16 S كبريت 32.06
لافلز p-block Period 3 Group 16

كبريت

S · Element 16 · Chalcogens

Yellow, brittle, and responsible for the smell of struck matches, rotten eggs and volcanic vents.

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 32.06 u
ELECTRON CONFIGURATION [Ne] 3s² 3p⁴

البنية

ذرة كبريت

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.

سحابة المدارات

القيم المقيسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع كبريت بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.

فيزيائية

الكثافة 2.067 g/cm³ 18%
نقطة الانصهار 388.4 K 22%
نقطة الغليان 717.8 K 18%
الحرارة النوعية 0.71 J/g·K
التوصيل الحراري 0.21 W/m·K 13%

ذرية

نصف القطر الذري 105 pm 9%
نصف القطر التساهمي 105 pm
نصف قطر فان دير فالس 180 pm

إلكترونية

السالبية الكهربائية 2.58 92%
طاقة التأين 999.6 kJ/mol 85%
الألفة الإلكترونية 200.7 kJ/mol 91%

الوفرة

الوفرة في القشرة 350 mg/kg 86%

الهوية

الرمزS
العدد الذري16
الكتلة الذرية32.06 u
الفئةلافلز
المستوى الفرعيp
البنية البلوريةمعيني قائم
حالات الأكسدة-2, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6
الاكتشافPrehistoric
اكتشفهKnown since antiquity

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق مقياس

How big is a كبريت atom?

Radius 105 pm — that is 0.105 nm, so about 4762 million of them side by side would span a millimetre.

النطاق الحراري

Solid, liquid, gas — and when

كبريت is liquid over a 329 K window, from 388 K to 718 K.

موضعه

موضعه في الجدول

كبريت sits in period 3, group 16. Everything in group 16 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER اللامعادن

All اللامعادن

القصة

ما هو كبريت، وكيف اكتشفناه

مادة صلبة صفراء ذات رائحة مميزة. ضروري للبروتينات.

The discovery of كبريت

اكتشاف الكبريت وتاريخه

المعرفة القديمة والاستخدامات المبكرة

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.

إسهامات الحضارة الإسلامية في العصور الوسطى

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.

تصنيف Antoine Lavoisier الثوري

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.

الثورة الصناعية وعملية التلامس

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.

ثورة عملية Frasch

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.

علم الكبريت الحديث

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

فيما يُستخدم كبريت

التطبيقات الصناعية للكبريت

إنتاج حمض الكبريتيك (85% من استخدام الكبريت)

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:

  • المرحلة 1: حرق الكبريت في الهواء لتكوين ثاني أكسيد الكبريت (S + O₂ → SO₂)
  • المرحلة 2: الأكسدة الحفزية باستخدام خامس أكسيد الفاناديوم عند 450°C (2SO₂ + O₂ → 2SO₃)
  • المرحلة 3: الامتصاص في حمض الكبريتيك المركز لمنع تكوّن رذاذ الحمض

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.

تصنيع الأسمدة

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.

تكرير النفط

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.

معالجة المعادن والتعدين

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.

تصنيع المواد الكيميائية

تُعد مركبات الكبريت مواد وسيطة أساسية:

  • ثاني أكسيد الكبريت (SO₂): مادة حافظة للأغذية (E220) ومطهر للنبيذ
  • ثنائي كبريتيد الكربون (CS₂): إنتاج الرايون الفيسكوزي في منشآت Lenzing AG
  • كبريتيد الهيدروجين (H₂S): مصدر للكبريت النقي عبر عملية Claus في مصافي النفط
  • كلوريدات الكبريت: مسرّعات فلكنة المطاط

فلكنة المطاط

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.

الاستخدامات اليومية للكبريت

المنتجات الزراعية

  • مسحوق كبريت الحدائق - خفض درجة حموضة التربة للنباتات المحبة للحموضة مثل التوت الأزرق والأزاليات
  • الأسمدة الكبريتاتية - كبريتات الأمونيوم (21-0-0-24S) من مصنعين مثل Simplot
  • مبيدات الفطريات الرشاشة - مساحيق الكبريت العضوية لمكافحة البياض الدقيقي على العنب والورود
  • مكملات الماشية - كتل الكبريت للأبقار للوقاية من نقص المعادن

العناية الشخصية والصحة

  • علاجات حب الشباب - صوابين وكريمات الكبريت (العلامات التجارية: De La Cruz, Grisi)
  • شامبوهات قشرة الرأس - كبريتيد السيلينيوم في Head & Shoulders Clinical Strength
  • أدوية التهاب المفاصل - مكملات MSM (ميثيل سلفونيل ميثان)
  • الأمراض الجلدية - مراهم الكبريت لعلاج التهاب الجلد الدهني والوردية

الأغذية والمشروبات

  • حفظ النبيذ - يمنع ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) الأكسدة ونمو البكتيريا
  • الفواكه المجففة - تحافظ الكبريتيتات في المشمش والزبيب على اللون والنضارة
  • تجهيز الأغذية - ميتابيسلفيت البوتاسيوم عاملًا مضادًا للميكروبات
  • تخمير البيرة - تكوّن مركبات الكبريت أقراص Campden للتعقيم

الاستخدامات المنزلية والصناعية

  • أعواد الثقاب - الكبريت في رؤوس أعواد الثقاب القابلة للإشعال من أي سطح وشرائط أعواد الثقاب الآمنة
  • البارود - البارود الأسود التقليدي (75% نترات البوتاسيوم، 15% فحم، 10% كبريت)
  • إنتاج الورق - عملية صناعة اللب بالكبريتيت في مصانع International Paper
  • التصوير - أحبار كبريتيد الفضة للمطبوعات الفنية بالأبيض والأسود
  • الخرسانة - الخرسانة الكبريتية لتطبيقات البناء المقاومة للمواد الكيميائية

السيارات والنقل

  • تصنيع الإطارات - عامل الفلكنة في جميع الإطارات المطاطية
  • حمض البطاريات - إلكتروليت حمض الكبريتيك في بطاريات السيارات الرصاصية الحمضية
  • إضافات الوقود - تحسن مركبات الكبريت العضوية استقرار الوقود
  • سائل الفرامل - مركبات الكبريت في تركيبات DOT 3 وDOT 4

مصدره

وجوده الطبيعي

350 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 86% of elements

وجود الكبريت في الطبيعة

الوفرة الأرضية

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.

رواسب الكبريت العنصري

تتكون بلورات الكبريت النقي عبر عدة عمليات جيولوجية:

  • المناطق البركانية: يحتوي جبل فيزوف (إيطاليا) وكاواه إيجن (إندونيسيا) وييلوسطون (الولايات المتحدة) على كبريت أصلي ناتج عن أكسدة كبريتيد الهيدروجين
  • القباب الملحية: يضم ساحل الخليج في تكساس ولويزيانا رواسب كبريت ضخمة يصل سمكها إلى 150 مترًا، تكونت بفعل الاختزال البكتيري للجبس
  • الينابيع الساخنة: يترسب الكبريت عندما تتلامس المياه الغنية بكبريتيد الهيدروجين مع الأكسجين في روتوروا (نيوزيلندا) وينابيع ماموث الساخنة

معادن الكبريت

يوجد أكثر من 200 معدن حامل للكبريت في الطبيعة:

  • البيريت (FeS₂): «ذهب المغفلين» - أكثر معادن الكبريت شيوعًا، ويوجد في أنحاء العالم
  • الجالينا (PbS): خام الرصاص الأساسي، وله رواسب كبيرة في ميزوري وأستراليا وبيرو
  • السفاليريت (ZnS): خام الزنك الرئيسي، وفير في رواسب نمط وادي المسيسيبي
  • الكالكوبيريت (CuFeS₂): أهم خام للنحاس، ويوجد في رواسب البورفير
  • الجبس (CaSO₄·2H₂O): معدن تبخري يكوّن طبقات ضخمة في الصخور الرسوبية
  • الأنهيدريت (CaSO₄): يتكون عندما يفقد الجبس ماءه في الأعماق

دورة الكبريت الحيوية

يخضع الكبريت لتحولات معقدة عبر العمليات الحيوية:

  • البيئات البحرية: تنتج العوالق النباتية كبريتيد ثنائي ميثيل (DMS)، مما يؤثر في تكوّن السحب والمناخ
  • النظم البيئية للتربة: تحول البكتيريا المختزلة للكبريتات الكبريتات إلى كبريتيد الهيدروجين في الظروف اللاهوائية
  • بكتيريا الينابيع الساخنة: تؤكسد الكائنات المحبة للحرارة مثل Sulfolobus الكبريت عند درجات حرارة تتجاوز 80°C
  • أيض النباتات: تركز الخضروات الصليبية مثل البروكلي والثوم مركبات الكبريت العضوية

الأصول الكونية والنجمية

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.

كيمياء المحيطات

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

السلامة

معلومات السلامة الخاصة بالكبريت

السمية والمخاطر الصحية

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:

  • كبريتيد الهيدروجين (H₂S): غاز شديد السمية، قاتل عند تركيز 500-1000 ppm خلال دقائق
  • ثاني أكسيد الكبريت (SO₂): مهيج تنفسي، وحد OSHA هو 5 ppm (متوسط زمني مرجح لمدة 8 ساعات)
  • ثنائي كبريتيد الكربون (CS₂): سم عصبي يؤثر في الجهاز العصبي المركزي، وحد OSHA هو 20 ppm

لوائح OSHA وحدود التعرض

  • غبار الكبريت العنصري: 15 mg/m³ من الغبار الكلي، و5 mg/m³ من الجزء القابل للاستنشاق
  • حمض الكبريتيك: 1 mg/m³ (متوسط زمني مرجح لمدة 8 ساعات)، ومستوى الخطر الفوري 15 mg/m³
  • كبريتيد الهيدروجين: حد سقف 10 ppm، وحد أقصى للذروة 50 ppm لمدة 10 دقائق

معدات الوقاية الشخصية (PPE)

  • الحماية التنفسية: أقنعة N95 لغبار الكبريت، وهواء مزود في بيئات H₂S
  • حماية العينين: نظارات واقية عند التعامل مع مركبات الكبريت
  • حماية الجلد: قفازات نيتريل وملابس مقاومة للمواد الكيميائية عند التعامل مع الأحماض
  • حماية القدمين: أحذية مقاومة للمواد الكيميائية في البيئات الصناعية

التعامل والتخزين الآمن

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.

إجراءات الطوارئ

  • ملامسة الجلد لحمض الكبريتيك: اغسل بالماء فورًا لمدة 15+ دقيقة، وانزع الملابس الملوثة
  • التعرض للعينين: اغسل بالماء لمدة 15+ دقيقة، واطلب العناية الطبية فورًا
  • التعرض لكبريتيد الهيدروجين: انتقل فورًا إلى هواء نقي، وقدّم الأكسجين إن توفر، واتصل بخدمات الطوارئ
  • الابتلاع: لا تحفز القيء عند ابتلاع الأحماض، وأعطِ الماء إذا كان الشخص واعيًا، واطلب العناية الطبية

مخاطر الحريق والانفجار

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: أسئلة شائعة

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.

What is the electron configuration of كبريت?

كبريت's ground-state electron configuration is [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.

What are the melting and boiling points of كبريت?

كبريت melts at 388.4 K (115.2 °C) and boils at 717.8 K (444.7 °C).

What is the atomic mass of كبريت?

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.

How dense is كبريت?

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.

What is the electronegativity of كبريت?

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.

Who discovered كبريت, and when?

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.

How common is كبريت on Earth?

كبريت makes up about 350 mg/kg of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.