גופרית

גופרית (בלטינית: Sulfur או Sulphur) היא יסוד כימי שסמלו הכימי S ומספרו האטומי 16. האלוטרופ הנפוץ של הגופרית הוא מולקולה טבעתית המורכבת משמונה אטומי גופרית, והיא מסומלת כ-S₈. אלוטרופים פחות נפוצים או יציבים הם למשל טבעות של ${\ce {S6}}$, ${\ce {S7}}$ או הפולימר ${\ce {(-S-S-)n}}$

גופרית

כלור - גופרית - זרחן
O S Se       16 S                                                                                                                                                                                                                                                                                           הטבלה המחזורית
נתונים בסיסיים
מספר אטומי	16
סמל כימי	S
סדרה כימית	אל-מתכת
מראה
צהבהב
תכונות אטומיות
משקל אטומי	32.065 u
רדיוס ואן דר ואלס	180 pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה	2, 8, 6
קונפיגורציה אלקטרונית	[Ne] 3s² 3p⁴
דרגות חמצון	−2, 3, 4, 5, 2, −1, 1, 6
תכונות פיזיקליות
צפיפות	1,960 kg/m3
מצב צבירה בטמפ' החדר	מוצק
נקודת רתיחה	717.87K (444.72°C)
נקודת התכה	388.36K (115.21°C)
לחץ אדים	2.65E-20Pa ב-388K
שונות
אלקטרושליליות	2.58
קיבול חום סגולי	710 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית	5.0 $\ 10^{6}$/m·Ω
מוליכות חום	0.269 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה	999.6 kJ/mol
היסטוריה
מגלה	אנטואן לבואזיה
תאריך גילוי	1777

הגופרית היא מינרל חיוני בכל היצורים החיים.

תכונות

גופרית היא אל-מתכת, מוצקה בטמפרטורת החדר וצבעה צהבהב. נקודת ההיתוך שלה היא 115.21 מעלות צלזיוס ונקודת רתיחתה – 444.72 מעלות צלזיוס.

כאשר מחממים גופרית מותכת (גופרית אורתורומבית, גופרית מונוקלינית, נוזל חיוור-צהבהב) מעבר להיתוכה, מתקבל פולימר הבנוי משרשרת אטומי גופרית מקושרים בקשר קוולנטי. מכיוון שמדובר בשרשראות רבות המתערבבות זו בזו נעשית גופרית זו לדביקה, ובזכות האטומים הלא-נורמליים שבקצות השרשרת (שכן הם מחוברים לאטום גופרית אחר רק בצידם האחד), היא מקבלת גוון אדום-כהה. קירור מהיר של נוזל זה יוצר נוזל פלסטי הדומה לגומי. מתיחת הגוף מסדרת את השרשראות הפולימריות זו במקביל לזו עד לגיבוש גופרית סיבית.

צורה בטבע

גופרית

גופרית בצורתה החופשית ניתן למצוא במעיינות חמים ואזורים געשיים במקומות רבים בעולם, במיוחד לאורך "טבעת האש" של האוקיינוס השקט. מרבץ משמעותי אחר של מלחי גופרית נמצא לאורך מפרץ מקסיקו. גופרית נמצאת במקומות נוספים בסלעי משקע, למשל במזרח אירופה ובמערב אסיה. מקור גופרית זו הוא בפעולה של חיידק אנארובי שחי על מינרלי גופרית, במיוחד גבס. מרבצים אלו הם המקור העיקרי של גופרית לארצות כמו ארצות הברית, פולין, רוסיה, טורקמניסטן ואוקראינה.

תרכובות גופרית טבעיות כוללות סולפידים מתכתיים, כמו פיריט (ברזל גופרי, FeS₂), צינובר (כספית גופרית, HgS), גלניט (עופרת גופרית, PbS), אבץ גופרי (ZnS), אנטימון גופרי (Sb₂S₃) ועוד. מימן גופרי (H₂S) הוא גז שאחראי על ריחן של ביצים סרוחות; הוא מופיע בפליטות וולקניות, הידרותרמיות וכתוצאה מפעולת חיידקים.

תפקיד ביולוגי

גופרית היא חומר חיוני לכל היצורים החיים: חומצות האמינו ציסטאין ומתיונין מכילות גופרית, ולפיכך כל הפוליפפטידים, החלבונים והאנזימים המכילים את חומצות האמינו הללו – מכילים אותה. ל"גשרי גופרית" (קשרים דיסולפידיים בין שיירי ציסטאין) חשיבות רבה בעיצוב התלת-ממדי של חלבונים ובייצובם. כמה סוגי חיידקים משתמשים במימן גופרתי (H₂S) במקום מים בתור תורם פרוטונים בתהליך פרימיטיבי שמזכיר את הפוטוסינתזה. בנוסף אחד הסוגים של הם, הם c, מכיל שני אטומים של גופרית.

גופרית נקלטת על ידי צמחים מהאדמה בצורת יוני גופרה (סולפט, SO₄^2-). ראו גם: מחזור הגופרית.

תרכובות ושמות

גביש גופרית

בכימיה, ובמיוחד בכימיה אורגנית, משמשות שתי קידומות לציון גופרית:

• סוּלְפָה - דוגמאות:
  • הקבוצה הפונקציונלית סולפהידריל, אטום גופרית הקשור לאטום מימן, ${\ce {-SH}}$
  • סוּלפיד, תרכובת גופרית פשוטה (למשל: מימן גופרי (סולפידי), ${\ce {H2S}}$)
  • סוּלפָט (בעברית: גופרה), מלח או אסטר של חומצה גופרתית (למשל המלח סידן גופרתי (סולפטי), ${\ce {CaSO4}}$) או האסטר טרימתיל-סולפט ${\ce {CH3SO4CH3}}$
  • סוּלפיט (בעברית: גופריתי), מלח של חומצה גופריתית (למשל: סידן גופריתי (סולפיטי), ${\ce {CaSO3}}$)
  • סולפוניום, תרכובת אורגנית המכילה אטום גופרית חיובי ושלוש קבוצות אלקיל (למשל: טרימתילסולפוניום יודי, CH₃)₃S⁺ I⁻))
  • סולפונט, מלח של חומצה סולפונית; תרכובת המכילה את היון HSO₃^-.
• תִיוֹ - דוגמאות:
  • תיול

היסטוריה

כריית גופרית מסורתית בהר הגעש איג'ן, מזרח ג'אווה, אינדונזיה. הקיטור הוא למעשה אדי מימן גופרי וגופרית דו-חמצנית, והצינורות שעליהם הכורים עומדים מרכזים ומעבים את האדים. ניתן לראות בתמונה את התנאים המסוכנים והקשים של הכריה, הכוללים שהייה בעשן רעיל והיעדר ציוד מגן.

גופרית (בלועזית: Sulfur, כנראה משורש הודו-אירופי קדום שמשמעותו "לבעור") ידועה מימי קדם ואף מוזכרת בספר בראשית בהקשר של מהפכת סדום ועמורה.

הומרוס (מחבר האיליאדה והאודיסיאה) הזכיר בכתביו "גופרית מזיקה לצמחים".

התוספתא ושני התלמודים מספרים על שימושים ביתיים ותעשייתיים שונים שהיו לגופרית בימיהם, ואף על אופן כרייתה, ומעמיקים בסיבת ריחה החריף.

הרופא הירושלמי אלתמימי בן המאה העשירית מתאר מסחר בגופרית מים המלח בארץ ישראל.

במאה ה-12 הסינים המציאו את אבק השרפה, שהוא תערובת של אשלגן חנקתי (KNO₃), פחמן וגופרית. אלכימאים נתנו לגופרית סימול מיוחד – צלב שבראשו משולש.

ב-1770 אנטואן לבואזיה שכנע את הקהילה המדעית שגופרית היא יסוד ולא תרכובת.

ב-1867 התגלתה גופרית במרבץ תת-קרקעי בלואיזיאנה.

בימי השלטון הבריטי בארץ ישראל

ערך מורחב – מחצבות הגופרית בארי

בשנת 1930 קיבל האנגלי ל.ל. ויליאמס רישיון לניצול הגופרית מדרום-מזרח לעזה. הוא יסד חברה אנגלית-ערבית בשם "החברה הארצישראלית למכרות גפרית בע"מ" (Palestine Sulphur Quarrie). עד שנת 1936 הגיעה התפוקה ל-5,767 טונה. בשנת 1938 ירדה התפוקה ל-1,225 טונה. עומק המכרות הגיע ל-20 מטר וריכוז הגופרית הגיע ל-98%. הגופרית נשלחה לשוקי מצרים, טורקיה, יוון ו-הודו. מקצתה נמכרה גם בארץ-ישראל ובסוריה. המחירים היו 20–40 לירה ארץ ישראלית לטונה. בימי מלחמת העולם השנייה חלה ירידה בתפוקה עד כדי השבתת המכרות. עם הגופרית במכרות נמצאה גם כמות קטנה של אלום.

שימושים

לגופרית שימושים תעשייתיים. התרכובת החשובה ביותר היא חומצה גופרתית (H₂SO₄) המכונה גם "סוס העבודה של התעשייה הכימית". חומצה גופרתית מופקת בארצות הברית בכמויות גדולות יותר מכל כימיקל אחר. לגופרית שימוש בייצור סוללות, דטרגנטים, גומי (הטיפול בגופרית נקרא גיפור), גפרורים, אבק שרפה, זיקוקים ודשני זרחן; היא משמשת כחומר משמר ביין, חומר קוטל פטריות, וחומר להלבנת נייר. לנתרן או אמוניום תיוסולפט שימוש בתור חומר מקבע בצילום. למלח אנגלי (מגנזיום גופרתי, MgSO₄·7H₂O) שימוש ברפואה בתור חומר משלשל וכתוסף דישון לצמחים.

סביבה

שריפת פחם ונפט על ידי מפעלי תעשייה ותחנות כוח משחררת כמויות עצומות של גופרית דו-חמצנית (SO₂). חומר זה מגיב עם החמצן והמים שבאטמוספירה ויוצר חומצה גופרתית. חומצה זו יוצרת גשם חומצי ולאחר מכן מורידה את רמת החומציות של האדמה ושל מקווי מים. בדרך כלל בדלק תקני הגופרית מזוקקת מדלק המאובנים על-מנת למנוע תופעה זו.

אמצעי זהירות

CS₂, H₂S ו-SO₂ מצריכים טיפול מיוחד. אף על פי שגופרית דו-חמצנית בטוחה לשימוש בשימור מזון בכמויות קטנות, בריכוז גבוה היא מגיבה עם לחות ויוצרת חומצה גופריתית שבזמן שאיפה יכולה לגרום לנזק לריאות, לעיניים ולרקמות אחרות.

מימן גופרי הוא רעיל ביותר (יותר מציאניד); תחילה הוא מקהה את חוש הריח (כך קורבנות פוטנציאליים אינם מודעים לנוכחותו) ולאחר מכן פוגע.

קישורים חיצוניים

• גופרית, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• WebElements.com – גופרית (באנגלית)
• גופרית, דף שער בספרייה הלאומית