硫燃燒的顔色

作者塗華民(河北師範大學化學與材料科學學院 石家莊 050024)

正交硫的熔點為386 K左右，燃點505.35 K，沸點為717.6 K左右。在加熱作用下液化、氣化，相對低溫的硫蒸氣中存在多種硫的同素異形體，不同硫分子呈現的顔色分别為：

S₂(g)藍紫色，S₃(g)腥紅色，S₄(g)無色，S₆(g)紅棕色或橙紅色，S₇黃色，S₈(g)橙色或黃色，S₉正黃色，S₁₀淡黃綠色，S₁₂淡黃色，S₁₄黃色，S₁₈檸檬黃色，S₂₀淡黃色，S_x黃色。

在S₈、S₇、S₆……分子的基态穩定構型中，其分子鍊中最弱分子鍊首先被電子碰撞離解後，均可生成小于S₅的分子碎片。在繼續解離這些小于S₅的分子碎片過程中，所需離解能最大的過程是将S₂分子離解成2個硫原子的過程，其離解能為4.46eV；其次是S₃分子被離解成S₂分子和S原子的過程，其離解能為2.18 eV(568.7nm，黃綠)。

硫燃燒時的溫度超過了1073 K，因此燃燒的是硫蒸氣。把一種氣體加熱到一定高溫就可以導緻氣體的熱電離，由火焰産生離子就是一種化學電離。

由于在1073 K以上溫度時，S₂分子占硫蒸氣物質的量分數的92%以上，而S₂是一種極不穩定的分子，在低密度等離子體(主要為電子)的作用下，S₂從基态X³∑_g^- 激發到B₃Σ_u^-激發态，吸收譜帶位于300~600 nm的藍綠光波段。

S₂分子的電子光譜中除裡德伯帶系外，隻有1個強度足夠大的進行式帶系(從一個電子态的某一振動能級到另一個電子态所有的振動能級躍遷産生的所有譜帶)，S₂對可見光的吸收為草黃色或藍色。

硫在空氣和氧氣中燃燒

硫蒸氣中的次要成分為S₃ (>950 K)，也可能存在S₃分子在高溫下躍遷到激發态，然後離解為S₂分子的B₃Σ_u^-激發态和基态S原子。S₃(¹A₁)→S₂(X³∑_g^-) S(³P_g)，激發能1.92 eV，補色為藍綠色；三重态的第３激發能2.39 eV，補色為紫紅色。

考慮到S₂分子是在含硫的火焰或者在硫的電離過程中形成的，硫在空氣中燃燒，由于氧氣隻占21%左右，溫度不很高，燃燒也可能不十分完全，反應較為溫和，所以火焰顔色為淡藍色。

硫在氧氣中燃燒，反應劇烈，放出能量多，有利于S₂、S₃的激發、解離，況且大能量的電子也可以把它的動能傳遞給氧原子，使氧處于激發态。激發單線态的氧¹Δ_g比正常的三線态³∑_g^-高0.94 eV，¹∑_g^-比³∑_g^- 高1.63 eV，退激發時發射出淺綠色或深紅色的光：O e-*→ O* e-，O*→O 光。與此同時，在高溫條件下，SO₂ O → SO₃的反應放射強烈的紫外線，在低溫時則看不到由于SO₃生成引起的紫外線放射。以上多種因素的共同作用，導緻硫在氧氣中燃燒，火焰呈現明亮的藍紫色。

影響火焰顔色的因素很多，如物質本身的性質、氧氣是否充足、燃燒時溫度的高低等。衆所周知，燃燒是一個非常激烈的情況，火焰中有很多不穩定的物種存在，況且在很高的溫度下，部分物種可能劈裂為多種自由基，就是說火焰是混合了高溫氣體的固體小顆粒及等離子體狀态的物質，更加深入詳細的機理研究，有待原位分析技術或探針取樣技術的實質性突破等。

與硫的燃燒類似，甲烷、丙酮等不完全燃燒時火焰呈現黃色，在完全燃燒時火焰呈現藍色。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!