こんにちは、東大合格請負人の時田です。
2019年度 慶應義塾大学 薬学部の化学解説です。
[１(I)] 今回のテーマは「単体の硫黄の分類」
硫黄の分類について出題されたので、その解説をします。
単体の硫黄には、
①斜方硫黄
②単斜硫黄
③ゴム状硫黄
この３種類があります。それぞれの項目についてみていきましょう。
[色と外観の違い]
①斜方硫黄･･･黄色で、八面体の結晶
②単斜硫黄･･･黄色で、針状結晶
③ゴム状硫黄･･･暗褐色で、無定形の固体
[分子の形の違い]
①斜方硫黄･･･環状分子S8
②単斜硫黄･･･環状分子S8
③ゴム状硫黄･･･長鎖状分子Sx
[融点と密度の違い]
①斜方硫黄･･･112.8℃、2.07g/㎤
②単斜硫黄･･･119.3℃、1.96g/㎤
③ゴム状硫黄･･･不定、1.92g/㎤
※単斜硫黄はS8分子の環平面が交互に上下逆向きになって
重なってできているので、斜方硫黄よりもやや密度が小さい。
高温型の単斜硫黄では、S8分子の熱運動が激しくなり、
１分子あたりの占める空間の体積が、斜方硫黄に比べて
少し大きくなっているためである。
[温度による安定性の違い]
①斜方硫黄･･･常温～95.3℃で安定
②単斜硫黄･･･95.3～119℃で安定
③ゴム状硫黄･･･不定
※単斜硫黄は常温で放置すると、しだいに表面から斜方硫黄へと
変化していく。
[二硫化炭素CS2の溶解性]
①斜方硫黄･･･溶ける
②単斜硫黄･･･溶ける
③ゴム状硫黄･･･溶けない
[製法の違い]
①斜方硫黄
→粉末状の硫黄を二硫化炭素に溶かして放置すると、
斜方硫黄の結晶が析出する。
②単斜硫黄
→粉末状の硫黄をゆっくり加熱して得た融解液を
四つ折りにしたろ紙に注ぐ。そこから冷やして、表面が
固まり始めたタイミングで、ろ紙を開くと単斜硫黄が得られる。
③ゴム状硫黄
→硫黄の融解熱を加熱すると、初めは粘性の小さい黄色の液体で
あるけれど、徐々に赤褐色から褐色へと変化し、160℃で
最も粘性が大きくなる。さらに加熱して、再び粘性が小さくなり、
流動性が高まり、沸点の445℃に達する前(250℃程度で十分)に
水中へ流し込んで 急冷すると、暗褐色で弾性があるゴム状硫黄が
得られる。
※斜方硫黄を熱した場合、単斜硫黄への転移速度が
極端に小さいので、単斜硫黄に相転移することなく、
斜方硫黄のまま112.8℃で融解する。しかし、119.3℃以上の
融解液を空気中で放冷すると単斜硫黄の結晶が得られる。
[難関大への重要用語]
相転移：固体同士で結晶構造が変化する現象のこと
硫黄華：硫黄の蒸気を急冷して得られる黄色粉末のこと。
天然では、硫黄泉の噴出口に見られる。
続きは、次回
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