硫化物

硫化物
	系統名; Sulfide(2−) (additive), recommended name; Sulfanediide (substitutive), not common, rarely used, sometimes generated by automated nomenclature software in organic chemistry
識別
CAS號	18496-25-8
PubChem	29109
ChemSpider	27079
SMILES	[S-2];
ChEBI	15138
性質
化學式	S
摩爾質量	32.07 g·mol−1
相關物質
其他陰離子	氧化物; 硒化物; 碲化物
	若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

無機化學中，硫化物指電正性較強的金屬或非金屬與硫形成的一類化合物。大多數金屬硫化物都可看作氫硫酸的鹽。由於氫硫酸是二元弱酸，因此硫化物可分為酸式鹽（HS⁻，氫硫化物）、正鹽（S²⁻）和多硫化物（S_n²⁻）三類。

有機化學中，硫化物（英文：Sulfide）指含有二價硫的有機化合物。根據具體情況的不同，有機硫化物可包括：硫醚（R-S-R）、硫酚/硫醇（Ar/R-SH）、硫醛（R-CSH）、硫代羧酸（S取代羧基中的一個或兩個O，如R-CO-SH、R-CS-OH、R-CS-SH）和二硫化物（R-S-S-R）等。參見有機硫化合物。

合成

無機硫化物通常可通過以下方法合成：

單質直接化合，例如：

C + 2S -^1123~1223K→ CS₂

硫酸鹽或高價硫化物的還原，例如：

Na₂SO₄ + 4C -^1373K→ Na₂S + 4CO

In₂S₃ + 2H₂ → In₂S + 2H₂S

溶液中或高溫的複分解反應，例如：

FeCl₂ + H₂S → FeS↓ + 2HCl

3SiO₂ + 2Al₂S₃ -^1373K→ 3SiS₂ + 2Al₂O₃

以硫代酸鹽為原料製取，例如：

(NH₄)₂MoO₄ + 4(NH₄)₂S + 4H₂O → (NH₄)₂[MoS₄] + 8NH₃.H₂O

(NH₄)₂[MoS₄] + 2HCl —^Δ→ MoS₃ + H₂S + 2NH₄Cl

高價硫化物加熱分解，例如：

MoS₃ -^△→ MoS₂ + S

物理性質

Al₂S₃	黃	GeS	灰黑	P₄S₅	亮黃	CdS	黃
Ga₂S₃	黃	SnS₂	黃	P₄S₁₀	黃	HgS	紅/黑
In₂S₃	黃/紅	SnS	棕黑	As₄S₄	紅	MnS	綠/肉
InS	酒紅	PbS	黑	As₄S₆	黃	MoS₃	紅棕
Tl₂S₃	藍黑			As₄S₁₀	淡黃	RuS₂	灰藍
Tl₂S	黑			Sb₂S₃	橙紅	FeS₂	黃
				Bi₂S₃	棕黑

硫化物大多含有鮮艷的顏色，見右表。^[2] 除此之外，MoS₂、Re₂S₇、FeS、CoS₂、NiS、PtS₂、Cu₂S、CuS和Ag₂S等過渡金屬硫化物都是黑色的。

金屬的酸式硫化物都可溶於水，但正鹽中只有鹼金屬硫化物和硫化銨可溶。一般地講，金屬硫化物的溶解度可通過陽離子極化力（離子電荷數/離子半徑，Z²/r）的大小來預測。陽離子極化能力的增強，將導致化合物共價性的增加，極性減小，因而溶解度也降低。

化學性質

水解

金屬硫化物在水中都會發生不同程度的水解：

S²⁻ + H₂O → HS⁻ + OH⁻

HS⁻ + H₂O ⇌ H₂S + OH⁻

H₂S的pKa分別約為：pK_a1 = 6.89 和 pK_a2 = 19±2，^[3] 因此金屬硫化物溶液會呈不同程度的鹼性，而鹼金屬的硫化物溶液的鹼性更是可以與相應的氫氧化物匹敵。

S²⁻不能在水中存在，也無法在超高濃度的CsOH溶液中存在。^[4]

灼燒

灼燒硫化物礦物時可能發生兩種反應：^[5]

硫化物轉化為相應的氧化物，硫則轉化為二氧化硫。例如由方鉛礦製取鉛時有一步為：

2PbS + 3O₂ → 2PbO + 2SO₂

硫化物被氧化為相應的可溶硫酸鹽。

以上兩步都是冶煉金屬時，轉化硫化物礦石的重要方法。

氧化

硫化物中-2價的硫具有還原性，視條件不同可被氧化為硫、亞硫酸鹽和硫酸鹽等。

S + 2e⁻ = S²⁻; -0.407V^[6]

酸鹼性

硫化物和相應的氧化物類似，其酸鹼性隨周期和族的變化也和氧化物的類似，但硫化物的鹼性不如氧化物強。

^[7]
H₂S	NaHS	Na₂S	As₂S₃	As₂S₅	Na₂S₂
H₂O	NaOH	Na₂O	As₂O₃	As₂O₅	Na₂O₂
	鹼性	鹼性	兩性	酸性	鹼性

同周期元素最高氧化態硫化物從左到右酸性增強；同族元素相同氧化態的硫化物從上到下酸性減弱；同種元素的硫化物中，高氧化態的硫化物酸性更強。因此As₂S₅酸性強於Sb₂S₅，而Sb₂S₅的酸性則要強於SnS₂和Sb₂S₃。

多硫化物

多硫化物是含有多硫離子S_n²⁻的化合物，n=2,3,4,5,6,...,9。多硫化物可由硫在硫化物溶液中煮沸製得，其溶液一般都為黃色，且顏色隨n值的增加而加深。

多硫離子類似於過氧化物，具有氧化性，但不及過氧離子氧化性強：

S₂²⁻ + 2e⁻ = 2S²⁻; E^o = -0.476V

HO₂⁻ + H₂O + 2e⁻ = 3OH⁻; E^o = 0.87V

多硫化物酸化時即放出硫化氫和硫：

S_n²⁻ + 2H⁺ → H₂S + (n-1)S

多硫離子還可作配體。例如Na₂S_n作用於(η⁵-C₅H₅)₂TiCl₂時，會生成含有TiS₅環的配位化合物。

分析

點滴法^[2]: 點滴法是鑑定S²⁻和HS⁻離子的靈敏方法，其步驟為：在點滴板上混合可溶硫化物的鹼性溶液和1%的硝普酸鈉Na₂[Fe(CN)₅NO]（亞硝基鐵氰化鈉）溶液，若試樣中存在S²⁻離子則會出現不同深度的紅紫色，靈敏度1：50000。其機理可能是[Fe(CN)₅(NO)S]⁴⁻離子的生成。; 除此之外，向點滴板中加入試液、濃鹽酸、幾顆對氨基二甲基苯胺晶體和0.1mol/L氯化鐵溶液，若在2~3分鐘後出現藍色，也可證明硫離子的存在。機理是生成了藍色的亞甲基藍。

應用

在分析化學中的應用

硫化氫系統是傳統且較廣泛的分析陽離子的方法，主要依據各離子硫化物溶解度的顯著差異，將常見的陽離子分成五組。

簡化的硫化氫系統分組方案^[8]
組試劑	HCl	0.3 mol/L HCl, H₂S 或 0.2~0.6 mol/L HCl TAA，加熱		NH₃ + NH₄Cl (NH₄)₂S 或 TAA，加熱	/
組的名稱	I組銀組鹽酸組	II組銅錫組硫化氫組		III組鐵組硫化銨組	IV組鈣鈉組可溶組
組內離子	Ag⁺ Hg₂²⁺ Pb²⁺	II A Pb²⁺ Bi³⁺ Cu²⁺ Cd²⁺	II B Hg²⁺ As（III，V） Sb（III，V） Sn（II，IV）	Al³⁺ Mn²⁺ Cr³⁺ Zn²⁺ Fe³⁺ Co²⁺ Fe²⁺ Ni²⁺	Ba²⁺ K⁺ Ca²⁺ Na⁺ Mg²⁺ NH₄⁺

由於H₂S氣體毒性大，且儲存不便，故一般多以硫代乙酰胺（CH₃CSNH₂，TAA）水溶液作沉澱劑。

在酸性溶液中TAA水解產生H₂S，可替代H₂S：

CH₃CSNH₂ + H⁺ + 2H₂O ⇌ CH₃COOH + NH₄⁺ + H₂S↑

在氨性溶液中水解生成HS⁻，可替代(NH₄)₂S：

CH₃CSNH₂ + 2NH₃ ⇌ CH₃-C(-NH₂)=NH + NH₄⁺ + HS⁻

在鹼性溶液中水解生成S²⁻，可替代Na₂S：

CH₃CSNH₂ + 3OH⁻ ⇌ CH₃COO⁻ + NH₃ + H₂O + S²⁻

硫化物的其他應用還有：

二硫化鉬是有機合成中的催化劑。由於含硫有機化合物（如噻吩）會使普通氫化催化劑中毒，因此二硫化鉬可用於催化含硫有機物質的加氫反應。
硫化鎘可用於製作光電池。
硫化鉛被用於製作紅外感應器。
多硫化鈣、多硫化鋇和多硫化銨是殺菌劑和殺蟲劑。
二硫化碳在工業上被用作溶劑。此外，二硫化碳也被用來製取四氯化碳，有機化學中則用二硫化碳來插入-C(=S)-S-基團。
硫化鋅和硫化鎘被用來製造熒光粉，高純度的硫化鎘是良好的半導體。
三硫化四磷用於制火柴和煙火。
十硫化四磷用於制殺蟲劑、潤滑油添加劑和浮選劑。
硫化鈉被大量用於硫化染料的製造、有機藥物和紙漿的生產等。
硫化鈣和硫化鋇被用來製造發光漆。

另外，有色金屬硫化物的互熔體也被稱為鋶，是銅、鎳等冶煉過程中的中間產品。鋶中含有貴重金屬。

參見

有機硫化合物

參考資料

^ ^1.0 ^1.1 sulfide(2−) (CHEBI:15138). Chemical Entities of Biological Interest (ChEBI). UK: European Bioinformatics Institute. [2020-09-22]. （原始內容存檔於2021-04-18）.
^ ^2.0 ^2.1 張青蓮等。《無機化學叢書》第五卷。北京：科學出版社。
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^ Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements, 2nd Edition, Oxford:Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.
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^ 宋天佑，徐家寧，程功臻編。《無機化學》下冊。北京：高等教育出版社，2006年。ISBN 7-04-015582-6
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[sulfide(2-)_(CHEBI:15138)-1] 1.0 ^1.1 sulfide(2−) (CHEBI:15138). Chemical Entities of Biological Interest (ChEBI). UK: European Bioinformatics Institute. [2020-09-22]. （原始內容存檔於2021-04-18）.

[无机-2] 2.0 ^2.1 張青蓮等。《無機化學叢書》第五卷。北京：科學出版社。

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[6] J.A.迪安。《蘭氏化學手冊》第二版。北京：科學出版社，2003年。ISBN 7-03-010409-9

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閱論編元素化合物專題
鹼金屬鹼土金屬	鋰化合物鈉化合物鉀化合物（哈薩克語：Калий қосылыстары）銣化合物銫化合物鹼化物鹼金屬鹵化物鈹化合物鎂化合物低價鎂化合物鈣化合物（哈薩克語：Кальций қосылыстары）鍶化合物鋇化合物（哈薩克語：Барий қосылыстары）鐳化合物（英語：Radium compounds）鹼土金屬鹵化物
硼族元素	硼化合物（英語：Boron compounds）硼酸鹽氟硼酸鹽硼烷硼氫化物鋁化合物（英語：Aluminium compounds）（一價鋁化合物（英語：Aluminium(I)_compounds））鋁化物鋁酸鹽鎵化合物（英語：Gallium compounds）銦化合物鉈化合物
碳族元素	碳化合物碳化物碳酸鹽硫代碳酸鹽氰化物氰酸鹽矽化合物（哈薩克語：Кремний қосылыстары）（二元矽化合物（英語：Binary compounds of silicon））矽化物矽酸鹽氟矽酸鹽鍺化合物鍺酸鹽亞鍺配合物（英語：Germanium(II) dicationic complexes）錫化合物錫化物亞錫酸鹽（英語：stannite (ion)）錫酸鹽鉛化合物鉛化物亞鉛酸鹽鉛酸鹽
氮族元素	氮化合物氮化物疊氮化物亞硝酸鹽硝酸鹽銨鹽（季銨鹽 · 四甲基銨鹽 · 四乙基銨鹽 · 四丙基銨鹽 · 四丁基銨鹽（英語：tetrabutylammonium））𨥙鹽磷化合物磷化物磷酸鹽焦磷酸鹽六氟磷酸鹽鏻鹽砷化合物砷化物亞砷酸鹽砷酸鹽六氟砷酸鹽（英語：Hexafluoroarsenate）銻化合物銻化物六氟銻酸鹽鉍化合物（英語：Bismuth compounds）多鉍陽離子（英語：Bismuth polycations）
氧族元素	氧化合物（英語：Compounds of oxygen）氧化物氫氧化物過氧化物超氧化物臭氧化物二氧基鹽硫化合物硫化物二硫化物多硫化物硫氰酸鹽亞硫酸鹽硫代硫酸鹽硫酸鹽焦硫酸鹽過硫酸鹽三甲基氧化鋶鹽（英語：Trimethylsulfoxonium）硒化合物硒化物硒氰酸鹽亞硒酸鹽硒酸鹽碲化合物（英語：Tellurium compounds）碲化物碲氰酸鹽亞碲酸鹽碲酸鹽釙化合物釙化物硫屬化物硫屬化氫硫屬化銦（英語：Indium chalcogenides）
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銅族、鋅族元素	銅化合物銅酸鹽銅(III)酸鹽銅(IV)酸鹽銀化合物（英語：Silver compounds）金化合物鋅化合物鎘化合物汞化合物（西班牙語：Compuestos de mercurio）亞汞化合物

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