硫化物

無機化學中，硫化物指電正性較強的金屬或非金屬與硫形成的一類化合物。大多數金屬硫化物都可看作氫硫酸的鹽。由於氫硫酸是二元弱酸，因此硫化物可分為酸式鹽（HS−，氫硫化物）、正鹽（S2−）和多硫化物（Sn2−）三類。

有機化學中，硫化物（英文：Sulfide）指含有二價硫的有機化合物。根據具體情況的不同，有機硫化物可包括：硫醚（R-S-R）、硫酚/硫醇（Ar/R-SH）、硫醛（R-CSH）、硫代羧酸（S取代羧基中的一個或兩個O，如R-CO-SH、R-CS-OH、R-CS-SH）和二硫化物（R-S-S-R）等。參見有機硫化合物。

## 合成

無機硫化物通常可通過以下方法合成：

- 單質直接化合，例如：

C + 2S -1123~1223K→ CS2

- 硫酸鹽或高價硫化物的還原，例如：

Na2SO4 + 4C -1373K→ Na2S + 4CO

In2S3 + 2H2 → In2S + 2H2S

- 溶液中或高溫的複分解反應，例如：

FeCl2 + H2S → FeS↓ + 2HCl

3SiO2 + 2Al2S3 -1373K→ 3SiS2 + 2Al2O3

- 以硫代酸鹽為原料製取，例如：

(NH4)2MoO4 + 4(NH4)2S + 4H2O → (NH4)2MoS4 + 8NH3.H2O

(NH4)2MoS4 + 2HCl —Δ→ MoS3 + H2S + 2NH4Cl

- 高價硫化物加熱分解，例如：

MoS3 -△→ MoS2 + S

## 物理性質

Al2S3｜黃｜GeS｜灰黑｜P4S5｜亮黃｜CdS｜黃

Ga2S3｜黃｜SnS2｜黃｜P4S10｜黃｜HgS｜紅/黑

In2S3｜黃/紅｜SnS｜棕黑｜As4S4｜紅｜MnS｜綠/肉

InS｜酒紅｜PbS｜黑｜As4S6｜黃｜MoS3｜紅棕

Tl2S3｜藍黑｜As4S10｜淡黃｜RuS2｜灰藍

Tl2S｜黑｜Sb2S3｜橙紅｜FeS2｜黃

Bi2S3｜棕黑

硫化物大多含有鮮艷的顏色，見右表。除此之外，MoS2、Re2S7、FeS、CoS2、NiS、PtS2、Cu2S、CuS和Ag2S等過渡金屬硫化物都是黑色的。

金屬的酸式硫化物都可溶於水，但正鹽中只有鹼金屬硫化物和硫化銨可溶。一般地講，金屬硫化物的溶解度可通過陽離子極化力（離子電荷數/離子半徑，Z2/r）的大小來預測。陽離子極化能力的增強，將導致化合物共價性的增加，極性減小，因而溶解度也降低。

## 化學性質

### 水解

金屬硫化物在水中都會發生不同程度的水解：

S2− + H2O → HS− + OH−

HS− + H2O ⇌ H2S + OH−

H2S的pKa分別約為：pKa1 = 6.89 和 pKa2 = 19±2，因此金屬硫化物溶液會呈不同程度的鹼性，而鹼金屬的硫化物溶液的鹼性更是可以與相應的氫氧化物匹敵。

S2−不能在水中存在，也無法在超高濃度的CsOH溶液中存在。

### 灼燒

灼燒硫化物礦物時可能發生兩種反應：

- 硫化物轉化為相應的氧化物，硫則轉化為二氧化硫。例如由方鉛礦製取鉛時有一步為：

2PbS + 3O2 → 2PbO + 2SO2

- 硫化物被氧化為相應的可溶硫酸鹽。

以上兩步都是冶鍊金屬時，轉化硫化物礦石的重要方法。

### 氧化

硫化物中-2價的硫具有還原性，視條件不同可被氧化為硫、亞硫酸鹽和硫酸鹽等。

S + 2e− = S2−; -0.407V

### 酸鹼性

硫化物和相應的氧化物類似，其酸鹼性隨周期和族的變化也和氧化物的類似，但硫化物的鹼性不如氧化物強。

H2S｜NaHS｜Na2S｜As2S3｜As2S5｜Na2S2

H2O｜NaOH｜Na2O｜As2O3｜As2O5｜Na2O2

鹼性｜鹼性｜兩性｜酸性｜鹼性

同周期元素最高氧化態硫化物從左到右酸性增強；同族元素相同氧化態的硫化物從上到下酸性減弱；同種元素的硫化物中，高氧化態的硫化物酸性更強。因此As2S5酸性強於Sb2S5，而Sb2S5的酸性則要強於SnS2和Sb2S3。

## 多硫化物

多硫化物是含有多硫離子Sn2−的化合物，n=2,3,4,5,6,...,9。多硫化物可由硫在硫化物溶液中煮沸製得，其溶液一般都為黃色，且顏色隨n值的增加而加深。

多硫離子類似於過氧化物，具有氧化性，但不及過氧離子氧化性強：

S22− + 2e− = 2S2−; Eo = -0.476V

HO2− + H2O + 2e− = 3OH−; Eo = 0.87V

多硫化物酸化時即放出硫化氫和硫：

Sn2− + 2H+ → H2S + (n-1)S

多硫離子還可作配體。例如Na2Sn作用於(η5-C5H5)2TiCl2時，會生成含有TiS5環的配位化合物。

## 分析

點滴法：點滴法是鑑定S2−和HS−離子的靈敏方法，其步驟為：在點滴板上混合可溶硫化物的鹼性溶液和1%的硝普酸鈉Na2Fe(CN)5NO（亞硝基鐵氰化鈉）溶液，若試樣中存在S2−離子則會出現不同深度的紅紫色，靈敏度1：50000。其機理可能是Fe(CN)5(NO)S4−離子的生成。

除此之外，向點滴板中加入試液、濃鹽酸、幾顆對氨基二甲基苯胺晶體和0.1mol/L氯化鐵溶液，若在2~3分鐘後出現藍色，也可證明硫離子的存在。機理是生成了藍色的亞甲基藍。

## 應用

### 在分析化學中的應用

硫化氫系統是傳統且較廣泛的分析陽離子的方法，主要依據各離子硫化物溶解度的顯著差異，將常見的陽離子分成五組。

組試劑｜HCl｜0.3 mol/L HCl, H2S或 0.2~0.6 mol/L HClTAA，加熱｜NH3 + NH4Cl(NH4)2S 或TAA，加熱｜/

組的名稱｜I組銀組鹽酸組｜II組銅 錫組硫化氫組｜III組鐵組硫化銨組｜IV組鈣鈉組可溶組

組內離子｜Ag+Hg22+Pb2+｜II APb2+Bi3+Cu2+Cd2+｜II BHg2+As（III，V）Sb（III，V）Sn（II，IV）｜Al3+ Mn2+Cr3+ Zn2+Fe3+ Co2+Fe2+ Ni2+｜Ba2+ K+Ca2+ Na+Mg2+ NH4+

由於H2S氣體毒性大，且儲存不便，故一般多以硫代乙醯胺（CH3CSNH2，TAA）水溶液作沉澱劑。

- 在酸性溶液中TAA水解產生H2S，可替代H2S：

CH3CSNH2 + H+ + 2H2O ⇌ CH3COOH + NH4+ + H2S↑

- 在氨性溶液中水解生成HS−，可替代(NH4)2S：

CH3CSNH2 + 2NH3 ⇌ CH3-C(-NH2)=NH + NH4+ + HS−

- 在鹼性溶液中水解生成S2−，可替代Na2S：

CH3CSNH2 + 3OH− ⇌ CH3COO− + NH3 + H2O + S2−

硫化物的其他應用還有：

- 二硫化鉬是有機合成中的催化劑。由於含硫有機化合物（如噻吩）會使普通氫化催化劑中毒，因此二硫化鉬可用於催化含硫有機物質的加氫反應。
- 硫化鎘可用於製作光電池。
- 硫化鉛被用於製作紅外感應器。
- 多硫化鈣、多硫化鋇和多硫化銨是殺菌劑和殺蟲劑。
- 二硫化碳在工業上被用作溶劑。此外，二硫化碳也被用來製取四氯化碳，有機化學中則用二硫化碳來插入-C(=S)-S-基團。
- 硫化鋅和硫化鎘被用來製造螢光粉，高純度的硫化鎘是良好的半導體。
- 三硫化四磷用於制火柴和煙火。
- 十硫化四磷用於制殺蟲劑、潤滑油添加劑和浮選劑。
- 硫化鈉被大量用於硫化染料的製造、有機藥物和紙漿的生產等。
- 硫化鈣和硫化鋇被用來製造發光漆。

另外，有色金屬硫化物的互熔體也被稱為鋶，是銅、鎳等冶煉過程中的中間產品。鋶中含有貴重金屬。

## 基本資料

- 尺寸：121
- 域：Formula of sulfide
- SystematicName：Sulfide(2−) (additive), recommended name、Sulfanediide (substitutive), not common, rarely used, sometimes generated by automated nomenclature software in organic chemistry
- CASNo：18496-25-8
- UNII：G15I91XETI
- PubChem：29109
- ChemSpiderID：27079
- ChEBI：15138
- 3D模型（JSmol）：S-2
- StdInChI：1S/S/q-2
- StdInChIKey：UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N
- 化學式：S2-
- MolarMass：32.07
- ConjugateAcid：Bisulfide
- OtherAnions：氧化物、硒化物、碲化物