Belerang

Belerang ( [be.lé.rang]; ) atau nama saintifiknya sulfur () adalah unsur kimia di dalam jadual berkala yang mempunyai simbol S dan nombor atom 16.

Ia adalah unsur bukan logam multivalen yang berlimpah, tanpa rasa dan tanpa bau. Sulfur, dalam bentuk aslinya, adalah satu hablur pepejal yang berwarna kuning. Dalam alam semulajadi, ia dijumpai dalam bentuk unsur tulen atau dalam bentuk mineral sulfida atau sulfat. Ia merupakan unsur penting untuk kehidupan dan adalah didapati dalam dua asid amino. Secara komersilnya, sulfur digunakan terutamanya dalam baja dan juga digunakan secara meluas dalam ubat bedil, mancis, racun serangga dan racun kulat.

Peristilahan 
"Belerang" merupakan turunan akar Austronesia *maliraŋ melalui perubahan kepada *baliraŋ yang turut sewarisan perkataan sama makna dalam bahasa-bahasa serumpun seperti  welirang dalam bahasa Jawa.

"Sulfur" merupakan istilah lebih digunakan dalam konteks saintifik meminjam bahasa Latin sulpur.

Sifat-sifat utama 

Pada suhu bilik, sulfur adalah satu pepejal lembut berwarna kuning terang. Sulfur adalah terkenal dengan baunya yang tidak menyenangkan yang menyerupai bau telur-telur busuk. Bau tersebut adalah sebenarnya ciri bagi hidrogen sulfida (H2S); sulfur keunsuran adalah tidak berbau. Ia terbakar dengan nyalaan biru dan mengeluarkan sulfur dioksida, yang dikenali kerana bau peliknya yang menyesakkan. Sulfur adalah tak larut dalam air tetapi larut dalam karbon disulfida dan pada kadar kelarutan yang kurang sedikit dalam pelarut organik lain seperti benzena. Keadaan pengoksidaan sulfur yang biasa termasuk −2, +2, +4 dan +6. Sulfur membentuk sebatian stabil bersama semua unsur kecuali gas nadir.

Sulfur dalam keadaan pepejal biasanya wujud sebagai siklik berbentuk mahkota yang terdiri daripada molekul-molekul S8. Sulfur mempunyai banyak alotrop selain S8. Dengan membuang satu atom daripada mahkota akan menghasilkan S7, yang berperanan dalam warna kuning sulfur yang unik. Terdapat banyak lagi bentuk cincin lain yang disediakan, termasuk S12 dan S18. Secara bandingannya, jirannya oksigen yang lebih ringan hanya wujud dalam dua keadaan yang mempunyai kepentingan kimia: O2 dan O3. Selenium, analog sulfur yang lebih berat boleh membentuk cincin tetapi lebih sering dijumpai sebagai satu rangkaian polimer.

Kristalografi sulfur adalah kompleks. Bergantung kepada keadaan-keadaan yang tertentu, alotrop sulfur membentuk beberapa struktur hablur berbeza, antara yang paling terkenal adalah rombus dan monoklinik S8.

Suatu sifat unik ialah kelikatan sulfur yang lebur, iaitu berbeza dengan kebanyakan cecair lain, ia meningkat dengan suhu oleh keranapembentukan rangkaian-rangkaian polimer. Bagaimanapun, setelah menjangkau suhu yang tertentu, kelikatan mula menurun kerana terdapatnya tenaga yang mencukupi untuk memecahkan rantaian-rantaian.

Sulfur amorfus atau "plastik" boleh dihasilkan melalui pendinginan segera sulfur yang lebur. Kajian-kajian kristalografi sinar-x menunjukkan bahawa bentuk amorfus mungkin mempunyai satu struktur berlingkar dengan lapan atom setiap pusingan. Bentuk ini adalah metastabil pada suhu bilik dan ia akan beransur-ansur kembali semula kepada bentuk hablur. Proses ini berlaku dalam tempoh antara beberapa jam sehinggalah beberapa hari dan boleh dipantaskan dengan menggunakan mangkin.

Aplikasi-aplikasi 

Sulfur mempunyai banyak kegunaan industri. Melalui terbitan utamanya, asid sulfurik (H2SO4), sulfur adalah antara unsur-unsur yang berkepentingan tinggi sebagai bahan mentah perindustriaan. Ia merupakan kepentingan utama dalam setiap sektor ekonomi dunia.

Pengeluaran asid sulfurik adalah penggunaan akhir utama untuk sulfur, dan penggunaan asid sulfurik telah dianggap sebagai satu daripada indeks yang terbaik untuk kemajuan perindustrian sesebuah negara. Asid sulfurik dihasilkan lebih banyak di Amerika Syarikat setiap tahun daripada mana-mana perindustrian kimia yang lain.

Sulfur juga digunakan dalam bateri, bahan cuci, pemvulkanan getah, racun kulat, dan dalam pembuatan baja-baja fosfat. Sulfit digunakan untuk meluntur kertas dan sebagai bahan pengawet dalam wain dan jeruk. Oleh sebab sifatnya yang mudah terbakar, sulfur juga digunakan dalam mancis, ubat bedil, dan bunga api. Natrium atau ammonium tiosulfat digunakan sebagai agen fixing fotografi. Magnesium sulfat, lebih dikenali sebagai garam Epsom, digunakan sebagai julap, bahan penambah mandian, exfoliant, atau zat magnesium tambahan untuk tumbuh-tumbuhan.

Pada lewat 1700-an, pembuat-pembuat perabot menggunakan sulfur lebur untuk menghasilkan hiasan tatah dalam di dalam rekaan-rekaan mereka. Oleh sebab sulfur dioksida yang terhasil semasa proses peleburan sulfur, pertukangan tatah dalam sulfur tidak lagi diteruskan.

Peranan biologi 

Asid amino sisteina dan metionina mengandungi sulfur, dan juga kesemua polipeptida, protein, dan enzim yang mengandungi asid-asid amino ini. Ini membuatkan sulfur satu komponen yang perlu bagi semua sel hidup. Ikatan disulfida antara polypeptida adalah sangat penting dalam himpunan dan struktur proteinr. Homosisteina dan taurina adalah juga asid-asid amino yang mengandungi sulfur tetapi tidak dikodkan oleh DNA, malahan juga bukan sebahagian daripada struktur utama bagi protein-protein. Beberapa jenis bakteria menggunakan hidrogen sulfida (H2S) sebagai pengganti air dalam peranan penderma elektron dalam satu proses yang meyerupai fotosintesis tetapi agak primitif. Tumbuhan menyerap sulfur daripada tanah dalam bentuk ion sulfat. Sulfur yang tak organik membentuk sebahagian daripada kelompok besi sulfur, dan sulfur adalah ligan penyambung dalam tapak CuA tapak sitokrom c oksidase. Sulfur adalah komponen penting bagi koenzim A

Kesan persekitaran 

Pembakaran arang batu dan petroleum oleh industri dan loji-loji kuasa membebaskan jumlah sulfur dioksida (SO2) yang sangat banyak dan ia bertindak balas dengan air atmosfera dan oksigen untuk menghasilkan asid sulfurik. Asid sulfurik adalah komponen bagi hujan asid, yang merendahkan pH tanah dan jasad air tawar, mengakibatkan kerosakan teruk kepada persekitaran semulajadi dan luluhawa kimia pada tugu-tugu dan seni bina. Piawai-piawai bahan api memerlukan semakin banyak sulfur dikeluarkan daripada bahan api fosil untuk mengelakkan pembentukan hujan asid. Sulfur yang dikeluarkan kemudiannya dikilangkan dan mewakili sebahagian besar daripada pengeluaran sulfur.

Sejarah 

Terjemahan Kitab Injil ke dalam Bahasa Melayu biasanya merujuk sulfur sebagai "belerang", menimbulkan penggunaan frasa khutbah 'Api dan belerang', iaitu pendengar sering diingatkan tentang takdir kebinasaan abadi yang menanti mereka-mereka yang tidak percaya dan tidak bertaubat. Dalam bab itu juga ada mengatakan dengan tersiratnya bahawa neraka "berbau seperti belerang", walaupun belerang sebenarnya tidak berbau. "Bau belerang atau sulfur" biasanya merujuk kepada bau hidrogen sulfida, iaitu daripada telur busuk. Sulfur terbakar menghasilkan sulfur dioksida, iaitu bau yang dikaitkan dengan mancis bernyala.

Homer pernah menyebut tentang "sulfur pengelak perosak" (pest-averting sulfur) pada abad kelapan SM. Pada 424 SM, kaum Boeotia merosakkan dinding-dinding sebuah kota menggunakan pembakaran satu campuran arang batu, sulfur, dan tar di bawah dinding-dinding tersebut. Pada sekitar abad ke-12, orang cina mencipta serbuk senapang, yang merupakan satu campuran kalium nitrat (KNO3), karbon, dan sulfur. Ahli-ahli alkimia awal memberi sulfur simbol kimia yang merupakan segitiga di atas salib. Pada lewat 1770-an, Antoine Lavoisier membantu meyakinkan golongan sains bahawa sulfur merupakan sejenis unsur dan bukannya satu sebatian. Dalam 1867, sulfur ditemui di dalam mendapan-mendapan bawah tanah di Louisiana dan Texas. Lapisan hampar atas bumi pada kawasan tersebut merupakan pasir jerlus, lalu menghalang penggunaan pengendalian-pengendalian perlombongan biasa. Oleh itu proses Frasch telah digunakan.

Ragam kewujudan 

Unsur sulfur boleh didapati berdekatan mata air panas dan kawasan-kawasan gunung berapi di kebanyakam bahagian dunia, terutamanya sepanjang Lingkaran Api Pasifik. Kehadiran-kehadiran ini merupakan asal kepada nama lama sulfur iaitu belerang, kerana sulfur boleh didapati berdekatan dengan genang kawah-kawah gunung berapi. Longgokan-longgokan gunung berapi ini dieksploitasikan di Indonesia, Chile, dan Jepun.

Longgokan ketara unsur sulfur juga wujud dalam kubah garam sepanjang pantai Teluk Mexico, dan pada sejatan di Eropah timur dan Asia barat. Sulfur dalam longgokan-longgokan ini dipercayai terhasil daripada tindakan bakteria anaerob pada mineral sulfat, terutamanya gipsum. Longgokan-longgokan ini merupakan dasar kepada pengeluaran komersil Amerika Syarikat, Poland, Rusia, Turkmenistan, dan Ukraine.

Sulfur yang dikeluarkan dari minyak, gas dan Pasir Minyak Athabasca telah menjadi bekalan lebihan dalam pasaran, dengan simpanan stok sulfur yang sangat besar di serata Alberta.

Sebatian biasa sulfur yang terhasil secara semula jadi termasuklah logam sulfida, seperti pirit (besi sulfida), batu kawi (merkuri sulfida), galena (plumbum sulfida), sfalerit (zink sulfida) dan stibnit (antimoni sulfida); dan logam sulfat, seperti gipsum (kalsium sulfat), alunit (kalium aluminium sulfat), dan barit (barium sulfat). Hidrogen sulfida adalah gas yang bertanggungjawab untuk bau busuk telur-telur. Ia tehasil secara semula jadi pada hembusan gunung berapi, seperti dari lepasan hidroterma, dan daripada tindakan bakteria pada jirim organik reput yang mengandungi sulfur.

Warna-warna tersendiri bulan bergunung berapi Musytari, Io, adalah terhasil daripada bentuk beraneka sulfur lebur, pejal dan bergas. Juga terdapat satu kawasan gelap berdekatan kawah Aristarchus pada bulan yang mungkin merupakan longgokan sulfur. Sulfur juga hadir dalam berbagai jenis meteorit.

Lihat juga Mineral sulfida, Mineral sulfat.

Sebatian 
Hidrogen sulfida mempunyai ciri-ciri berbau telur busuk. Apabila terlarut dalam air, hidrogen sulfida adalah berasid dan akan bertindak balas dengan logam-logam untuk menghasilkan satu siri logam sulfida. Logam sulfida semula jadi adalah biasa ditemui, terutama sebatian besi. Besi sulfida adalah dipanggil pirit. Menariknya, pirit dapat menunjukkan sifat-sifat semikonduktor  . Galena, sejenis plumbum sulfida yang terhasil secara semula jadi, merupakan semikonduktor yang pertama ditemui, dan digunakan sebagai rektifier (penerus) isyarat dalam "misai kucing" bagi hablur radio awal.

Kebanyakan bau busuk bahan organik adalah berdasarkan sebatian yang mengandungi sulfur seperti metil dan etil merkaptan yang digunakan untuk memberi bau kepada gas asli supaya bocoran dapat dikesan dengan mudah. Bau busuk bawang putih dan "bau busuk skunk" juga disebabkan oleh sebatian organik yang mengandungi sulfur. Bagaimanapun, tidak semua sebatian organik sulfur berbau busuk; misalnya, merkaptan limau gedang, satu monoterpenoid yang mengandungi sulfur dan adalah bertanggungjawab dalam ciri bau limau gedang.

Polimer sulfur nitrida mempunyai sifat-sifat logam walaupun ia tidak mengandungi sebarang atom logam. Sebatian ini juga mengandungi sifat keelektrikan dan optik yang ganjil. Polimer ini boleh dihasilkan daripada tetrasulfur tetranitrida S4N4.

Fosforus sulfida adalah penting dalam sintesis. Misalnya, P4S10 dan terbitannya iaitu bahan uji Lawesson dan naftalen-1,8-diyl 1,3,2,4-ditiadifosfetan 2,4-disulfida digunakan untuk menggantikan oksigen daripada beberapa molekul organik dengan sulfur.

Sebatian-sebatian lain yang mengandungi sulfur termasuklah:

Sebatian sulfur tak organik:
 Sulfida (S2-), satu kumpulan sebatian kompleks yang biasanya diterbitkan daripada S2-. Kadmium sulfida (CdS) merupakan satu contoh.
 Sulfit (SO32-), garam-garam bagi asid sulfurus (H2SO3) yang dihasilkan dengan melarutkan SO2 dalam air. Asid sulfurus dan sulfit sepadan adalah agen penurun yang agak kuat. Sebatian lain yang diterbit daripada SO2 termasuklah pirosulfit atau ion metabisulfite (S2O52−).
 Sulfat (SO42-), garam-garam bagi asid sulfurik. Asid sulfurik juga bertindak balas dengan SO3 pada nisbah molar seimbang untuk membentuk asid pirosulfurik (H2S2O7).
 Tiosulfat (kadangkala dirujuk sebagai tiosulfit atau "hiposulfit") (S2O32−). Tiosulfat digunakan dalam pengekalan gambar (HYPO) iaitu sebagai agen penurunan. Ammonium tiosulfat dikaji sebagai pengganti kepada sianida dalam melarut lesap emas.
 Natrium ditionit, Na2S2O4, adalah dianion penurun kuat yang diterbitkan daripada asid hiposulfurus/ditionus.
 Natrium ditionat (Na2S2O6).
 Asid politionik (H2SnO6), di mana n berjulat antara 3 hingga 80.
 Asid peroksimonosulfurik (H2SO5) dan asid peroksidisulfurik (H2S2O8), masing-masing dihasilkan daripada tindakan SO3 pada H2O2 pekat, dan H2SO4 pada H2O2 pekat.
 Natrium polisulfida (Na2Sx)
 Sulfur heksafluorida, SF6, gas yang mampat pada keadaan ambien, adalah digunakan perejang yang tidak reaktif dan tidak bertoksik
 Sulfur nitrida adalah sebatian rangkaian dan siklik yang mengandungi hanya S dan N. Tetrasulfur tetranitrida S4N4 adalah satu contoh.
 Tiosianat mengandungi kumpulan SCN-. Pengoksidaan tiosianat manghasilkan tiosianogen, (SCN)2 dengan keterkaitan NCS-SCN.

Sebatian sulfur organik (di mana R, R', dan R'' adalah kumpulan organik seperti CH3):

 Tioeter mempunyai bentuk R-S-R'. Sebatian-sebatian ini adalah padanan eter bagi sulfur.
 Ion-ion sulfonium mempunyai formula RR'S-R'', iaitu di mana tiga kumpulan berkait dengan pusat sulfur berkation. Dimetilsulfoniopropionat (DMSP; (CH3 )2S+CH2CH2COO-) adalah sejenis ion sulfonium, yang penting dalam kitar sulfur organik laut.
 Tiol (juga dikenali sebagai merkaptan) mempunyai bentuk R-SH. Ini adalah padanan alkohol bagi sulfur.
 Ion-ion Tiolat mempunyai bentuk R S-.Anion-anion sebegini terhasil daripada tindakan tiol dengan bes.
 Sulfoksida mempunyai bentuk R-S(=O)-R'. Sulfoksida biasa ialah DMSO.
 Sulfon mempunyai bentuk R-S(=O)2-R'. Sulfon biasa adalah sulfolan C4H8SO2.

Lihat juga Sebatian-sebatian sulfur.

Isotop 

Sulfur mempunyai 18 isotop, empat antaranya stabil: 32S (95.02%), 33S (0.75%), 34S (4.21%), dan 36S (0.02%). Selain daripada 35S, [isotop radioaktif]] sulfur mempunyai jangka hayat pendek. 35S terbentuk oleh perkecaian sinar kosmos 40Ar dalam atmosfera. Ia mempunyai setengah hayat 87 hari.
 
Apabila mineral sulfida termendak, keseimbangan isotop antara pepejal dan cecair boleh menyebabkan perbezaan-perbezaan kecil pada nilai δS-34 mineral kogenetik. Perbezaan antara mineral boleh digunakan untuk menganggar suhu keseimbangan. δC-13 dan δS-34 bagi karbonat yang wujud-sama serta sulfida boleh digunakan untuk menentukan pH dan fugasiti oksigen bagi bendalir yang mengandungi bijih semasa pembentukan bijih.

Dalam kebanyakan ekosistem hutan, sulfat dihasilkan kebanyakannya daripada atmosfera; luluhawa bijih mineral dan sejatan (evaporit) juga menyumbang kepada kandungan sulfur. Sulfur dengan juzuk isotop tersendiri digunakan untuk mengenalpasti sumber-sumber pencemaran, dan sulfur yang diperkaya ditambah sebagai penyurih dalam kajian-kajian hidrologi . Perbezaan-perbezaan dalam kelimpahan semulajadi boleh juga digunakan dalam sistem-sistem di mana terdapat variasi mencukupi dalam kandungan 34S komponen-komponen ekosistem. Tasik-tasik banjaran Rocky yang dipercayai didominasi oleh sumber-sumber sulfat atmosfera telah ditemui memiliki nilai δS-34 yang berbeza daripada tasik-tasik yang dipercayai didominasi oleh sumber sulfat legeh.

Langkah pengawasan 

Karbon disulfida, karbon oksisulfida, hidrogen sulfida, dan sulfur dioksida haruslah dikendalikan dengan berhati-hati.

Walaupun sulfur dioksida adalah cukup selamat untuk digunakan sebagai bahan penambah makanan dalam jumah yang sedikit, pada kepekatan tinggi ia akan bertindak balas dengan kelembapan untuk membentuk asid sulfurus yang dalam kuantiti yang cukup boleh merosakkan paru-paru, mata dan tisu-tisu. Pada makhluk-makhluk yang tidak mempunyai peparu seperti serangga dan tumbuhan, ia dapat menghalang pernafasan.

Hidrogen sulfida adalah agak toksik (lebih beracun daripada sianida). Walaupun baunya sengit pada mulanya, ia dengan cepatnya mematikan deria bau, jadi mangsa-mangsa mungkin tidak dapat mengesan kehadirannya sehinggalah keadaan menjadi agak terlambat.

Lihat juga 

 Kitar sulfur
 Ikatan disulfida
 Sulfonium S+, S+R3

Rujukan 

Sumber utama
 Los Alamos National Laboratory – Sulfur
 R. Steudel (ed.): Elemental Sulfur and Sulfur-Rich Compounds (part I & II), Topics in Current Chemistry Vol. 230 & 231, Springer, Berlin 2003.

Pautan luar 

 Sulfur phase diagram.
 WebElements.com – Sulfur

 
Bahan bakar piroteknik
Bahan kimia pertanian
Bukan logam
Kalkogen
Mineral unsur asli
Mineral diet
Polimer tak organik
Unsur kimia