گوگرد

گوگرد یا سولفور با نماد شیمیایی S  عدد اتمی 16 نام یک عنصر شیمیایی است که در گروه ششم و دوره سوم از جدول تناوبی عنصرها جای گرفته‌است. پیش از آن فسفر، پس از آن کلر، در بالای آن اکسیژن و پایین آن سلنیوم جای گرفته‌است. نماد شیمیایی آن S و عدد اتمی آن ۱۶ است. اکتشاف این عنصر به پیش از تاریخ بازمی‌گردد.کاشف گوگرد زکریای رازی بوده است
گوگرد یک نافلز بدبو، بدمزه و چند ظرفیتی است که بیشتر به شکل بلورهای زرد رنگ موجود در کانی‌های سولفید و سولفات شناخته شده‌است. گوگرد عنصری مهم برای همهٔ موجودات زنده‌است برای نمونه می‌توان به حضور گوگرد در ساختار اسید آمینوها و پروتئین‌ها اشاره کرد. این عنصر به صورت اولیه در کودها استفاده می‌شود؛ ولی به صورت گسترده‌تر در باروت، ملیّن‌ها، کبریت‌ها و حشره‌کش‌ها نیز به کار گرفته می‌شود.

پیشینه

گوگرد که اسم لاتین آن Sulphur می‌باشد از زمان‌های باستان شناخته شده بود. این عنصر با نام Brimstone در اسفار پنجگانه کتاب مقدس آمده‌است. هومر نیز گوگرد حشره‌کش را در قرن ۹ قبل از میلاد ذکر کرده بود. در سال ۴۲۴ قبل از میلاد قبیله Bootier دیوارهای یک شهر را با سوزاندن مخلوطی از زغال و گوگرد سوزانیده و خراب کردند. زمانی نیز در قرن ۱۲ در چین باروت که مخلوطی از نیترات پتاسیم KNO3 کربن و گوگرد بود کشف شد.
کیمیاگران اولیه برای گوگرد نماد مثلثی که در بالای یک خط قرار داشت در نظر گرفته بودند. این کیمیاگران از روی تجربه می‌دانستند که عنصر جیوه می‌تواند با گوگرد ترکیب شود.
سوگند یا سئوکند در اصل به معنای گوگرد بوده‌است. در دوران گذشته یکی از روش‌های نهایی اثبات اتهام یا برائت متهمان، خوراندن آب گوگرد به آنان بوده‌است. چنانچه متهم بعد از خوردن گوگرد یا همان سوگند زنده می‌ماند، حکم به برائت وی می‌دادند. اصطلاح سوگند خوردن که تأکید شخص بر صحت گفته‌هایش است، در اصل از همین آیین گرفته شده‌است.
در اواخر دهه ۱۷۷۰ آنتوان لاووازیه توانست مجامع علمی را متقاعد کند که گوگرد یک عنصر است و نه یک ترکیب.

ویژگی‌ها

ظاهر این نافلز به رنگ زرد کمرنگ می‌باشد که بسیار سبک و نرم است. این عنصر به هنگام ترکیب با هیدروژن بوی مشخصی داشته که مشابه بوی تخم‌مرغ فاسد شده‌است.
گوگرد با شعله آبی رنگ سوخته و بوی عجیبی از خود ساطع می‌کند (بنگرید به تصویر روبه‌رو). گوگرد در آب حل نمی‌شود ولی در دی‌سولفید کربن (سولفور دو کربن) حل می‌شود. حالت‌های معمول اکسیداسیون این عنصر ۲-و۲+و۴+و۶+ است که ۲- و ۴+ کاهنده‌اند و تمایل رسیدن به ۶+ که پایدارتر است را دارند و حالت‌های ۴+ و ۶+ از قاعده هشت‌تایی پیروی نمی‌کنند. گوگرد در تمام حالت‌های مایع، جامد و گاز شکل‌های چندگانه دارد که ارتباط بین آن‌ها هنوز کاملاً درک نشده‌است. گوگرد کریستالی به صورت حلقه گوگردی S8 نشان داده می‌شود.
نیترید گوگرد پلیمری خواص فلزی دارد و این در حالی است که هیچ گونه اتم فلزی در خود ندارد(شبه فلز است). این عنصر همچنین خواص نوری و الکتریکی غیرمعمول دارد. گوگرد غیر متبلور یا پلاستیک با عمل سرد کردن سریع کریستال گوگرد حاصل می‌شود. مطالعات در زمینه اشعه ایکس نشان می‌دهد که گونه غیر متبلور و بی‌نظم ممکن است که ۸ اتم در هر ساختار پیچشی ستاره مانند داشته باشد.
گوگرد می‌تواند به دو حالت کریستالی بدست آید به صورت اورتورومبیک (گوگرد هشت وجهی) یا بلور مونو کلینیک که اولی در دماهای معمولی پایدارتر می‌باشد.

ایزوتوپ‌ها

گوگرد ۲۵ ایزوتوپ دارد که چهار تای آن پایدار هستند: ۳۲S (95.02%), ۳۳S (0.75%), ۳۴S (4.21%), و ۳۶S (0.02%). به جز ۳۵S با نیمه‌عمر ۸۷ روز وجود دارد که از برخورد ۴۰Ar به وجود می‌آید. بقیه ایزوتوپ‌های گوگرد کمتر از سه ساعت نیمه عمر دارند.
در بسیاری از اکوسیستم جنگل‌ها سولفات از اتمسفر استخراج می‌شود و گوگرد موجود در طبیعت در مقدار ایزوتوپ ³⁴S دارد به همین دلیل زمانی که تصور می‌شد دریاچه‌های رشته‌کوه راکی از اتمسفر در حال آلوده شدن هستند بررسی تفاوت ایزوتوپ‌های گوگرد نشان داد که سرچشمه آبی این دریاچه‌ها آلوده‌است.

شیمی عنصر

از آنجایی که گوگرد یک نافلز است انواع ترکیبات یونی به وجود می‌آورد.

آلوتروپ‌های گوگرد

گوگرد بیش از سی آلوتروپ جامد دارد بیشتر از هر عنصر دیگری. در کنار S۸ چند نوع حلقه دیگر نیز شناخته شده هستند. حذف یک اتم از تاج S۷ را نتیجه می‌دهد که زرد تیره‌تری نسبت S۸ است. تحلیل کروماتوگرافی مایعی کارا نشان می‌دهد که عنصر گوگرد معمولاً به شکل مخلوطی از S۸, به همراهS۷ و مقدار کمی S۶ است. حلقه‌های بزرگتری مانند S۱۲ و S۱۸ نیز دیده شده‌اند.
جامد آمورف یا گوگرد «پلاستیک» نیز از طریق سرد کردن سریع گوگرد مذاب به دست می‌آید؛ مثلاً از ریختن آن روی آب. مطالعات بلورشناسی پرتو ایکس نشان داده‌است که گوگرد آمورف ممکن است ساختارهای پیچه‌ای داشته‌باشد که وزن آن هشت اتم بر هر مرتبه است. این سیستم پلیمری می‌تواند علت خاصیت الاستیکی گوگرد آمورف باشد.

ترکیبات آلی

سم‌های فسفاته آلی در طول جنگ جهانی دوم در آلمان گسترش یافتند. سم دی‌ایزوپزوپیل فلوئور فسفات (DFP) یک معرف بسیار سمی است. پاراتیون و مالاتیون ترکیبات آلی فسفره هستند و به عنوان حشره‌کش مؤثر و کم‌دوام گسترش یافته‌اند. در ساختمان شیمیایی پنی سیلین نیز گوگرد موجود است.
در تخم‌مرغ هیدروژن سولفید وجود دارد این ماده در آب حل می‌شود و اسید تولید می‌کند.

نقش بیولوژیکی

اسید آمینه‌های سیستئین (به انگلیسی: Cysteine)، متیونین (به انگلیسی: Methionine), هوموسیستئین (به انگلیسی: Homocysteine), تائورین (به انگلیسی: Taurine) و همچنین برخی از آنزیم‌ها حاوی گوگرد هستند.
نزدیک به ۰٫۲۵ درصد از وزن بدن انسان را گوگرد تشکیل می‌دهد. گوگرد در کراتین که در ساختار مو و ناخن است، جز عناصر اصلی محسوب می‌شود.
همچنین ترکیبات گوگرددار (VSC) باعث ایجاد بوی بد در دهان می‌گردند.
ترکیبات دی‌سولفیدی مابین پلی‌پپتیدها (پلی‌پپتید از به هم پیوستن چندین پپتید حاصل می‌گردد) در ساختار پروتئینی بسیار مهم می‌باشند.

کانی‌ها

عنصر گوگرد در طبیعت به صورت طبیعی و خالص، یا به صورت ترکیبات سولفید و سولفات همراه با دیگر عناصر فلزی و نافلزی یافت می‌شود.
گوگرد سرد و خالص، زرد رنگ می‌باشد ولی بیشتر به سبب حرارت بالا یا ناخالصی‌ها تغییر رنگ می‌دهد. بنا به سیستم تبلور، این نوع گوگرد به صورت گوگرد آلفا (رومبیک یا اکتاهدرال) گوگرد بتا (مونوکلینیک یا منشوری)، گوگرد گاما (پلاستیک) و گوگرد بی‌شکل (کلوئیدی) می‌باشد.
عنصر گوگرد به همراه عناصر دیگر در کانی‌های مختلفی یافت می‌شود که مهم‌ترین آنها، پیریت، مارکاسیت، پیروتیت، کالکوپیریت، کالکوزیت، کوولیت، بورنیت، اسفالریت، انیدریت، ژیپس و… است.

کانسارهای گوگرد در ایران

بیشتر کانسارهای گوگرد ایران به صورت ترکیب با گازهای ترش و منابع نفتی همراه‌است که امروزه از این منابع مقادیر نسبتاً زیادی گوگرد تولید و صادر می‌گردد.
از مهم‌ترین کانسارهای دگرگونی گوگرد در ایران می‌توان به کانسار بستانه در غرب بندر لنگه (ذخیره ۵۰۰ هزار تن)، کانسار خمیر در شمال غرب بندر خمیر (ذخیره ۴۰۰ هزار تن)، کانسار دستکده در پایانه غربی جزیره قشم (ذخیره ۲۵ هزار تن)، کانسار لاتیدان در غرب بندرعباس (ذخیره ۶ هزار تن)، کانسار غرب بندرعباس (ذخیره ۱۲۰ هزار تن) و کانسار دلازیان در جنوب شرق سمنان (ذخیره ۱ میلیون تن) اشاره نمود.
تعداد کانسارهای معدنی گوگرد ایران حدود ۵۰ واحد است که از این تعداد فقط معدن دلازیان (پیوند کشت زرند) در سمنان با بالاترین خلوص جهت کشاورزی ارگانیک فعال می‌باشد. ذخیره اعلام شده این معادن حدود ۵٬۷ میلیون تن می‌باشد.

کاربردها

گوگرد به صورت آزاد و به صورت ترکیبی موارد مصرف بسیاری دارد ولی بیشترین کاربرد آن برای ساخت ترکیبات شیمیایی و فراورده‌های میانی در چرخه صنعت است. بیشترین مصرف گوگرد در سال‌های پیشین در صنایع کشاورزی و تهیه کودهای فسفاتیک بوده‌است.
گوگرد یکی از اجزای باروت می‌باشد. همچنین گوگرد برای جوشکاری لاستیک به کار می‌رود. گوگرد به عنوان ماده از بین برنده قارچ و همچنین ضدعفونی‌کننده و کود به کار می‌رود گوگرد برای تهیه اسید سولفوریک نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. گوگرد همچنین برای ساختن چندین نوع کاغذ، ماده سفیدکننده و به عنوان عایق الکتریکی مورد استفاده‌است.
ترکیبات گوگرد بسیار سمی است، برای مثال مقدار کمی سولفید هیدروژن می‌تواند متابولیسم بدن را دگرگون کند اما مقادیر بیشتر آن می‌تواند به سرعت باعث مرگ از راه فلج تنفسی شود. سولفید هیدروژن با سرعت حس بویایی را از بین می‌برد. دی‌اکسید گوگرد آلوده‌کننده مهم جوی می‌باشد. این عنصر برای استفاده‌های صنعتی مانند تولید (H₂SO₄)اسید سولفوریک برای باتریها تولید باروت و حرارت دادن لاستیک تولید می‌شود. گوگرد در فرایند تولید کودهای فسفاتی به عنوان ماده ضد قارچ عمل می‌کند. سولفاتها در کاغذهای شستشو و خشک‌بار نیز کاربرد دارند. همچنین گوگرد در ساخت کبریت و در آتش‌بازی نیز به‌کار گرفته می‌شود. تیوسولفات آمونیوم یا سدیم به عنوان عامل ثابت‌کننده در عکاسی کاربرد دارد. سولفات منیزیم می‌تواند به عنوان ماده ضد خشکی و ملین که یک مکمل منیزیم گیاهی است به کار گرفته شود.

اقتصاد معدنی

گوگرد در ۷۰ کشور پراکنده در سطح جهان تولید می‌شود.
آرژانتین با تولید کمتر از هزار تن در سال کوچک‌ترین تولیدکننده در جهان است. ۱۱ کشور عمده تولیدکننده گوگرد به ترتیب حجم تولید عبارت‌اند از ایالات متحده، کانادا، روسیه، عربستان سعودی، ژاپن، آلمان، امارات متحده عربی، قزاقستان، ایران، مکزیک و لهستان که در مجموع در سال ۲۰۰۲ مقدار ۳۴ میلیون تن گوگرد تولید نموده‌اند که ۷۹ درصد کل تولید جهانی گوگرد در سال مذکور است.
گوگرد عنصری حیاتی است که در بخش‌های کشاورزی و صنعت در تمامی کشورهای جهان مصارف گوناگون دارد. ۱۲ کشور عمده مصرف‌کننده (به ترتیب مقدار مصرف) عبارت‌اند از: ایالات متحده، چین، مراکش، روسیه، هندوستان، برزیل، تونس، کانادا، ژاپن، مکزیک، آلمان و استرالیا که در جمع در برگیرنده ۷۰ درصد میانگین جهانی مصرف گوگرد در سه سال گذشته بوده‌اند. ایران با مصرف ۲۷۶ هزار تن گوگرد در سال ۱۳۸۱ در رده ۲۱ فهرست کشورهای مصرف‌کننده گوگرد قرار داشت. تا سال ۲۰۰۶ بیش از ۶۵ درصد (معادل ۲/۸ میلیون تن) به گوگرد مازاد بر مصرف در منطقه خاورمیانه افزوده شده‌است.