硫蒸气

更新时间:2024-06-01 18:41

硫蒸气是气态的硫单质,其组成会随温度变化而改变,含有S2至S8等一系列含有不同数量的硫原子构成的分子。

硫的三态

固态的硫由硫分子构成,固态的硫存在多种同素异形体,包括但不限于S6,S7,S8(正交),S8(单斜),其中S8(正交)最为常见。

液态的硫一般为硫原子形成的无限长链状结构,在接近沸点的时候长链开始逐渐断裂形成小分子。

当液态的硫加热至444.6摄氏度时,便开始形成沸腾形成硫蒸气,硫蒸气存在多种组成结构,包括但不限于S2,S3,S4,S5,S6,S8。

温度越高,S2在硫蒸气中占的比例就越高,直到温度高于1000°C时,此时硫蒸气几乎都由S2组成。在800°C、气压为1 mmHg条件下S2的外观为蓝紫色气体

存在分子

S2分子

S2是O2的等电子体。S2与O2相同,在基态下也为三重态,这与其他双原子分子是不同的(其他双原子分子在基态下是单重态)。相比于O2,S2的第一激发态的能量更高。常温下的硫蒸气是多种硫分子和自由基所组成,随着温度提升,低分子量的硫分子(如S2、S3)才会逐渐增加,但仍然是混合物,直到700°C以上S2才会达到99%以上,这使得对S2的研究必须在高温下进行,因此对S2的实验和观测有较高的难度。

然而,其与O2不同,高温下的S2冷却到室温后更倾向于凝聚成固态的S8,而不是转变成三重态的S2。因此通过加热生成的S2冷却至室温时不会保持S2的形式。

S3分子

S3为O3分子的等电子体,外观为樱桃红色气体,其键长为192 pm,键角为117.36°。在440℃,10 mmHg压力下,S3分子占硫蒸气摩尔分数的10%。目前对其研究较少。

S4分子

S4分子曾在气相中被检测到,但是目前并没有对其很好地表征。理论计算表明其结构为环状结构,因此其可能与O4有着相似的结构,且为O4的等电子体。

S5分子

S5分子已在硫蒸气中被检测到,但尚未被单独分离,其结构为五元环状结构。

自然存在

尽管在地球上常温环境S2无法稳定存在,然而在其他行星的卫星上有检测到S2的存在,例如S2为木卫一上大气的次要成分,且在该卫星的贝利火山喷出的气体中有检测到S2的存在。在行星大气化学中,S2也是为含硫物质燃烧过程中重要的活性中间体,例如苏梅克-列维9号彗星撞击木星后,在木星的大气中检测到了S2分子,而在一些彗星的大气或分子云的光谱中亦检测到了S2分子的谱线。

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