Lưu Huỳnh (S), Cấu hình electron, Tính chất hoá học, Điều chế, Ứng dụng

Chúng ta thường nghe nhắc rất nhiều về lưu huỳnh trong cuộc sống. Vậy bạn đã biết lưu huỳnh là gì? Tính chất vật lý, hóa học hay cách điều chế cũng như ứng dụng của lưu huỳnh trong cuộc sống chưa? Để giải đáp những thắc mắc trên hãy cùng NGONAZ đi tìm hiểu kĩ hơn về Nguyên tố Lưu Huỳnh (S), Cấu hình electron, Tính chất hoá học, Điều chế trong phòng thí nghiệp và trong công nghiệp, Ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày nhé.

Lưu huỳnh là gì?

Lưu huỳnh hay còn có tên gọi khác là Sulfur, là một nguyên tố hoá học nằm trong bảng tuần hoàn, có ký hiệu là S và có số nguyên tử là 16.

Nguyên tố này là một phi kim phổ biến, không mùi, không vị và có nhiều hoá trị.
Dạng gốc của phi kim này là dạng chất rắn kết tinh màu vàng chanh.
Trong tự nhiên, phi kim này cũng có thể tìm thấy ở dạng đơn chất hoặc trong các khoáng chất sulfua và sulfat.
Lưu huỳnh được xem là một trong những nguyên tố thiết yếu cho sự sống và chúng được tìm thấy trong 2 axit amin. Trong thương mại, chúng đang được sử dụng trong phân bón hoặc dùng trong thuốc súng, diêm, thuốc trừ sâu và thuốc diệt nấm,..

Lưu huỳnh (S) trong bảng tuần hoàn

Số nguyên tử (Z)	16
Khối lượng nguyên tử chuẩn (±) (Ar)	32,065(5)
Phân loại	Phi kim
Nhóm, phân lớp	16, p
Chu kỳ	Chu kỳ 3
Cấu hình electron	[Ne] 3s² 3p⁴
Mỗi lớp	2, 8, 6

Lịch sử của Lưu huỳnh (S)

Lưu huỳnh có tên tiếng Phạn là: sulvere và tiếng Latinh là: sulpur và còn được gọi là lưu hoàng, sinh diêm vàng và diêm sinh. Trong tiếng Ả Rập sufra còn có nghĩa là màu vàng, có từ màu sáng của dạng tự nhiên của lưu huỳnh và được cho rằng nó chính là nguyên tử của các tên gọi để chỉ lưu huỳnh trong ngôn ngữ của một số quốc gia châu Âu hiện nay.

Homer đã đề cập tới “lưu huỳnh ngăn ngừa được các loài phá hoại” từ thế kỷ 9 TCN và năm 424 TCN thì bộ tộc ở Boeotia đã tiêu hủy các bức tường của thành phố bằng cách đốt hỗn hợp than, lưu huỳnh và hắc ín dưới chân tường. Vào khoảng thế kỷ 12, người Trung Quốc đã phát minh ra thuốc súng, là hỗn hợp của nitrat kali (KNO3), cacbon và lưu huỳnh. Năm 1867 lưu huỳnh đã được phát hiện trong các mỏ ở Louisiana và Texas.

Tính chất vật lý của (S)

Lưu huỳnh mang những tính chất vật lý sau đây:

Màu sắc	Vàng chanh
Trạng thái vật chất	Chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy	388,36 K (115,21 °C, 239,38 °F)
Nhiệt độ sôi	717,8 K (444,6 °C, 832,3 °F)
Mật độ	(alpha) 2,07 g·cm⁻³ (ở 0 °C, 101.325 kPa) (beta) 1,96 g·cm⁻³ (gamma) 1,92 g·cm⁻³
Mật độ ở thể lỏng	ở nhiệt độ nóng chảy: 1,819 g·cm⁻³
Điểm tới hạn	1314 K, 20,7 MPa
Nhiệt lượng nóng chảy	(mono) 1,727 kJ·mol⁻¹
Nhiệt bay hơi	(mono) 45 kJ·mol⁻¹
Nhiệt dung	22,75 J·mol⁻¹·K⁻¹

Trạng thái: Ở nhiệt độ phòng, lưu huỳnh sẽ là một chất rắn xốp có màu vàng nhạt. Lưu huỳnh trong trạng thái này thông thường sẽ tồn tại như các phân tử vòng dạng vòng hoa S8. Bên cạnh đó, nó còn mang rất nhiều hình thù khác. Loại một nguyên tử từ vòng sẽ là S7, đây chính là nguyên nhân cho màu vàng đặc trưng của nó. Ngoài ra, lưu huỳnh còn tồn tại ở dạng vô định hình, hay còn gọi là dạng lưu huỳnh dẻo.

Tinh thể: Lưu huỳnh thường có tinh thể rất phức tạp, phụ thuộc vào các điều kiện khác nhau. Các dạng hình thù của chúng tạo thành được các cấu trúc tinh thể khác nhau, có thể là các dạng hình thoi và xiên đơn S8 là các dạng tinh thể được nghiên cứu tỉ mỉ nhất.

Mùi: Lưu huỳnh thường không được ưa thích do mùi của nó khá giống với mùi trứng ung – đây là đặc trưng của hydro sulfide (H2S). Lưu huỳnh đơn chất sẽ không có mùi. Khi cháy, nó tạo ra được ngọn lửa màu xanh lam và tỏa ra lưu huỳnh dioxide – một mùi ngột ngạt khác thường.

Khả năng hòa tan: Lưu huỳnh sẽ không hòa tan trong nước nhưng lại hòa tan được trong cacbon disulfide và các dung môi không phân cực khác.

Các mức oxi hóa: Lưu huỳnh sẽ có các mức oxi hóa là: -2, -1 (pirit sắt…), +2, +4, +6. Lưu huỳnh có khả năng tạo thành được các hợp chất ổn định với hầu hết mọi nguyên tố, ngoại trừ các khí trơ.

Nóng chảy: Lưu huỳnh khi nóng chảy thường có độ nhớt, đây cũng chính là tính chất nổi bật của phi kim này. Độ nhớt của lưu huỳnh cũng tăng lên theo nhiệt độ do sự hình thành các chuỗi polyme. Tuy nhiên, sau khi đạt được ở một khoảng nhiệt độ nhất định, độ nhớt cũng lại bị giảm xuống vì đã đủ năng lượng cần thiết để phá vỡ được chuỗi polymer.

Tính chất hóa học của lưu huỳnh

Điểm nổi bật trong tính chất hóa học của lưu hình chính là nó vừa thể hiện tính oxi hóa với các mức oxi hóa khác nhau, bao gồm: -2, 0, +4, +6, lại vừa thể hiện được tính khử. Cùng tìm hiểu chi tiết tính chất này trong các thí nghiệm lưu huỳnh tác dụng với kim loại, Hidro và phi kim.

Tác dụng với kim loại và Hidro

Ở nhiệt độ cao, lưu huỳnh tác dụng với Hidro sẽ tạo ra khí hidro sunfua và tác dụng với kim loại tạo ra muối sunfua.

Tác dụng với hidro

Khi dẫn khí H2 vào ống thí nghiệm đựng lưu huỳnh đang sôi, lưu huỳnh sẽ phản ứng trực tiếp với Hidro. Quan sát thí nghiệm, ta nhận thấy có khí mùi trứng thối xuất hiện, đó chính là hiđro sunfua.

Phương trình phản ứng: H2 + S →H2S (điều kiện nhiệt độ: 350 độ)

Tác dụng với kim loại

Tác dụng với kim loại là một trong những tính chất hóa học đặc trưng của lưu huỳnh. Khi đun nóng, lưu huỳnh sẽ có khả năng tác dụng với nhiều kim loại tạo ra nhiều hợp chất khác nhau.

Ví dụ:

Khi trộn hỗn hợp bột sắt và lưu huỳnh, sau đó bạn đun nhẹ. Quan sát phản ứng, ta sẽ thấy phản ứng tỏa nhiều nhiệt và xảy ra mạnh hơn theo phương trình: FE + S → FeS (điều kiện nhiệt độ)

Lưu huỳnh tác dụng với kẽm và nhôm cũng sẽ xảy ra phản ứng mạnh kèm theo sự lóe sáng. Những sợi đồng mảnh có thể cháy trong lưu huỳnh tạo ra CuS có màu đen.

Một điểm đáng chú ý là thủy ngân phản ứng với lưu huỳnh ở ngay nhiệt độ thường theo phương trình: Hg + S → HgS. Trong phản ứng này, S thể hiện tính oxi hóa, nó oxi hóa Fe (0), Hg (0) thành Fe(+2) và Hg(+02), oxi hóa H(0) thành H(1).

Tác dụng với phi kim

Ở nhiệt độ thường, lưu huỳnh tác dụng với hầu hết tất cả các nguyên tố phi kim mạnh hơn như flo, oxi, clo… trừ iot và nitơ. Khi đốt cháy lưu huỳnh trong trong không khí ta sẽ được lưu huỳnh (IV) oxit với ngọn lửa màu xanh.

S + O2 → SO2 (nhiệt độ)

S + 3F2 → SF6 (nhiệt độ)

Trong các phản ứng này, lưu huỳnh cũng thể hiện tính khử của mình khi khử O(0) thành O(-2), khử F(0) thành F(-1).

Điều chế lưu huỳnh như thế nào?

Điều chế lưu huỳnh trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp:

Trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm, lưu huỳnh thường được điều chế bằng cách: Cho muối sunfit (muối của axit yếu) tác dụng với axit mạnh hơn (thường là dung dịch axit sunfuric với muối natri sunfit) theo quy trình sau:

Rót từ từ dung dịch axit sunfuric vào bình có chứa natri sunfit, sau đó đậy nắp lại theo phương trình: H2SO4 + Na2SO3 → Na2SO4 + SO2 + H2O (điều kiện: đun nóng). Chú ý cần để bình thu khí được dựng thẳng, vì SO2 nặng hơn không khí.
Đun nóng bình trên ngọn lửa đèn cồn và sử dụng lưới amiang. Loại lưới này còn có tác dụng chống không cho ngọn lửa tập trung tại một chỗ và gây làm vỡ bình khi đun nóng dung dịch
Khí lưu huỳnh dioxit còn được thu lại bằng phương pháp chuyển không khí. Người ta thường dùng bông tẩm dung dịch natri hidroxit (NaOH) để hạn chế được lượng khí SO2 thoát ra.

Chú ý:

Không dùng bông tẩm khí amoniac (NH3) vì đây là loại khí dễ bay hơi khiến việc thu khí kém đạt hiệu quả.
Cho muối sunfit tác dụng với axit clohidric tránh trường hợp axit này bay hơi và hòa lẫn vào SO2, ảnh hưởng đến kết quả chính xác.

Trong công nghiệp

Trong công nghiệp, lưu huỳnh được điều chế bằng những phương pháp phổ biến sau:

Đốt lưu huỳnh: S + O2 (nhiệt độ) → SO2
Đốt cháy H2S trong oxi dư: 2H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2
Cho kim loại tác dụng với H2SO4 (đặc nóng):
Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Đốt quặng pirit sắt (FeS2): 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

Ứng dụng của Lưu huỳnh (S)

Trong công nghiệp

Trong công nghiệp, 90% lượng lưu huỳnh được khai thác thông qua dẫn xuất chính là axít sulfuric (H2SO4), đây cũng được đánh giá là một trong các nguyên tố quan trọng nhất được sử dụng như một nguyên liệu công nghiệp. Việc tiêu thụ acid sulfuric còn được coi là một trong các chỉ số tốt nhất về sự phát triển công nghiệp của một quốc gia. Lưu huỳnh được sản xuất ở Hoa Kỳ hàng năm nhiều hơn bất kỳ hóa chất công nghiệp nào khác.

Lưu huỳnh được sử dụng trong nhiều sản phẩm công nghiệp, ví dụ như: Ắc quy, bột giặt, lưu hóa cao su, thuốc diệt nấm và các phân bón photphat. Cụ thể, được lưu huỳnh được sử dụng để tạo nên độ trắng của giấy, làm chất bảo quản trong rượu vang và làm khô hoa quả. Do bản chất dễ cháy, lưu huỳnh còn được ứng dụng trong sản xuất các loại diêm, thuốc súng, thuốc nổ cũng như pháo hoa…

Trong làm đẹp

Từ xa xưa, con người ta đã biết ứng dụng lưu huỳnh trong việc làm đẹp da và trị mụn trứng cá. Tuy nhiên, hiện nay vẫn chưa có một nghiên cứu rõ ràng nào tìm ra cách hoạt động của nguyên tố này trong việc điều trị mụn.

Qua thực nghiệm, người ta đưa ra kết luận: Lưu huỳnh có khả năng kháng viêm và kháng khuẩn cao, từ đó nó có khả năng khiến những nốt mụn xẹp đi một cách nhanh chóng.

Trong nông nghiệp

Bên cạnh những ứng dụng quan trọng bậc nhất của ngành công nghiệp, trong lĩnh vực nông nghiệp, lưu huỳnh cũng được xem như một trong những nguyên liệu để có thể chế tạo phân bón hóa học, thuốc trừ sâu, thuốc diệt nấm…

Trong y học

Lưu huỳnh cũng thể hiện được vai trò của mình trong y học. Magnesi sulfat có thể được sử dụng như một loại thuốc nhuận tràng và điều trị các bệnh liên quan đến rối loạn về da với tính năng kháng viêm, kháng khuẩn cao.

Ví dụ: Kem, sữa dưỡng da, thuốc mỡ hoặc xà phòng lưu huỳnh dùng điều trị mụn trứng cá, thuốc mỡ lưu huỳnh dùng để điều trị viêm da tiết bã, ghẻ…

Lời kết

Với những thông tin bổ ích trên mà NGONAZ đưa ra hi vọng sẽ giúp các bạn có đam mê với hóa học sẽ hiểu hơn về nguyên tố lưu huỳnh cũng như tính chất vật lý, tính chất hóa học, ứng dụng hay cách điều chế lưu huỳnh trong đời sống. Bên cạnh đó, để hiểu rõ hơn về 118 các nguyên tố hóa học hãy truy cập ngay mục “kiến thức chung” của chúng tôi mỗi ngày nhé!