيز 40-60% لتحفيز اتحاد الأيزوبيوتان مع الألكينات، منتجًا مكونات بنزين عالية الأوكتان. وتستهلك مصفاة واحدة 200-500 طن من حمض الكبريتيك يوميًا.
يستخلص حمض الكبريتيك النحاس من الخامات منخفضة الجودة من خلال الاستخلاص بالكومة. وفي عمليات Freeport-McMoRan في أريزونا، تُروى الخامات المسحوقة بحمض كبريتيك مخفف (pH 1.5-2.0)، فيذيب النحاس على هيئة كبريتات النحاس. وتستخلص هذه العملية 60-90% من النحاس من خامات لا تحتوي إلا على 0.4-0.8% من النحاس.
تُعد مركبات الكبريت مواد وسيطة أساسية:
يستخدم اكتشاف Charles Goodyear عام 1839 الكبريت العنصري لربط بوليمرات المطاط بروابط متصالبة. ويستخدم تصنيع الإطارات الحديث لدى Bridgestone وMichelin نسبة 1-3% من الكبريت حسب الكتلة، مكوّنًا روابط ثنائية الكبريتيد بين سلاسل البوليمر. وتحول هذه العملية المطاط اللين إلى مادة متينة ومرنة مقاومة لدرجات الحرارة القصوى.
مصدره
350 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 86% of elements
يحتل الكبريت المرتبة 10 بين أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية بتركيز 260 ppm، والمرتبة 5 بين الأكثر وفرة في جسم الإنسان. ويتركز العنصر في بيئات جيولوجية محددة بسبب خصائصه الكيميائية الفريدة ودورته الحيوية.
تتكون بلورات الكبريت النقي عبر عدة عمليات جيولوجية:
يوجد أكثر من 200 معدن حامل للكبريت في الطبيعة:
يخضع الكبريت لتحولات معقدة عبر العمليات الحيوية:
يتكون الكبريت من خلال احتراق السيليكون في النجوم الضخمة (>8 كتل شمسية) عند درجات حرارة تتجاوز 3 مليارات كلفن. وتحدث العملية ²⁸Si + ⁴He → ³²S خلال المراحل النهائية من تطور النجوم. ويحتوي الكبريت-16 على «عدد سحري» من البروتونات، مما يجعله مستقرًا على نحو غير معتاد. وتحتوي النيازك على الكبريت في صورة ترويلِيت (FeS) وأولدهايميت (CaS)، مما يقدم دليلًا على كيمياء النظام الشمسي المبكر.
تحتوي مياه البحر على نحو 905 ppm من الكبريت في صورة أيونات الكبريتات (SO₄²⁻)، مما يجعلها ثاني أكثر الأنيونات وفرة بعد الكلوريد. وترسب الفتحات الحرارية المائية على حيد وسط المحيط معادن الكبريت الناتجة عن تفاعل السوائل البركانية الساخنة مع مياه البحر الباردة، مكوّنة مداخن «المدخن الأسود» الغنية بكبريتيدات النحاس والزنك والرصاص.
التعامل
يتميز الكبريت العنصري بسمية منخفضة جدًا، إذ تبلغ قيمة LD50 الفموية >5,000 mg/kg لدى الجرذان، مما يجعله غير سام عمليًا. ومع ذلك، تشكل مركبات الكبريت مخاطر كبيرة:
الكبريت العنصري: يُخزن في أماكن باردة وجافة بعيدًا عن المواد المؤكسدة. قد يسبب غبار الكبريت مخاطر انفجار؛ لذا يجب الحفاظ على الرطوبة فوق 65% واستخدام معدات مضادة للكهرباء الساكنة. يجب تأريض جميع الحاويات وتجنب الأنشطة المولدة للاحتكاك.
حمض الكبريتيك: يُخزن في حاويات مزدوجة الجدار، مع الحفاظ على درجة الحرارة دون 40°C. أضف الحمض دائمًا إلى الماء، ولا تضف الماء إلى الحمض مطلقًا. وفّر محطات غسل العينين في حالات الطوارئ على مسافة 25 قدمًا من مناطق التخزين.
يحترق الكبريت عند 248°C منتجًا ثاني أكسيد الكبريت السام. وقد يشكل غبار الكبريت مخاليط قابلة للانفجار في الهواء (35-1400 g/m³). استخدم رذاذ الماء لتبريد الكبريت المشتعل، ولا تستخدم مطلقًا مطفآت CO₂ أو المطفآت الكيميائية الجافة في حرائق الكبريت الكبيرة.
إجابات سريعة
كبريت (symbol S) is element 16 on the periodic table, a لافلز in period 3, group 16. Yellow, brittle, and responsible for the smell of struck matches, rotten eggs and volcanic vents. At room temperature it is a solid.
[Ne] 3s² 3p⁴, giving 3 occupied shells holding 2, 8, 6 electrons respectively. Its outer shell holds 6 electrons, which is what sets its bonding behaviour.كبريت melts at 388.4 K (115.2 °C) and boils at 717.8 K (444.7 °C).
The standard atomic weight of كبريت is 32.06 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
كبريت has a density of 2.067 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of كبريت is about 2.1× heavier.
كبريت has a Pauling electronegativity of 2.58. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
كبريت has been known since antiquity — it occurs in a form usable without smelting, so no single person can be credited with its discovery. The name comes from sanskrit sulvere, via Latin sulphurium.
كبريت makes up about 350 mg/kg of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.