عنصر گوگرد یا سولفور که در جدول تناوبی عناصر شیمیایی با عدد اتمی شانزده مشخص می‌شود، یک نافلز زردرنگ است که پیدایش آن به عصر ماقبل تاریخ برمی‌گردد. بیشتر می‌توانید آن را به شکل بلورهای زرد که مزه و بو ندارند پیدا کنید. این عنصر مهم در ساختمان اسیدهای آمینه و پروتئین‌ها وجود دارد. در صنعت کشاورزی بسیار مفید می‌باشد و می‌توان برای از بین بردن کک‌ها استفاده نمود. به صورت اولیه در کودهای کشاورزی به کار می‌رود، همچنین در تهیه ملین‌ها، کبریت، باروت و حشره‌کش‌ها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
فهرست محتوا
پیدایش باستانی گوگرد
سولفور یا گوگرد که در کتاب مقدس یهودیان با نام بریم‌استون (Brimstone) ذکر شده است، یک عنصر باستانی با پیشینه چند قرن قبل از میلاد مسیح می‌باشد. قبایل بوتیر در چهارصد سال پیش از تولد مسیح، از گوگرد برای تخریب دیوارهای شهر استفاده می‌کردند. فرآورده این عنصر یعنی باروت در قرن دوازدهم میلادی در چین کشف شد. باروت یک مخلوط متشکل از کربن، گوگرد و نیترات پتاسیم است.
کیمیاگران قدیمی پی برده بودند که این عنصر قابلیت ترکیب با عنصر جیوه را دارد. در ابتدا فکر می‌کردند گوگرد یک ترکیب شیمیایی است تا این که در قرن هجدم میلادی، دانشمند مشهور، لاووازیه گوگرد را یک عنصر دانست. در قدیم برای اثبات گناهکاری یا بی‌گناهی متهم به او آب گوگرد می‌خوراندند و چنانچه وی، پس از خوردن زنده می‌ماند، تبرئه می‌شد! سولفور به معنای سوگند است و نشان از تأیید صحت حرف متهم دارد.
خواص فیزیکی و شیمیایی گوگرد
نافلز گوگرد سبک و نرم است. رنگ زرد کم‌رنگ دارد و در اثر سوختن با شعله آبی، بویی شبیه به بوی تخم‌مرغ فاسد ایجاد می‌کند. این عنصر قابلیت حل شدن در آب را ندارد. پلیمر نیترید گوگرد خواص فلزی دارد. با سردکردن سریع کریستال گوگرد، گوگرد غیرمتبلور یا همان پلاستیک به دست می‌آید. گوگرد در خواص الکتریکی و نوری کمی غیر متعارف عمل می‌کند.
گوگرد غیرمتبلور و نامنظم دارای یک ساختار پیچشی ستاره‌شکل است. کریستال گوگرد هم به شکل پایدار هشت وجهی و هم به شکل بلور مونو کلینیک حاصل می‌شود.
این نافلز دارای ظرفیت‌های دو، شش و هشت است. نقطه ذوب این عنصر، 388.36 کلوین و نقطه جوش آن برابر با 717.8 کلوین می‌باشد. گوگرد 25 ایزوتوپ مختلف دارد که تنها چهار تای آنها پایدار هستند. سولفات موجود در محیط جنگل‌ها از اتمسفر استخراج می‌شود. این نافلز دارای ترکیبات یونی متعددی می‌باشد.
از ترکیبات معدنی آن می‌توان به سولفید، سولفات، سولفیت و از ترکیبات آلی آن می‌توان به دی‌ایزوپزوپیل فلوئور فسفات، پاراتیون و مالاتیون اشاره کرد. گوگرد در ساختار پنی‌سیلین وجود دارد. حتی در تخم‌مرغ نیز سولفید هیدروژن موجود است که می‌تواند در آب حل شود و اسید تولید کند.
نقش زیستی گوگرد در بدن
گوگرد در حدود بیست و پنج صدم درصد از وزن بدن انسان، وجود دارد. همان‌طور که پیشتر نیز گفته شد، گوگرد در ساختار اسید آمینه به کار رفته است. از جمله این واحدهای پروتئینی و زیستی می‌توان سیستئین، متیونین، هوموسیستئین و تائورین را نام برد. این عنصر در ساختمان برخی آنزیم‌ها نیز وجو دارد. کراتین موجود در مو و ناخن‌ها، حاوی عنصر گوگرد است. بوی بد موجود در دهان نیز، منشآ گوگردی دارد.
چرخه گوگرد در طبیعت
سرگیی وینوگرادسکی در قرن نوزدهم میلادی کشف کرد باکتری بگیوتوآ می‌تواند از سولفید هیدروژن انرژی جذب کند و این اسید را اکسید نماید. او چرخه حاصل از متابولیسم اکسید شدن را اینورگکسیدیشن نامید و پژوهش‌های زیادی در این رابطه انجام داد. سولفید هیدروژن در آب سبب فرآیند شیمیایی سنتز می‌شود و در نهایت شکر حاصل می‌گردد. در اعماق اقیانوس‌ها باکتری‌هایی وجود دارند که در نزدیکی منافذ هیدروترمال به اکسید سولفید هیدروژن می‌پردازند.
ارگانیسمی مثل کرم حلقوی از سولفید هیدروژن به عنوان غذا بهره‌مند می‌شود. باکتری‌های کاهنده سولفات قادرند تا بر روی گوگردهای اکسید شده نظیر سولفیت‌ها، تیونات، تیوسولفات و پلی‌سولفیدها رشد نمایند. در اثر سنتز سولفید هیدروژن توسط این باکتری‌ها نفخ شکمی حاصل می‌شود. گوگرد به شکل سولفات توسط ریشه خاکی گیاهان جذب می‌شود. سولفات کاهیده می‌شود و به سولفید تبدیل می‌شود. سپس در ساختار پروتئینی و ترکیبات آلی گوگرددار قرار می‌گیرد.
گوگرد در کانی های طبیعی
در طبیعت می‌توانید گوگرد را به شکل خالص و یا در ترکیبات سولفاتی و سولفیدی مشاهده کرد. بلورهای گوگرد به شکل اکتاهدرال یا رومبیک، مونوکلینیک یا منشوری، پلاستیک و کلوئید وجود دارند. گوگرد را می‌توانید در کانی‌هایی مثل کوولیت، مارکاسیت، کالکوزیت، انیدریت، کالکوپیریت، اسفالریت، پیروتیت، بورنیت، پیریت و ژیپس بیابید.
منابع طبیعی گوگرد
ترکیبات معدنی گوگرد در کانسارهای آزاد آن وجود دارند. این کانسارها بر اساس خاستگاهشان طبقه‌بندی می‌شوند. دسته اول که به طور عموم رسوبی هستند و باکتری در پیدایش آنها نقش اصلی داشته است. آن‌هایی که در آتش‌فشان‌ها، اجرام آسمانی و کنار چشمه‌های جوشان دیده می‌شوند. کانسارهایی که در اثر اکسیداسیون و احیا مابین شکاف سنگ‌ها و کاوک‌ها پدید می‌آیند. کانسارهایی که در اثر فشار بالا و حرارت زیاد به دلیل واکنش انیدریت و هیدروکربن‌ها ایجاد می‌گردند.
گوگرد در نفت و گاز طبیعی
می‌توانیم مهم‌ترین ذخیره‌های گوگرد را در منابع گازی و نفتی مشاهده کنیم. در منابع استخراج شده گاز طبیعی با سولفید هیدروژن یا همان گاز ترش سروکار داریم. یکی از مواد بازیابی شده، گوگرد آزاد است. در نفت خام نیز می‌توان ترکیبات حاوی گوگرد را به دست آورد. این ترکیبات ممکن است موجب خسارت و آسیب تجهیزات در بخش توزیع شوند. زیرا گوگرد موجود در مواد نفتی دارای قابلیت خورندگی است. در کمپلکس آلی مانند ماسه‌های نفت و قیر نیز گوگرد پیدا می‌شود. این در نتیجه پالایش محصول به دست می‌آید.
در هنگام سوختن دی‌اکسید برای مثال در شیل نفتی و زغال سنگ به مقدار بسیار کمی گوگرد حاصل می‌شود. طبق استانداردهای سوخت برای استخراج سوخت‌های فسیلی به گوگرد در حجم زیادی نیاز است. از طرفی، امکان ترکیب دی‌اکسید گوگرد و قطرات آب وجود دارد و این امر موجب پیدایش باران اسیدی می‌شود. در آب اقیانوس‌ها نیز با گوگرد مواجه هستیم که به شکل سولفات محلول در ترکیبات منیزمی، کلسیم و پتاسیم وجود دارد.
ذخایر گوگرد در ایران و جهان
بیشترین ذخایر گوگرد دنیا در کشورهای آمریکا، کانادا، چین، اسپانیا و هلند وجود دارد. ایران نیز دارای کانسارهای گوگردی است. بیشترین کانسارهای گوگردی کشور به شکل ترکیبی در منابع نفتی و گاز ترش وجود دارد. از این منابع ارزشمند، مقادیر زیادی گوگرد حاصل می‌شود و بخشی نیز به عنوان صادرات کشور کاربرد دارد.
کانسارهای دگرگونی موجود ایران، در سمت غربی بندر لنگه با نام بستانه، شمال غرب بندر خمیر با نام کنسار خمیر، قسمت غربی جزیره قشم با نام کانسار دستکده، غرب بندرعباس کانسار لاتیدان، جنوب شرق سمنان کانسار دلازیان هستند. در میان کانسارهای گوگرد ایران که در حدود پنجاه واحد است، تنها دلازیان در سمنان از نظر کشاورزی، دارای خلوص و ارگانیک می‌باشد.
گوگرد و نقش آن در حیات گیاهان
گیاهان از نظر غذایی به گوگرد نیازمندند. این عنصر مهم در رشد و نمو آنها نیز نقشی حیاتی دارد و همان طوری که گفته شد در متابولیسم نیتروژن گیاهی نیز موثر است. در فتوسنتز و تشکیل کلوفیل نقش دارد. برای سنتز دانه‌های روغنی مثل کلزا به گوگرد نیاز داریم. گوگرد کمک می‌کند تا آنزیم‌های فعال شده به واکنش‌های شیمیایی بیولوژیکی گیاهان منجر شود.
گوگرد به کیفیت فرآورده‌های کشاورزی مانند تنباکو، غلات، افزایش پروتئین در روغن بذر و یونجه می‌شود. علاوه بر این، سبب می‌شود تا گیاهان نسبت به خشکی، سرما و فلزات سنگین تحمل بیشتری داشته باشند. گیاهان گوگرد را به شکل یون سولفات از خاک می‌گیرند. البته، دی اکسید گوگرد نیز به طور محدود توسط برگ‌ها جذب می‌شود.
نقش بیولوژیکی گوگرد
گوگرد یکی از عناصر حیاتی است که نقش‌های بیولوژیکی متعدد و مهمی در ارگانیسم‌های زنده دارد. این نقش‌ها را می‌توان در چندین بخش مختلف دسته‌بندی کرد:
- تشکیل آمینواسیدها و پروتئین‌ها: گوگرد یکی از اجزای ساختاری آمینواسیدهای سیستئین و متیونین است. این آمینواسیدها به نوبه خود در ساخت پروتئین‌ها، که مولکول‌های حیاتی برای بقا و عملکرد سلولی هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- کوآنزیم‌ها و ویتامین‌ها: برخی از کوآنزیم‌ها و ویتامین‌ها، مانند بیوتین (ویتامین B7) و تیامین (ویتامین B1)، شامل گوگرد هستند. این ترکیبات در واکنش‌های متابولیکی کلیدی، از جمله سنتز اسیدهای چرب و متابولیسم کربوهیدرات‌ها، نقش دارند.
- متابولیسم و چرخه گوگرد: گوگرد در چرخه‌های متابولیکی متعددی نقش دارد که شامل سنتز و تجزیه ترکیبات گوگرددار مانند گلوتاتیون می‌شود. گلوتاتیون یک آنتی‌اکسیدان قوی است که در محافظت از سلول‌ها در برابر استرس اکسیداتیو نقش دارد.
- سیستم دفاعی گیاهان: در گیاهان، ترکیبات گوگرددار مانند گلوکوزینولات‌ها و آلیسین، نقش مهمی در دفاع در برابر آفات و بیماری‌ها دارند.
- دتوکسیفیکاسیون: گوگرد در فرایندهای دتوکسیفیکاسیون موجودات زنده مشارکت دارد، به ویژه در کبد، که به حذف سموم و مواد مضر از بدن کمک می‌کند.
- تنظیم اسیدیته و PH بدن: یون‌های گوگرددار در تنظیم pH بدن و محیط‌های بیولوژیکی نقش دارند، که برای عملکرد صحیح سلول‌ها و آنزیم‌ها ضروری است.
این تنها برخی از نقش‌های کلیدی گوگرد در سیستم‌های بیولوژیکی است. گوگرد، به عنوان یک عنصر حیاتی، اهمیت فوق‌العاده‌ای در حفظ سلامت و عملکرد ارگانیسم‌ها دارد.
گوگرد و نقش آن در خاک
گوگرد در کشاورزی و حاصلخیزی خاک نیز نقش اساسی دارد و به بهبود خواص بیولوژیکی و فیزیکی آن کمک می‌کند. با ورود گوگرد به خاک، PH کم می‌شود، در نتیجه میکروارگانیسم‌های خاک فعالیت زیادی می‌کنند و بر اثر این فعالیت‌ها، عناصر غذایی به شدت حل می‌شوند. در نهایت خاکی غنی و حاصل‍خیز تشکیل می‌شود. کودها، کارایی بهتری خواهند داشت. از طرفی، گوگرد احتمال سمی بودن به دلیل عناصر سنگینی مثل مس را کاهش می‌هد. به علاوه، گیاهان به مغذی‌هایی چون روی، آهن، منگنز و فسفر دسترسی بیشتری خواهند داشت.
نشانه‌های کمبود گوگرد در گیاهان
برای شناسایی کمبود گوگرد از آزمایش خاک استفاده می‌شود. علاوه بر این نشانه‌های بصری برای تشخیص وجود دارد. نشانه‌های شناسایی کمبود گوگرد در گیاهان کمی دشوارتر از کمبود نیتروژن ولی بسیار شبیه است. در اثر کمبود گوگرد، برگ‌های جوان، زرد می‌شوند و کلروفیل کمی تولید می‌شود. اصطلاحا رنگ‌پریدگی در گیاه رخ می‌دهد. رشد گیاه به شدت کاهش می‌یابد. در غلات، پنجه زنی کم می‌شود. در کلزا برگ‌ها دفرمه و کم‌رنگ می‌شوند. لگوم در گیاهان تشکیل شده و میزان نیتروژن کاهش پیدا می‌کند.
اگر با کمبود گوگرد در خاک مواجه شدید، می‌توانید از کودهای حاوی گوگرد استفاده نمایید. در ایران به دلایلی چون وجود آهک در خاک‌های زراعی، کمبود مواد آلی خاک، بی‌کربناته بودن آب‌های آبیاری، تنش خشکی و عوامل دیگر، حلالیت غذا پیرامون ریشه گیاهان کم می‌شود.
نقش گوگرد در کشاورزی
گوگرد نقش‌های مهمی در کشاورزی هم به عنوان یک ماده مغذی ضروری برای گیاهان و هم به عنوان یک عامل کنترل کننده آفات، ایفا می‌کند. در ادامه، چندین جنبه کلیدی از نقش گوگرد در کشاورزی توضیح داده شده است:
- ماده مغذی گیاهی: گوگرد یکی از مواد مغذی ضروری برای رشد گیاهان است. این عنصر در سنتز آمینواسیدهای حاوی گوگرد مانند سیستئین و متیونین، که برای سنتز پروتئین‌ها ضروری هستند، نقش دارد. علاوه بر این، گوگرد در تشکیل کلروفیل و فعال‌سازی آنزیم‌های گیاهی مشارکت دارد و به این ترتیب به فرآیند فتوسنتز کمک می‌کند.
- افزایش مقاومت گیاه به شرایط استرسی: گوگرد می‌تواند به افزایش مقاومت گیاهان در برابر شرایط استرس‌زا مانند خشکی، سرما و شوری کمک کند. به علاوه، گیاهانی که دارای سطوح کافی گوگرد هستند، ممکن است در برابر بیماری‌ها و آفات نیز مقاوم‌تر باشند.
- بهبود کیفیت و عملکرد محصول: مصرف گوگرد می‌تواند به بهبود کیفیت محصولات کشاورزی مانند طعم، رنگ و ماندگاری کمک کند. برای مثال، در تولید برخی از محصولات مانند سیر و پیاز، مقدار گوگرد موجود می‌تواند بر شدت طعم آنها تاثیر بگذارد.
- کنترل آفات و بیماری‌ها: ترکیبات گوگردی به عنوان فونگیسیدها (ضد قارچ‌ها) و آکاریسیدها (ضد کنه‌ها) در کشاورزی استفاده می‌شوند. این ترکیبات می‌توانند به مبارزه با بیماری‌های قارچی و جلوگیری از آسیب‌های ناشی از کنه‌ها به گیاهان کمک کنند.
- تصحیح pH خاک: گوگرد می‌تواند برای کاهش pH خاک‌های قلیایی به کار رود. این امر باعث بهبود دسترسی گیاهان به مواد مغذی دیگر می‌شود و شرایط خاک را برای رشد گیاه بهینه می‌کند.
با توجه به این نقش‌های کلیدی، استفاده مناسب از گوگرد در برنامه‌های کودی می‌تواند به افزایش بهره‌وری و پایداری در کشاورزی کمک کند. حفظ تعادل مناسب گوگرد در خاک، هم برای سلامت گیاه و هم برای محیط زیست، حائز اهمیت است.
کود گوگرددار و کشاورزی
به طور معمول در کشاورزی از چهار دسته کود حاوی گوگرد به صورت سولفاته، پالایشگاهی مانند گرانول، عدسی و پودری، گوگرد مایع و گوگرد معدنی استفاده می‌شود. کودهای سولفاته علاوه بر داشتن گوگرد در تامین مواد غذایی نیز مفید هستند. کودهای سولفاته به سرعت جذب می‌شوند. کودهای پالایشگاهی به شکل مستقیم و یا به کمک کودهایی مثل NPK به کار می‌رود.
برای این که گوگرد پالایشگاهی عمل کند، باید توسط میکروب‌های موجود در خاک، اکسید شده و به شکل سولفات درآید. در این صورت، قابل جذب است. کودهای پالایشگاهی بیشتر به شکل گوگرد پودری و گرانوله مصرف می‌شوند. این کودها بهتر است در اوایل فصل که زمان مناسب کشت می‌باشد، مصرف شوند. به طور معمول به گوگردهای پاستیلی و گرانوله، بنوتیت اضافه می‌کنند. بنوتیت کمک می‌کند تا گوگرد به سرعت متلاشی شود و جذب آب صورت بگیرد.
گوگردهای معدنی حاوی عناصر سودمندی مثل پتاسیم و آهن هستند و ممکن است عناصر سمی مثل آلومینیوم و کادیوم نیز در آنها وجود داشته باشد. دقت داشته باشید تا گوگرد معدنی به صورت صحیحی فرآوری شده باشد. در کنترل آفات گیاهی نیز می‌توان اقدام به مصرف گوگرد نمود. استفاده در زمان رشد به صورت مایع و یا گردپاشی مناسب است.
کاربردهای دیگر گوگرد
- می‌توان از گوگرد در پزشکی استفاده کرد. آنتی‌اکسیدان، مواد حساسیت‌زا و برخی از داروهای مخوص برونشیت و سرفه از گوگرد تهیه می‌شوند.
- استفاده از یک لایه نازک از گوگرد روی دانه اوره، انحلال دانه‌ها را سرعت می‌بخشد و این امر سبب می‌شود تا مواد مغذی به مدت طولانی‌تری در اختیار گیاه باشد.
- تنظیم کننده pH یا اسیدیته خاک است و یک ماده اصلاحی برای خاک‌های قلیایی و آهکی محسوب می‌شود.
- گوگرد به عنوان افزودنی در روغن‌های روان‌کاری به کار می‌رود.
- گوگرد نوعی آفت کش است. کاربرد زیادی در کنترل حشراتی همچون مایت (هیره) و کنه دارد.
- گوگرد در صنعت ساخت استنلس استیل و میلگرد نیز اهمیت دارد.
- برای ضدعفونی کردن و از بین بردن قارچ مفید است.
- گوگرد به طور مستقیم با متان وارد واکنش می‌شود و کربن دی‌سولفید ایجاد می‌شود که در تولید سلفون کاربرد دارد.
- در جوشکاری لاستیک کاربرد دارد.
- در ساخت چندین نوع کاغذ به کار می‌رود.
- تولید اسید سولفوریک به کمک گوگرد انجام می‌شود.
- باروت از گوگرد به وجود می‌آید.
- به عنوان عایق الکتریکی کاربرد دارد.
- گوگرد در تولید باتری نقش دارد.
- بسیاری از سورفکتانت‌ها و مواد شوینده، مشتقات سولفات هستند، گوگرد برای تهیه مواد سفیدکننده به کار می‌رود.
- سولفوریک اسید در لیچینگ، برای تهیه مس و نیکل استفاده می‌شود.
- گوگرد در ساخت کبریت و وسایل آتش‌بازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- یک پایدار کننده برای میوه‌های خشک است.
- سولفید روی از ترکیبات شیمیایی غیر معدنی سفید رنگ است که در طبیعت یافت می‌شود و کاربردهای زیادی از قبیل تولید اشعه کاتدی، میله‌های نوری، اپتیک مادون قرمز و غیره دارد.
- تیوسولفات آمونیوم و یا تیوسولفات سدیم عامل ثابت‌کننده در صنعت عکاسی هستند.
- از واکنش گوگرد مذاب و مواد اصلاح کننده آلی و معدنی، سیمان گوگردی حاصل می‌شود. اگر این سیمان را با سنگدانه‌ها مخلوط کنیم، بتن گوگردی تولید می‌شود.
- مرکاپتان‌ها خانواده‌ای از ترکیبات گوگرد هستند، از برخی انواع مرکاپتان‌ها در تشخیص نشت گاز، پولیش نقره‌جات و موارد دیگر استفاده می‌شود.
- سولفات منیزیم ماده ضد خشکی و ملین است که نوعی مکمل منیزیم گیاهی تلقی می‌شود.
- گوگرد در منبت‌کاری تزئینی در مبلمان چوبی به کار می‌رود.
- سولفات کلسیم برای تولید سیمان و گچ استخراج می‌شود.
- در لوازم آرایش و زیبایی از گوگرد استفاده می‌گردد. برای تولید کرم‌های صورت به منظور درمان آکنه، از این ماده استفاده می‌کنند.
