گوگرد
گوگرد (به انگلیسی: sulfur) عنصری شیمیایی با نماد S و عدد اتمی 16 است. این ماده فراوان ، چند ظرفیتی و غیر فلزی است. در شرایط عادی ، اتم های گوگرد مولکول های هشت اتمی حلقوی با فرمول شیمیایی S8 تشکیل می دهند. گوگرد عنصری یک ماده جامد بلوری و زرد روشن در دمای اتاق است.
گوگرد دهمین عنصر رایج از نظر جرم در جهان و پنجمین عنصر رایج در زمین است. گوگرد در زمین اگرچه گاهی به صورت خالص و بومی یافت می شود ، اما معمولاً به صورت کانی های سولفید و سولفات ظاهر می شود. گوگرد که از نظر فرم بومی فراوان بود ، در دوران باستان شناخته می شد و از این جهت در هند باستان ، یونان باستان ، چین و مصر استفاده می شد. از نظر تاریخی و در ادبیات گوگرد را گوگرد می نامند ، [4] که به معنی "سنگ سوزان" است. [5] امروزه ، تقریباً تمام گوگردهای بنیادی به عنوان محصول جانبی برای حذف آلاینده های حاوی گوگرد از گاز طبیعی و نفت تولید می شوند. بیشترین کاربرد تجاری این عنصر تولید اسید سولفوریک برای کودهای سولفاته و فسفاته و سایر فرآیندهای شیمیایی است. از عنصر گوگرد در کبریت ، حشره کش ها و قارچ کش ها استفاده می شود. بسیاری از ترکیبات گوگردی دارای بو هستند و بوی گاز طبیعی معطر ، رایحه پوست ، گریپ فروت و سیر به دلیل ترکیبات گوگرد ارگانیک است. سولفید هیدروژن بوی مشخص تخمهای پوسیده و سایر فرآیندهای بیولوژیکی را می دهد.
خرید گوگرد
برای خرید گوگرد با قیمت ارزان و بسته بندی های یک کلویی به شرکت بیسموت مراجعه کنید
گوگرد یک عنصر اساسی برای تمام زندگی است ، اما تقریبا همیشه به شکل ترکیبات گوگرد ارگانیک یا سولفیدهای فلزی است. سه اسید آمینه (سیستئین ، سیستین و متیونین) و دو ویتامین (بیوتین و تیامین) از ترکیبات گوگرد ارگانیک هستند. بسیاری از کوفاکتورها حاوی گوگرد از جمله گلوتاتیون ، تیوردوکسین و پروتئین های آهن و گوگرد هستند. دی سولفیدها ، پیوندهای S-S ، قدرت مکانیکی و غیرقابل حل شدن پروتئین کراتین را در پوست ، مو و پرهای خارجی ایجاد می کنند. گوگرد یکی از عناصر شیمیایی اصلی است که برای عملکرد بیوشیمیایی مورد نیاز است و یک عنصر درشت مغذی برای تمام موجودات زنده است.
مشخصات
وقتی سوزانده می شود ، گوگرد به مایع قرمز خون ذوب می شود و شعله ای آبی رنگ از آن ساطع می شود.
مشخصات فیزیکی
گوگرد چندین مولکول چند اتمی تشکیل می دهد. مشهورترین آلوتروپ octasulphur ، cyclo-S8 است. گروه نقطه ای از cyclo-S8 D4d و گشتاور دو قطبی آن 0 D. است. [6] اکتاسولفور یک ماده جامد نرم و زرد روشن است که فاقد بو است ، اما نمونه های ناخالص بوی مشابه کبریت دارند. [7] در دمای 115.21 درجه سانتی گراد (38/239 درجه فارنهایت) ذوب می شود ، در 444/6 درجه سانتیگراد (3/832 درجه فارنهایت) می جوشد و به راحتی متعالی می شود. [4] در دمای 95.2 درجه سانتیگراد (203.4 درجه فارنهایت) ، زیر دمای ذوب آن ، سیکلواکتازولفور از α-هشتتاسولفور به β-چند شکل تبدیل می شود. [8] ساختار حلقه S8 با این تغییر فاز ، که بر فعل و انفعالات بین مولکولی تأثیر می گذارد ، تقریباً بدون تغییر است. بین دمای ذوب و جوشش ، octasulphur دوباره آلوتروپ خود را تغییر می دهد ، و از β-octasulphur به γ-sulfur تبدیل می شود ، که مجدداً با تراکم کمتری افزایش می یابد اما به دلیل تشکیل پلیمرها ویسکوزیته افزایش می یابد. [8] در دمای بالاتر ، با ایجاد دپلیمریزاسیون ، گرانروی کاهش می یابد. گوگرد ذوب شده دارای رنگ قرمز تیره بالاتر از 200 درجه سانتیگراد (392 درجه فارنهایت) است. چگالی گوگرد بستگی به آلوتروپ حدود 2 گرم در سانتی متر مکعب دارد. همه آلوتروپ های پایدار عایق الکتریکی عالی هستند.
خواص شیمیایی
گوگرد با شعله آبی با تشکیل دی اکسید گوگرد می سوزد ، که بوی خفه کننده و تحریک کننده دارد. گوگرد در آب نامحلول است اما در دی سولفید کربن محلول است و تا حدی در حلال های آلی غیر قطبی دیگر مانند بنزن و تولوئن قابل حل است. انرژی های یونیزاسیون اول و دوم گوگرد به ترتیب 6/999 و 2252 کیلوژول بر مول است. با وجود چنین ارقامی ، حالت اکسیداسیون 2+ نادر است ، با +4 و +6 بیشتر رایج است. انرژی های یونیزاسیون چهارم و ششم 4556 و 8495.8 کیلوژول در مول است ، اندازه ارقام ناشی از انتقال الکترون بین اوربیتال ها است. این حالتها فقط با اکسیدانهای قوی مانند فلوئور ، اکسیژن و کلر پایدار هستند. [نیاز به منبع] گوگرد با تقریباً تمام عناصر دیگر به استثنای گازهای نجیب حتی با فلز غیرفعال معروف ایریدیم (تولید سولفید ایریدیم) نیز واکنش نشان می دهد. [ 9] برخی از این واکنشها نیاز به درجه حرارت بالا دارند. [10]
ایزوتوپ ها
مقاله اصلی: ایزوتوپهای گوگرد
گوگرد دارای 23 ایزوتوپ شناخته شده است که چهار مورد از آنها پایدار هستند: 32S (94.99٪ ± 0.26٪) ، 33S (0.75٪ ± 0.02٪) ، 34S (4.25٪ ± 0.24٪) و 36S (0.01٪ ± 0.01٪). [ 11] [12] غیر از 35S ، با نیمه عمر 87 روز و در انفجار اشعه کیهانی 40Ar تشکیل شده است ، ایزوتوپ های رادیواکتیو گوگرد نیمه عمر کمتر از 3 ساعت دارند.
هنگامی که مواد معدنی سولفید رسوب می کنند ، تعادل ایزوتوپی در بین جامدات و مایع ممکن است اختلافات کمی در مقادیر δ34S مواد معدنی هم ژنتیکی ایجاد کند. برای تخمین دمای تعادل می توان از اختلاف بین مواد معدنی استفاده کرد. δ13C و δ34S مواد معدنی کربناته و سولفیدهای همزیستی را می توان برای تعیین pH و فوگاسیته اکسیژن مایع حامل سنگ معدن در طول تشکیل سنگ استفاده کرد.
در بیشتر اکوسیستم های جنگلی ، سولفات بیشتر از جو حاصل می شود. هوازدگی مواد معدنی و تبخیرها مقداری گوگرد ایجاد می کند. برای شناسایی منابع آلودگی از گوگرد با ترکیب ایزوتوپی متمایز استفاده شده و گوگرد غنی شده به عنوان ردیاب در مطالعات هیدرولوژیکی اضافه شده است. تفاوت در فراوانی طبیعی را می توان در سیستم هایی که در 34S از اجزای اکوسیستم تنوع کافی وجود دارد ، استفاده کرد. دریافته شده است که دریاچه های کوه های راکی دارای منابع جو سولفات هستند که دارای مشخصه 34S از دریاچه هایی هستند که گمان می رود منابع آبخیز سولفات هستند.
وقوع طبیعی
گوگرد گوگردی که اتومبیل های راه آهن از آن بارگیری می شود ، Freeport Sulphur Co.، Hoskins Mound، Texas (1943)
بیشتر رنگهای زرد و نارنجی Io به دلیل عناصر گوگردی و گوگردی است که توسط آتشفشانهای فعال رسوب می کند.
شخصی حامل بلوک های گوگرد از کاوه ایجن ، آتشفشان در شرق جاوا ، اندونزی ، 2009
32S در داخل ستارگان پرجرم ، در عمقی که دما بیش از 2.5 × 109 K باشد ، با هم آمیختن یک هسته سیلیکون به علاوه یک هسته هلیوم ایجاد می شود. [13] از آنجا که این واکنش هسته ای بخشی از فرآیند آلفا است که عناصر زیادی را تولید می کند ، گوگرد دهمین عنصر رایج در جهان است.
گوگرد ، معمولاً به صورت سولفید ، در بسیاری از انواع شهاب سنگ ها وجود دارد. کندریت های معمولی به طور متوسط دارای 2/1 درصد گوگرد و کندریت های کربنی ممکن است تا 6/6 درصد حاوی باشند. به طور معمول به صورت ترولیت (FeS) وجود دارد ، اما موارد استثنایی وجود دارد ، با کندریت های کربنی حاوی گوگرد آزاد ، سولفات ها و سایر ترکیبات گوگردی. [14] رنگهای متمایز ماه آتشفشانی مشتری Io به انواع مختلف گوگرد مذاب ، جامد و گازی نسبت داده می شود. [15]
این پنجمین عنصر رایج از نظر جرم در زمین است. گوگرد ابتدایی را می توان در نزدیکی چشمه های آب گرم و مناطق آتشفشانی در بسیاری از نقاط جهان ، به ویژه در امتداد حلقه آتش اقیانوس آرام ، یافت. چنین ذخایر آتشفشانی در حال حاضر در اندونزی ، شیلی و ژاپن استخراج می شود. این رسوبات چند بلوری هستند و بزرگترین تک کریستال مستند آن به ابعاد 22 × 16 × 11 سانتی متر است. [16] از نظر تاریخی ، سیسیل منبع اصلی گوگرد در انقلاب صنعتی بود. [17] دریاچه هایی از گوگرد مذاب با قطر ~ 200 متر در کف دریا ، در ارتباط با آتشفشان های زیردریایی ، در اعماق جایی که نقطه جوش آب بالاتر از نقطه ذوب گوگرد است ، پیدا شده است. [18]
گوگرد بومی توسط باکتریهای بی هوازی که بر روی مواد معدنی سولفات مانند گچ در گنبدهای نمکی تأثیر می گذارند ، سنتز می شود. [19] [20] ذخایر قابل توجهی در گنبدهای نمکی در امتداد ساحل خلیج مکزیک و در تبخیرها در شرق اروپا و غرب آسیا رخ می دهد. گوگرد بومی ممکن است فقط توسط فرآیندهای زمین شناسی تولید شود. ذخایر گوگردی فسیلی از گنبدهای نمکی زمانی پایه ای برای تولید تجاری در ایالات متحده ، روسیه ، ترکمنستان و اوکراین بود. [21] در حال حاضر ، تولید تجاری هنوز در معدن Osiek در لهستان انجام می شود. اینگونه منابع اکنون از اهمیت تجاری ثانویه برخوردار هستند و بیشتر آنها دیگر کار نمی شوند.
ترکیبات متداول گوگرد که به طور طبیعی وجود دارند شامل مواد معدنی سولفید مانند پیریت (سولفید آهن) ، سینابار (سولفید جیوه) ، گالن (سولفید سرب) ، اسفالریت (سولفید روی) و استبنیت (سولفید آنتیموان) است. و مواد معدنی سولفات مانند گچ (سولفات کلسیم) ، آلونیت (سولفات آلومینیوم پتاسیم) و باریت (سولفات باریم). بر روی زمین ، درست مانند ماه مشتری Io ، گوگرد عنصری به طور طبیعی در انتشارات آتشفشانی ، از جمله انتشار از منافذ هیدروترمال ، رخ می دهد.
ترکیبات
همچنین رجوع کنید به: دسته: ترکیبات گوگرد.
حالتهای اکسیداسیون متداول گوگرد از -2 تا 6+ است. گوگرد با تمام عناصر به جز گازهای نجیب ترکیبات پایداری را ایجاد می کند.
آلوتروپ ها
مقاله اصلی: آلوتروپهای گوگرد
ساختار مولکول سیکلوکتازولفور ، S8
گوگرد بیش از هر عنصر دیگری بیش از 30 آلوتروپ جامد تشکیل می دهد. [22] علاوه بر S8 ، چندین حلقه دیگر نیز شناخته شده است. [23] با حذف یک اتم از تاج ، S7 به وجود می آید که بیشتر از S8 زرد عمیق است. تجزیه و تحلیل HPLC "گوگرد عنصری" مخلوط تعادلی عمدتا S8 را نشان می دهد ، اما با S7 و مقدار کمی S6. [24] حلقه های بزرگتری از جمله S12 و S18 تهیه شده است. [25] [26]
گوگرد آمورف یا "پلاستیک" با خنک سازی سریع گوگرد مذاب تولید می شود - به عنوان مثال ، با ریختن آن در آب سرد. مطالعات کریستالوگرافی اشعه ایکس نشان می دهد که شکل آمورف ممکن است دارای ساختار مارپیچی با هشت اتم در هر نوبت باشد. مولکول های پلیمری پیچیده و طولانی ماده قهوه ای را الاستیک می کند و به طور عمده این فرم دارای حس لاستیک خام است. این فرم در دمای اتاق قابل متغیر است و به تدریج به آلبوم مولکولی بلوری تبدیل می شود ، که دیگر کشسان نیست. این روند در طی چند ساعت تا چند روز اتفاق می افتد ، اما می تواند به سرعت کاتالیز شود.
پلی کشی ها و پلی یان ها
لاجورد رنگ آبی خود را مدیون آنیون رادیکال تری سولفور (S−) می داند
3)
هنگام واکنش گوگرد با مواد اکسید کننده ملایم در یک محلول کاملاً اسیدی ، پلی کشی های گوگرد ، S82 + ، S42 + و S162 + تولید می شوند. [27] محلولهای رنگی تولید شده توسط محلول گوگرد در اولئوم اولین بار در اوایل سال 1804 توسط C.F گزارش شد. بوچولز ، اما علت رنگ و ساختار پلی کشی های مربوط فقط در اواخر دهه 1960 مشخص شد. S82 + آبی تیره ، S42 + زرد و S162 + قرمز است. [8]
آنیون رادیکال S3− به رنگ آبی ماده معدنی لاجورد ایجاد می کند.
دو زنجیره گوگرد موازی در داخل یک نانولوله کربنی تک دیواره رشد می کنند (CNT ، a). Zig-zag (b) و straight (c) S زنجیرهای داخل CNT های دو جداره [28]
سولفیدها
تصفیه گوگرد با هیدروژن سولفید هیدروژن می دهد. وقتی سولفید هیدروژن در آب حل شود ، اسیدی ملایم است: [4]
H2S ⇌ HS− + H +
گاز سولفید هیدروژن و آنیون هیدروسولفید به دلیل مهار ظرفیت حمل اکسیژن در هموگلوبین و برخی سیتوکروم ها به روشی مشابه سیانید و آزید برای پستانداران بسیار سمی است (با احتیاط به زیر مراجعه کنید).
کاهش گوگرد اولیه باعث تولید چند سولفید می شود که متشکل از زنجیره های اتم های گوگرد است که با مراکز S− خاتمه یافته اند:
2 Na + S8 → Na2S8
این واکنش خاصیت متمایز گوگرد را برجسته می کند: توانایی آن برای گربه زدایی (با تشکیل زنجیره ها به خود متصل می شود). پروتوناسیون این آنیون های پلی سولفید ، پلی سولفان ها را تولید می کند ، H2Sx که در آن x = 2 ، 3 و 4 است. [29] در نهایت ، کاهش گوگرد نمک های سولفید تولید می کند:
16 Na + S8 → 8 Na2S
از تبدیل این گونه ها در باتری سدیم گوگرد بهره برداری می شود.
اکسیدها ، اکسو اسیدها و اکسوآنیون ها
اکسیدهای اصلی گوگرد با سوزاندن گوگرد بدست می آیند:
S + O2 → SO2 (دی اکسید گوگرد)
2 SO2 + O2 → 2 SO3 (تری اکسید گوگرد)
اکسیدهای گوگرد چندگانه شناخته شده است. اکسیدهای غنی از گوگرد شامل مونوکسید گوگرد ، مونوکسید گوگرد ، دی اکسیدهای گوگرد و اکسیدهای بالاتر حاوی گروه های پراکسو است.
گوگرد اکسو اسیدهای گوگردی را تشکیل می دهد که برخی از آنها را نمی توان جدا کرد و فقط از طریق نمک شناخته می شود. دی اکسید گوگرد و سولفیتها (SO2−)
3) مربوط به اسید گوگرد ناپایدار (H2SO3) هستند. تری اکسید گوگرد و سولفاتها (SO2−)
4) مربوط به اسید سولفوریک (H2SO4) هستند. اسید سولفوریک و SO3 با هم ترکیب می شوند و به اولئوم ، محلول اسید پیروسولفوریک (H2S2O7) در اسید سولفوریک می دهند.
نمک های تیوسولفات (S
2O2−
3) ، گاهی اوقات به عنوان "hyposulfites" نامیده می شود ، مورد استفاده در ثابت عکاسی (hypo) و به عنوان عوامل کاهش ، گوگرد در دو حالت اکسیداسیون. سدیم دی تیونیت (Na
2S
2O
4) ، حاوی آنیون دیتیونیت بسیار کاهنده (S
2O2−
4)
هالیدها و اکسی هالیدها
چندین هالید گوگرد برای صنعت مدرن مهم است. سولفور هگزا فلوراید یک گاز متراکم است که به عنوان گاز عایق در ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا استفاده می شود. همچنین یک محرک غیر واکنشی و غیر سمی برای ظروف تحت فشار است. سولفور تترافلوراید معرف آلی است که به ندرت استفاده می شود و بسیار سمی است. [30] سولفور دی کلرید و دی سولفور دی کلرید از مواد شیمیایی مهم صنعتی هستند. سولفوریل کلراید و اسید کلروسولفوریک از مشتقات اسید سولفوریک هستند. تیونیل کلراید (SOCl2) معرف متداول در سنتز آلی است. [31]
Pnictides
یک ترکیب مهم S-N ، تترازیترید تتراسولفور قفس (S4N4) است. با گرم کردن این ترکیب ، نیترید گوگرد پلیمری ((SN) x) به دست می آید که حتی اگر فاقد هرگونه اتم فلز باشد ، دارای خواص فلزی است. تیوسیانات ها حاوی گروه SCN− هستند. اکسیداسیون تیوسیانات باعث می شود تیوسیانوژن ، (SCN) 2 با اتصال NCS-SCN. سولفیدهای فسفر بیشمار هستند که مهمترین نوع تجاری آنها قفسهای P4S10 و P4S3 است. [32] [33]
سولفیدهای فلزی
مقاله اصلی: ماده معدنی سولفید
سنگ معدن اصلی مس ، روی ، نیکل ، کبالت ، مولیبدن و سایر فلزات سولفیدها هستند. این مواد نیمه هادی هایی به رنگ تیره هستند که به راحتی توسط آب یا حتی بسیاری از اسیدها مورد حمله قرار نمی گیرند. آنها ، هم از نظر ژئوشیمیایی و هم از نظر آزمایشگاهی ، با واکنش سولفید هیدروژن با نمک های فلزی تشکیل می شوند. گالن معدنی (PbS) اولین نیمه رسانای اثبات شده بود و به عنوان یکسوساز سیگنال در سبیل های گربه رادیوهای اولیه کریستال استفاده می شد. سولفید آهن به نام پیریت ، اصطلاحاً "طلای احمق" ، فرمول FeS2 دارد. [34] پردازش این سنگ معدن ها ، معمولاً بوسیله بو دادن ، هزینه بر و از نظر محیط زیست خطرناک است. گوگرد از طریق لکه زدگی باعث از بین رفتن بسیاری از فلزات می شود.
برخی از کلاسهای اصلی ترکیبات آلی گوگرد دار شامل موارد زیر است: [35]
تیول ها یا مرکاپتان ها (به این دلیل که جیوه را به عنوان کلاتور جذب می کنند) آنالوگ های گوگردی الکل ها هستند. درمان تیولها با باز باعث یونهای تیولات می شود.
تیوترها گوگردهای اترها هستند.
یون های سولفونیوم دارای سه گروه متصل به یک مرکز گوگرد کاتیونی هستند. دی متیل سولفونیوپروپیونات (DMSP) یکی از این ترکیبات است که در چرخه گوگرد آلی دریایی مهم است.
سولفوکسیدها و سولفون ها به ترتیب تیوترهایی هستند که به ترتیب یک و دو اتم اکسیژن به اتم گوگرد متصل هستند. ساده ترین سولفوکسید ، دی متیل سولفوکسید ، یک حلال رایج است. یک سولفون معمولی سولفولان است.
از اسیدهای سولفونیک در بسیاری از مواد شوینده استفاده می شود.
ترکیبات با پیوندهای چندگانه گوگرد کربن غیر معمول هستند ، یک استثنا دی سولفید کربن ، یک مایع بی رنگ فرار است که از نظر ساختاری شبیه دی اکسید کربن است. به عنوان معرف برای ساخت ریون پلیمری و بسیاری از ترکیبات گوگرد ارگانیک استفاده می شود. بر خلاف مونوکسیدکربن ، مونوسولفید کربن فقط به عنوان یک گاز بسیار رقیق ، بین سیستم های خورشیدی پایدار است. [36]
ترکیبات ارگانوسولفور مسئول برخی از بوهای نامطبوع مواد آلی پوسیده هستند. به طور گسترده ای به عنوان بو در گاز طبیعی خانگی ، بوی سیر و اسپری پوست شناخته می شوند. همه ترکیبات آلی گوگرد در همه غلظت ها بوی نامطبوع ندارند: مونوترپنوئید حاوی گوگرد (مرکاپتان گریپ فروت) در غلظت های کوچک رایحه گریپ فروت است ، اما در غلظت های بالاتر بوی تیول عمومی دارد. خردل گوگرد ، یک ماده ضد عفونی کننده قوی ، در جنگ جهانی اول به عنوان یک عامل ناتوان کننده استفاده شد. [37]
پیوندهای گوگرد و گوگرد یک جز component ساختاری است که برای سفت شدن لاستیک استفاده می شود ، مشابه پل های دی سولفید که پروتئین ها را سفت و سخت می کند (به بیولوژی زیر مراجعه کنید). در متداول ترین نوع "پخت" صنعتی یا سخت شدن و تقویت لاستیک طبیعی ، گوگرد عنصری با لاستیک گرم می شود تا جایی که واکنش های شیمیایی پل های دی سولفید را بین واحدهای ایزوپرن پلیمر تشکیل می دهند. این فرآیند که در سال 1843 ثبت اختراع شد ، لاستیک را به یک محصول عمده صنعتی به ویژه در لاستیک های اتومبیل تبدیل کرد. به دلیل گرما و گوگرد ، این فرآیند را آتشفشانی نامگذاری کردند ، به این دلیل خدای روم جعل و آتشفشان بود.
تاریخ
قدمت
ظرف دارویی گوگرد از نیمه اول قرن بیستم. از مجموعه Museo del Objeto del Objeto
گوگرد که به وفور به صورت بومی در دسترس است ، در دوران باستان شناخته شده بود و در تورات (پیدایش) به آن اشاره شده است. ترجمه های انگلیسی کتاب مقدس معمولاً از سوزاندن گوگرد به عنوان "گوگرد" یاد می کنند ، و باعث می شود واژگان "آتش و گوگرد" به وجود بیاید ، که در آن شنوندگان به سرنوشت لعنت ابدی که در انتظار کافران و غیر قابل توبه است یادآوری می شوند. از این قسمت از کتاب مقدس است که جهنم "بوی گوگرد" تلقی می شود (احتمالاً به دلیل ارتباط آن با فعالیت آتشفشانی). طبق گفته Ebers Papyrus ، از پماد گوگرد در مصر باستان برای درمان پلک های دانه ای استفاده می شده است. از گوگرد برای بخور در یونان پیش از کلاسیک استفاده می شد ؛ [38] این مورد در ادیسه ذکر شده است. [39] پلینی بزرگ در مورد گوگرد در کتاب 35 تاریخ طبیعی خود بحث می کند و می گوید که مشهورترین منبع آن جزیره ملوس است. وی استفاده از آن را برای بخور ، دارو و پارچه سفید کننده ذکر کرده است. [40]
شکل طبیعی گوگرد معروف به shiliuhuang (石 硫黄) از قرن 6 قبل از میلاد در چین شناخته شده بود و در هانژونگ یافت شد. [41] در قرن 3 ، چینی ها کشف کردند که می توان گوگرد را از پیریت استخراج کرد. [41] دائوئیست های چینی به اشتعال پذیری گوگرد و واکنش پذیری آن با فلزات خاص علاقه مند بودند ، با این حال اولین کاربردهای عملی آن در طب سنتی چین یافت می شد. [41] رساله نظامی سلسله سونگ در سال 1044 میلادی فرمولهای مختلفی را برای پودر سیاه چینی توصیف کرده است که مخلوطی از نیترات پتاسیم است (KNO)
3) ذغال و گوگرد. این ماده به عنوان یک ماده تشکیل دهنده باروت سیاه باقی مانده است.
نمادهای مختلف شیمیایی برای گوگرد [نیاز به منبع]
کیمیاگران هندی ، دست اندرکاران "علم شیمی" (sanskrit rasaśāstra، रसशास्त्र) ، از قرن هشتم میلادی به بعد ، در مورد استفاده از گوگرد در عملیات شیمیایی با جیوه ، مطالب زیادی نوشتند. [42] در سنت rasaśāstra ، گوگرد را "بو" می نامند (گانداکا سانسکریت ، गन्धक).
کیمیاگران اولیه اروپا به گوگرد یک نماد منحصر به فرد کیمیاگری می دادند ، مثلثی در بالای صلیب. در درمان سنتی پوست ، از گوگرد عنصری (به طور عمده در کرم ها) برای تسکین بیماری هایی مانند گال ، کرم حلقوی ، پسوریازیس ، اگزما و آکنه استفاده می شد. مکانیسم عملکرد ناشناخته است - گرچه گوگرد اولیه به آهستگی اکسید می شود و به اسید سولفوره تبدیل می شود ، که (از طریق عمل سولفیت) یک عامل کاهش دهنده و ضد باکتری خفیف است. [43] [44] [45]
دوران مدرن
در بالا: کوره سیسیلی برای تهیه گوگرد از سنگ های آتشفشانی استفاده می شود (نمودار کتاب شیمی 1906)
راست: امروزه گوگرد دارای فعالیت ضد قارچ ، ضد باکتری و کراتولیتیک شناخته شده است. در گذشته از آن علیه آکنه ولگاریس ، روزاسه ، درماتیت سبورئیک ، شوره سر ، پیتریازیس ورسیکالر ، گال و زگیل استفاده می شد. [46] این تبلیغات در سال 1881 بی اساس ادعا می کند که در برابر روماتیسم ، نقرس ، طاسی و سفیدی مو موثر است.
در سال 1777 ، آنتوان لاووازیر کمک کرد تا جامعه علمی متقاعد شود که گوگرد یک عنصر است ، نه یک ترکیب.
ذخایر گوگرد در سیسیل منبع غالب بیش از یک قرن بود. در اواخر قرن هجدهم ، حدود 2000 تن در سال گوگرد برای تولید اسید سولفوریک برای استفاده در فرآیند لبلان به مارسی فرانسه وارد می شد. در صنعتی سازی انگلیس ، با لغو تعرفه های نمک در سال 1824 ، تقاضای گوگرد از سیسیل به شدت افزایش یافت. کنترل و بهره برداری فزاینده از استخراج ، تصفیه و حمل گوگرد از سوی انگلیس ، همراه با عدم موفقیت این صادرات سودآور در تغییر اقتصاد عقب مانده و فقیر سیسیل ، منجر به بحران گوگرد سال 1840 شد ، زمانی که پادشاه فردیناند دوم انحصار صنعت گوگرد به یک شرکت فرانسوی ، نقض توافق نامه تجارت قبلی با انگلیس در سال 1816. سرانجام فرانسه با یک راه حل صلح آمیز مذاکره کرد. [47] [48]
در سال 1867 ، گوگرد اولیه در کانسارهای زیرزمینی لوئیزیانا و تگزاس کشف شد. فرایند بسیار موفق فراش برای استخراج این منبع ایجاد شد. [49]
در اواخر قرن 18 ، تولیدکنندگان مبلمان از گوگرد مذاب برای تولید منبت تزئینی در صنایع دستی خود استفاده کردند. به دلیل تولید دی اکسید گوگرد در طی فرآیند ذوب شدن گوگرد ، صنایع منبت کاری گوگرد خیلی زود کنار گذاشته شد. از گوگرد ذوب شده بعضی اوقات هنوز هم برای قرار دادن پیچ و مهره های فولادی در سوراخ های بتونی سوراخ شده استفاده می شود که مقاومت در برابر ضربه بالا برای نقاط اتصال تجهیزات نصب شده روی کف مورد نظر است. گوگرد پودر خالص به عنوان مقوی دارویی و ملین استفاده می شد. [21] با ظهور فرآیند تماس ، امروزه بیشتر گوگرد برای تولید اسید سولفوریک برای طیف وسیعی از کاربردها ، به ویژه کود استفاده می شود. [50]
املا و ریشه شناسی
گوگرد از کلمه لاتین sulpur گرفته شده است که در این باور اشتباه که کلمه لاتین از یونانی آمده است ، به گوگرد هلنیزه شد. بعداً این هجی به عنوان نمایانگر صدای f / تفسیر شد و منجر به هجی گوگرد شد که در اواخر دوره کلاسیک به زبان لاتین ظاهر می شود. کلمه یونانی واقعی گوگرد ، θεῖον ، منبع پیشوند شیمیایی بین المللی thio- است. در قرن 12th انگلیس و فرانسه ، گوگرد بود. در قرن 14 ، لاتین -ph- به اشتباه هلنیزه شده در گوگرد انگلیسی میانه احیا شد. در قرن پانزدهم ، هر دو نوع هجی کامل لاتین گوگرد و گوگرد در انگلیسی رایج شد. هجی های موازی f~ ph در انگلیس تا قرن نوزدهم ادامه یافت ، زمانی که کلمه به عنوان گوگرد استاندارد شد. [51] از طرف دیگر ، گوگرد شکلی است که در ایالات متحده انتخاب شده است ، در حالی که کانادا از هر دو استفاده می کند. IUPAC ، گوگرد هجی را در سال 1990 یا 1971 ، بسته به منبع ذکر شده ، تصویب کرد [52] ، همانطور که کمیته نامگذاری انجمن سلطنتی شیمی در سال 1992 ، گوگرد هجی را به انگلیس بازگرداند. [53] واژه نامه های آکسفورد خاطرنشان می کنند که "در شیمی و سایر کاربردهای فنی ... هجی -f- اکنون فرم استاندارد این کلمات و کلمات مرتبط در انگلیسی و همچنین زمینه های آمریکایی است و به طور فزاینده ای در زمینه های عمومی نیز استفاده می شود." [54 ]
تولید
استخراج گوگرد سنتی در آتشفشان Ijen ، جاوا شرقی ، اندونزی. این تصویر شرایط خطرناک و ناهمواری که معدنچیان با آن روبرو هستند را نشان می دهد ، از جمله دود سمی و قطره های زیاد و همچنین کمبود تجهیزات محافظتی آنها. لوله هایی که روی آنها ایستاده اند برای تغلیظ بخارات گوگرد است.
گوگرد ممکن است به خودی خود پیدا شود و از نظر تاریخی معمولاً به این شکل بدست می آمد. پیریت همچنین منبع گوگرد بوده است. [55] در مناطق آتشفشانی در سیسیل ، در دوران باستان ، آن را در سطح زمین پیدا می کردند و از "روند سیسیلی" استفاده می شد: ذخایر گوگرد را انباشته و در کوره های آجری ساخته شده در دامنه تپه های شیب دار ، و فضای هوایی بین آنها قرار می گرفت. سپس مقداری گوگرد پودر شد ، روی سنگ معدن انباشته پراکنده و مشتعل شد و باعث ذوب شدن گوگرد آزاد در تپه ها شد. سرانجام رسوبات ناشی از سطح زمین بازی کرد و معدنچیان رگه هایی را استخراج کردند که در نهایت چشم انداز سیسیلی را با مین های هزارتوی پر کرد. استخراج به صورت غیر مکانیکی و با شدت کار انجام می شد ، با انتخاب ماشین های سنگ شکن از سنگ ، و پسران معدن یا کاروسی سبدهای سنگ معدن را به سطح زمین حمل می کردند ، اغلب از طریق یک مایل یا بیشتر از تونل ها. وقتی سنگ معدن در سطح قرار گرفت ، در اجاق های ذوب کاهش یافته و استخراج می شود. شرایط موجود در معادن گوگرد سیسیلی وحشتناک بود و باعث شد بوکر تی واشنگتن بنویسد "من اکنون آماده نیستم تا بگویم که تا چه حد به جهنم فیزیکی در جهان بعدی اعتقاد دارم ، اما یک معدن گوگرد در سیسیل نزدیکترین چیز است. به جهنمی که انتظار دارم در این زندگی ببینم. "[56]
گوگرد موجود در هیدروکربن های آلبرتا ، ذخیره شده برای حمل و نقل در شمال ونکوور ، بریتیش کلمبیا
گوگرد عنصری تا اواخر قرن بیستم از گنبدهای نمکی (که در آنها گاهی به شکل تقریباً خالص وجود دارد) استخراج می شد. گوگرد اکنون به عنوان محصول جانبی سایر فرآیندهای صنعتی مانند تصفیه روغن که گوگرد نامطلوب است تولید می شود. تصور می شود که به عنوان یک ماده معدنی ، گوگرد بومی زیر گنبدهای نمکی یک منبع معدنی فسیلی است که با عملکرد باکتری های بی هوازی بر روی رسوبات سولفات تولید می شود. عمدتا توسط فرآیند فراش از چنین معادن گنبد نمکی خارج شد. [21] در این روش ، آب بیش از حد گرم شده به یک کانسار گوگرد بومی برای ذوب شدن گوگرد پمپ می شود و سپس هوای فشرده محصول 99.5٪ ذوب خالص را به سطح برگرداند. در طول قرن 20 این روش گوگرد اصلی تولید می کند که به تصفیه بیشتر نیاز ندارد. به دلیل تعداد محدود چنین ذخایر گوگردی و هزینه بالای کار آنها ، این فرآیند استخراج گوگرد از سال 2002 به هیچ وجه در هیچ کجای دنیا به کار گرفته نشده است. [57] [58]
امروزه گوگرد از نفت ، گاز طبیعی و منابع فسیلی مربوطه تولید می شود که عمدتا از آنها به عنوان سولفید هیدروژن بدست می آید. ترکیبات ارگانو سولفور ، ناخالصی های نامطلوب موجود در نفت ، ممکن است با قرار دادن آنها در معرض گوگردآبی ، که باعث شکاف پیوندهای C-S می شود ، به روز شوند. [57] [58]
R-S-R + 2 H2 → 2 RH + H2S
سولفید هیدروژن حاصل از این فرآیند و همچنین همانطور که در گاز طبیعی اتفاق می افتد ، با فرآیند کلاوس به گوگرد اصلی تبدیل می شود. این فرآیند مستلزم اکسیداسیون برخی از سولفید هیدروژن به دی اکسید گوگرد و سپس تناسب این دو است: [57] [58]
3 O2 + 2 H2S → 2 SO2 + 2 H2O
SO2 + 2 H2S → 3 S + 2 H2O
تولید و قیمت (بازار ایالات متحده) گوگرد اولیه
با توجه به محتوای گوگرد بالای ماسه های نفتی Athabasca ، اکنون ذخایر گوگرد اصلی حاصل از این فرآیند در سراسر آلبرتا ، کانادا وجود دارد. [59] روش دیگر ذخیره گوگرد به عنوان اتصال دهنده بتن است ، محصول حاصل دارای خواص مطلوبی است (به بتن گوگردی مراجعه کنید). [60] گوگرد هنوز از کانسارهای سطحی در کشورهای فقیرتر با آتشفشان مانند اندونزی استخراج می شود و از زمان بوکر تی واشنگتن شرایط کارگران بهبود چندانی نداشته است. [61]
تولید جهانی گوگرد در سال 2011 بالغ بر 69 میلیون تن (تن) بوده است که بیش از 15 کشور هر یک بیش از 1 میلیون تن کمک کرده اند. کشورهایی که بیش از 5 میلیون تن تولید می کنند چین (9.6) ، ایالات متحده (8.8) ، کانادا (7.1) و روسیه (7.1) هستند. [62] تولید به آرامی از سال 1900 تا 2010 افزایش یافته است. قیمت در دهه 1980 و حدود 2010 ناپایدار بود. [63]
برنامه های کاربردی
اسید سولفوریک
گوگرد عنصری عمدتا به عنوان پیش ماده سایر مواد شیمیایی استفاده می شود. تقریباً 85٪ (1989) به اسید سولفوریک (H2SO4) تبدیل می شود:
2 S + 3 O2 + 2 H2O → 2 H2SO4
تولید اسید سولفوریک در سال 2000
در سال 2010 ، ایالات متحده بیش از سایر مواد شیمیایی صنعتی غیر آلی اسید سولفوریک تولید کرد. [63] کاربرد اصلی اسید ، استخراج سنگ معدن فسفات برای تولید کود است. از دیگر کاربردهای اسید سولفوریک می توان به تصفیه روغن ، فرآوری فاضلاب و استخراج مواد معدنی اشاره کرد. [21]
شیمی مهم دیگر گوگرد
گوگرد به طور مستقیم با متان واکنش می دهد و دی سولفید کربن را تولید می کند ، که برای تولید سلفون و ریون استفاده می شود. [21] یکی از کاربردهای گوگرد عنصری در جوشاندن لاستیک است ، جایی که زنجیره های پلی سولفید پلیمرهای آلی را به صورت تلاقی می کنند. از مقادیر زیادی سولفیت برای سفید کردن کاغذ و نگهداری استفاده می شود
کود
گوگرد به طور فزاینده ای به عنوان یک جز component کود استفاده می شود. مهمترین شکل گوگرد برای کود ، ماده معدنی سولفات کلسیم است. گوگرد مقدماتی آبگریز است (محلول در آب نیست) و به طور مستقیم توسط گیاهان قابل استفاده نیست. با گذشت زمان ، باکتری های خاک می توانند آن را به مشتقات محلول تبدیل کنند ، سپس می توانند توسط گیاهان استفاده شوند. گوگرد باعث بهبود کارایی سایر مواد مغذی ضروری گیاه ، به ویژه نیتروژن و فسفر می شود. [64] ذرات گوگرد تولید شده از نظر بیولوژیکی به دلیل داشتن پوشش بیوپلیمر به طور طبیعی آب دوست بوده و در محلول پاششی دوغاب رقیق شده و در نتیجه جذب سریعتر ، بر روی زمین پراکنده می شوند.
نیاز گیاهی گوگرد برابر با فسفر است یا بیش از آن است. این یک ماده مغذی ضروری برای رشد گیاه ، تشکیل ندول ریشه حبوبات و سیستم های ایمنی و دفاعی است. کمبود گوگرد در بسیاری از کشورهای اروپا شیوع یافته است. [65] [66] [67] از آنجا که ورودی های گوگرد در جو همچنان کاهش می یابد ، کسری ورودی / خروجی گوگرد افزایش می یابد مگر اینکه از کودهای گوگرد استفاده شود. ورودی های جوی گوگرد به دلیل اقداماتی که برای محدود کردن باران های اسیدی انجام شده است ، کاهش می یابد. [68] [64]
این مطلب را نیز بخوانید : نانو ذرات طلا
مواد شیمیایی خوب
یک مدل مولکولی از مالاتیون آفت کش ها
از ترکیبات آلی گوگرد در داروسازی ، مواد رنگی و مواد شیمیایی زراعی استفاده می شود. بسیاری از داروها حاوی گوگرد هستند. نمونه های اولیه سولفونامید ضد باکتری است که به عنوان داروهای سولفا شناخته می شود. گوگرد بخشی از بسیاری از مولکول های دفاع باکتریایی است. بیشتر آنتی بیوتیک های β-lactam ، از جمله پنی سیلین ها ، سفالوسپورین ها و مونولاکتام ها حاوی گوگرد هستند. [35]
سولفات منیزیم ، که به شکل کریستال هیدراته شده به نمکهای Epsom معروف است ، می تواند به عنوان ملین ، افزودنی حمام ، مکمل لایه بردار ، منیزیم برای گیاهان یا (در صورت دهیدراته) به عنوان خشک کننده استفاده شود.
قارچ کش و آفت کش
شمع گوگرد در اصل برای بخور در خانه فروخته می شد
گوگرد عنصری یکی از قدیمی ترین قارچ کش ها و سموم دفع آفات است. "گرد و غبار گوگرد" ، گوگرد اولیه به شکل پودر شده ، یک قارچ کش رایج برای انگور ، توت فرنگی ، بسیاری از سبزیجات و چندین محصول دیگر است. این ماده در برابر طیف گسترده ای از بیماری های کپک پودری و همچنین لکه سیاه اثر خوبی دارد. در تولید ارگانیک ، گوگرد مهمترین قارچ کش است. این تنها قارچ کش است که در تولید سیب های ارگانیک علیه بیماری اصلی پوسته سیب در شرایط سردتر استفاده می شود. برای این کاربردها می توان از بیوسولفور (گوگرد عنصری تولید شده از نظر بیولوژیکی و ویژگی های آب دوست) نیز استفاده کرد.
گوگرد گرد و غبار با فرمولاسیون استاندارد به محصولاتی با گرد و غبار گوگرد یا از صفحه گردگیری استفاده می شود. گوگرد مرطوب نام تجاری غبارروبی گوگرد است که با مواد اضافی برای ایجاد آب در آن ترکیب می شود. [69] [70] کاربردهای مشابهی دارد و به عنوان قارچ کش در برابر کپک و سایر مشکلات مربوط به کپک با گیاهان و خاک استفاده می شود.
پودر گوگرد عنصری به عنوان یک حشره کش "آلی" (یعنی "سبز") (در واقع یک سم کش) در برابر کنه و کنه استفاده می شود. یک روش معمول کاربرد غبارگیری لباس یا اندام با پودر گوگرد است.
از محلول رقیق گوگرد آهک (که با ترکیب هیدروکسید کلسیم با گوگرد اصلی در آب ساخته می شود) به عنوان غوطه وری برای حیوانات خانگی استفاده می شود تا کرم حلقوی (قارچ) ، جرب و سایر درماتوزها و انگلی ها را از بین ببرد.
شمع های گوگرد تقریباً گوگرد خالص برای بخور دادن ساختارها و بشکه های شراب سوزانده شدند ، اما اکنون برای اقامتگاه ها بسیار سمی در نظر گرفته شده اند.
باکتری کش در شراب سازی و نگهداری مواد غذایی
مقادیر کمی از گاز دی اکسید گوگرد علاوه بر این (یا افزودن معادل سولفیت پتاسیم معادل آن) به شراب تخمیر شده برای تولید آثاری از اسید سولفور (تولید شده در هنگام واکنش SO2 با آب) و نمک های سولفیت آن در مخلوط ، "قوی ترین ابزار در شراب سازی" نامیده می شود . [71] پس از مرحله تخمیر مخمر در شراب سازی ، سولفیت ها اکسیژن را جذب می کنند و از رشد باکتری های هوازی جلوگیری می کنند که در غیر این صورت اتانول را به اسید استیک تبدیل می کنند و شراب را ترش می کنند. بدون این مرحله نگهدارنده ، معمولاً به یخچال نامحدود محصول قبل از مصرف نیاز است. روش های مشابه به دوران باستان برمی گردد اما ذکر تاریخچه مدرن این عمل به قرن پانزدهم می رسد. این روش توسط تولیدکنندگان بزرگ شراب صنعتی و تولیدکنندگان کوچک شراب ارگانیک به طور یکسان استفاده می شود.
از دی اکسید گوگرد و سولفیتهای مختلف به دلیل خاصیت نگهدارنده آنتی اکسیدانی ضد باکتریایی در بسیاری از قسمتهای دیگر صنایع غذایی استفاده شده است. از زمان گزارش واکنش آلرژی مانند برخی از افراد به سولفیت موجود در غذاها ، این روش کاهش یافته است.
داروسازی
مقاله اصلی: گوگرد (داروخانه)
گوگرد (به طور خاص octasulphur ، S8) در داروهای پوستی دارویی برای درمان آکنه و سایر موارد استفاده می شود. این ماده به عنوان یک عامل کراتولیتیک عمل می کند و همچنین باکتری ها ، قارچ ها ، کنه های گال و سایر انگلی ها را از بین می برد. [72] گوگرد رسوبی و گوگرد کلوئیدی به صورت لوسیون ، کرم ، پودر ، صابون و مواد افزودنی حمام برای درمان آکنه ولگاریس ، آکنه روزاسه و درماتیت سبوروئیک استفاده می شود. [73]
عوارض جانبی رایج شامل تحریک پوست در محل استفاده ، مانند خشکی ، خارش ، خارش و لایه برداری است. [74]
مبلمان
مقاله اصلی: خاتم کاری گوگرد
از گوگرد می توان برای ایجاد منبت کاری تزئینی در مبلمان چوبی استفاده کرد. بعد از اینکه یک طرح به داخل چوب بریده شد ، گوگرد مذاب ریخته می شود و سپس آنرا خراش می دهیم تا برافروخته شود. منبت کاری گوگرد به ویژه در اواخر قرن 18 و اوایل قرن 19 محبوبیت داشت ، به ویژه در میان کابینه های آلمان پنسیلوانیا. این روش به زودی از بین رفت ، زیرا مواد سمی و قابل اشتعال جایگزین شدند. با این حال ، برخی از صنعتگران مدرن گاهی اوقات این روش را در ایجاد قطعات ماکت احیا می کنند. [75] [76]
نقش بیولوژیکی
کوفاکتورهای پروتئینی و آلی
گوگرد یکی از اجزای اساسی همه سلولهای زنده است. این ماده از نظر وزنی هفتمین یا هشتمین عنصر فراوان در بدن انسان است که تقریباً از نظر فراوانی برابر با پتاسیم است و کمی بیشتر از سدیم و کلر است. بدن انسان 70 کیلوگرمی (150 پوند) حدود 140 گرم گوگرد دارد.
در گیاهان و حیوانات ، آمینو اسیدهای سیستئین و متیونین حاوی بیشتر گوگرد هستند و این عنصر در تمام پلی پپتیدها ، پروتئین ها و آنزیم های حاوی این اسیدهای آمینه وجود دارد. در انسان ، متیونین یک اسید آمینه ضروری است که باید بلعیده شود. با این حال ، صرفه جویی در ویتامین های بیوتین و تیامین ، سیستئین و تمام ترکیبات حاوی گوگرد در بدن انسان می تواند از متیونین سنتز شود. آنزیم سولفیت اکسیداز برای متابولیسم متیونین و سیستئین در انسان و حیوانات مورد نیاز است.
پیوندهای دی سولفید (پیوندهای S-S) بین باقیمانده سیستئین در زنجیره های پپتیدی در مونتاژ و ساختار پروتئین بسیار مهم است. این پیوندهای کووالانسی بین زنجیره های پپتیدی مقاومت و استحکام بیشتری را به وجود می آورد. [77] به عنوان مثال ، مقاومت بالای پرها و موها تا حدی به دلیل محتوای بالای پیوندهای S-S با سیستئین و گوگرد است. تخم مرغ دارای گوگرد زیادی برای تغذیه تشکیل پر در جوجه ها است و بوی مشخص تخم های پوسیده ناشی از سولفید هیدروژن است. محتوای بالای پیوند دی سولفید مو و پرها به هضم آنها و بوی نامطبوع مشخص آنها هنگام سوختن کمک می کند.
هموسیستئین و تورین از دیگر اسیدهای حاوی گوگرد هستند که از نظر ساختار مشابه هستند ، اما توسط DNA رمزگذاری نشده اند و بخشی از ساختار اولیه پروتئین ها نیستند. بسیاری از آنزیمهای سلولی مهم از گروههای پروتز ختم شده با خردههای SH برای کنترل واکنشهای بیوشیمیایی حاوی آسیل استفاده می کنند: دو مثال متابولیسم اساسی کوآنزیم A و اسید آلفا لیپوئیک است. [77] دو تا از 13 ویتامین کلاسیک ، بیوتین و تیامین ، حاوی گوگرد هستند و ویتامین دوم به دلیل محتوای گوگرد آن نامگذاری شده است.
در شیمی داخل سلولی ، گوگرد به عنوان حامل هیدروژن و الکترونهای آن برای ترمیم سلولی اکسیداسیون عمل می کند. گلوتاتیون کاهش یافته ، یک تریپپتید حاوی گوگرد ، یک عامل کاهنده از طریق بخش سولفیدریل (-SH) ناشی از سیستئین است. تیوردوکسین ها ، گروهی از پروتئین های کوچک ضروری برای تمام زندگی شناخته شده ، از جفت های همسایه سیستئین کاهش یافته استفاده می کنند تا به عنوان عوامل کاهش دهنده پروتئین عمومی کار کنند ، با تأثیر مشابه.
متانوژنز ، راهی که به بیشتر متان دنیا می رسد ، یک تغییر شکل بیوشیمیایی چند مرحله ای دی اکسید کربن است. این تبدیل به چندین کوفاکتور ارگانو سولفور نیاز دارد. اینها شامل کوآنزیم M ، CH3SCH2CH2SO3− ، پیش ماده فوری متان است. [78]
متالوپروتئین ها و کوفاکتورهای غیر آلی
متالوپروتئین هایی که در آن مکان فعال یک کمپلکس فلز انتقالی متصل به اتم های گوگرد است ، اجزای اساسی آنزیم های دخیل در فرآیندهای انتقال الکترون هستند. به عنوان مثال می توان به پروتئین های مس آبی و اکسید نیتروژن ردوکتاز اشاره کرد. عملکرد این آنزیم ها به این واقعیت بستگی دارد که یون فلز گذار می تواند واکنش های اکسایش اکسیداسیون کاهش دهد. نمونه های دیگر شامل خوشه های گوگرد آهن و همچنین بسیاری از پروتئین های مس ، نیکل و آهن است. فراگیرترین ها فرووکسین ها هستند که به عنوان شاتل های الکترونی در سلول ها عمل می کنند. در باکتری ها ، آنزیم های مهم نیتروژناز حاوی یک خوشه Fe-Mo-S است و یک کاتالیزور است که عملکرد مهم تثبیت نیتروژن را انجام می دهد ، نیتروژن جو را به آمونیاک تبدیل می کند که می تواند توسط میکروارگانیسم ها و گیاهان برای ساخت پروتئین ، DNA ، RNA ، آلکالوئیدها استفاده شود. ، و سایر ترکیبات آلی نیتروژن لازم برای زندگی. [79]
FdRedox.png
متابولیسم گوگرد و چرخه گوگرد
مقالات اصلی: متابولیسم گوگرد و چرخه گوگرد
چرخه گوگرد اولین چرخه بیوژئوشیمیایی بود که کشف شد. در دهه 1880 ، سرگئی وینوگرادسکی هنگام مطالعه Beggiatoa (باکتری ساکن یک محیط غنی از گوگرد) دریافت که سولفید هیدروژن (H2S) را به عنوان منبع انرژی اکسید کرده و قطرات گوگرد درون سلول ایجاد می کند. وینوگرادسکی به این شکل از متابولیسم به عنوان بی اکسیداسیون (اکسیداسیون ترکیبات غیر آلی) اشاره کرد. وی مطالعه آن را به همراه سلمان واکسمن تا دهه 1950 ادامه داد.
اکسیدکننده های گوگرد می توانند به عنوان منابع انرژی از ترکیبات گوگردی کاهش یافته استفاده کنند ، از جمله سولفید هیدروژن ، گوگرد اصلی ، سولفیت ، تیوسولفات و انواع پلی تیونات ها (به عنوان مثال تتراتیونات). [80] آنها برای اکسید شدن گوگرد به سولفات به آنزیم هایی مانند اکسیژناز گوگرد و سولفیت اکسیداز بستگی دارند. برخی از لیتوتروف ها حتی می توانند از انرژی موجود در ترکیبات گوگردی برای تولید قندها استفاده کنند ، این فرآیند به عنوان شیمی سنتز شناخته می شود. برخی از باکتریها و باستان از سولفید هیدروژن به جای اهدا کننده الکترون در شیمی شیمی از سولفید هیدروژن استفاده می کنند ، این فرآیند مشابه فتوسنتز است که قند تولید می کند و از اکسیژن به عنوان گیرنده الکترون استفاده می کند. باکتری های گوگرد سبز فتوسنتزی و باکتری های گوگرد بنفش و برخی از لیتوتروف ها از اکسیژن اولیه برای انجام چنین اکسیداسیون سولفید هیدروژن برای تولید گوگرد عنصری (S0) ، حالت اکسیداسیون = 0 استفاده می کنند. باکتری های اولیه که در اطراف دریچه های آتشفشانی در اعماق اقیانوس زندگی می کنند ، سولفید هیدروژن را در این مورد اکسید می کنند. راه با اکسیژن ؛ کرم لوله غول پیکر نمونه ای از ارگانیسم بزرگی است که از سولفید هیدروژن (از طریق باکتری) به عنوان ماده غذایی برای اکسید شدن استفاده می کند.
در مقابل ، به اصطلاح باکتری های کاهنده سولفات به جای اکسیژن "سولفات تنفس می کنند". آنها از ترکیبات آلی یا هیدروژن مولکولی به عنوان منبع انرژی استفاده می کنند. آنها از گوگرد به عنوان گیرنده الکترون استفاده می کنند و ترکیبات مختلف گوگرد اکسید شده را دوباره به سولفید ، غالباً به سولفید هیدروژن تبدیل می کنند. آنها می توانند روی سایر ترکیبات گوگردی که تا حدودی اکسید شده اند (به عنوان مثال تیوسولفات ها ، تیونات ها ، پلی سولفیدها ، سولفیت ها) رشد کنند. سولفید هیدروژن تولید شده توسط این باکتری ها مقداری از بوی گازهای روده ای (فلتوس) و محصولات تجزیه است.
گوگرد توسط ریشه گیاهان از خاک به عنوان سولفات جذب شده و به عنوان استر فسفات منتقل می شود. سولفات قبل از اینکه در سیستئین و سایر ترکیبات ارگانیسم گوگرد قرار گیرد از طریق سولفیت به سولفید تبدیل می شود. [81]
SO42− → SO32− → H2S → سیستئین → متیونین
موارد احتیاط
گوگرد عنصری مانند بسیاری از نمک های محلول سولفات مانند نمک های اپسوم غیر سمی است. نمکهای سولفات محلول جذب ضعیفی دارند و ملین هستند. هنگامی که به صورت تزریقی تزریق می شود ، آنها آزادانه توسط کلیه ها فیلتر می شوند و با سمیت بسیار کمی در مقادیر چند گرم از بین می روند.
وقتی گوگرد در هوا می سوزد ، دی اکسید گوگرد تولید می کند. در آب ، این گاز اسید گوگرد و سولفیت تولید می کند. سولفیت ها آنتی اکسیدان هایی هستند که از رشد باکتری های هوازی و یک ماده افزودنی مفید غذایی به مقدار کم جلوگیری می کنند. در غلظت های بالا این اسیدها به ریه ها ، چشم ها یا سایر بافت ها آسیب می رسانند. در موجودات فاقد ریه مانند حشرات یا گیاهان ، سولفیت با غلظت بالا از تنفس جلوگیری می کند.
تری اکسید گوگرد (ساخته شده توسط آنالیز از دی اکسید گوگرد) و اسید سولفوریک به طور مشابه در حضور آب بسیار اسیدی و خورنده هستند. اسید سولفوریک یک ماده خشک کننده قوی است که می تواند مولکول های آب موجود و اجزای آب را از قند و بافت آلی سلب کند. [84]
سوزاندن ذغال سنگ و / یا نفت توسط صنایع و نیروگاه های برق دی اکسید گوگرد (SO2) تولید می کند که با آب و اکسیژن جوی واکنش می دهد و اسید سولفوریک (H2SO4) و اسید سولفوری (H2SO3) تولید می کند. این اسیدها از اجزای باران اسیدی هستند ، که باعث کاهش pH خاک و آبهای شیرین می شوند و در برخی مواقع به محیط زیست آسیب می رسانند و باعث هوازدگی شیمیایی مجسمه ها و سازه ها می شوند. استانداردهای سوخت به طور فزاینده ای نیاز دارد که تولید کنندگان سوخت گوگرد را از سوخت های فسیلی استخراج کنند تا از تشکیل باران اسیدی جلوگیری کند. این گوگرد استخراج شده و تصفیه شده نمایانگر بخش عمده ای از تولید گوگرد است. در نیروگاه های با زغال سنگ ، گازهای دودکش گاهی تصفیه می شوند. نیروگاه های مدرن تری که از گاز سنتز استفاده می کنند قبل از سوزاندن گاز گوگرد را استخراج می کنند.
سولفید هیدروژن به اندازه سیانید هیدروژن سمی است ، [نیاز به شفاف سازی] و با همان مکانیزم از بین می برد (مهار آنزیم تنفسی سیتوکروم اکسیداز) [85] ، اگرچه سولفید هیدروژن به دلیل غیرقابل قبول بودن احتمال کمتری باعث مسمومیت های غافلگیرکننده می شود بو سولفید هیدروژن به سرعت حس بویایی را از بین می برد و قربانی ممکن است بدون توجه به افزایش مقدار آن نفس بکشد تا زمانی که علائم شدید باعث مرگ شود. نمک های سولفید محلول و هیدروسولفید محلول با همان مکانیسم سمی هستند.
- ۹۹/۰۷/۰۲