単斜硫黄から斜方硫黄への変化

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質問者：bilikenJr
質問日時：2001/03/27 18:20
回答数：2件

「単斜硫黄を常温で放置すると安定な斜方硫黄へ変化する」という科学的メカニズムを教えてください。また、これは常温でさえあれば、高圧・低圧下でも、あるいは水中でも、といった環境の他の要因に左右されないのかどうかも
おねがいします。

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No.2

回答者： Umada
回答日時：2001/03/27 21:07

硫黄個別の問題については詳しく知りませんが、一般的な材料科学の点からお話します。

いまAという材料があったとします。温度T1においてはある構造X1、温度T2においては構造X2が最も安定であるとします。(上記の問題ではT1=高温/X1＝単斜硫黄、T2=室温/X2=斜方硫黄、として考えて下さい)
材料Aは最終的にT1では構造X1、T2では構造X2に至りますがそれはあくまで最終的にの話であって、その途中での構造については保証されません。例えば温度T1で構造X1を作った後、温度T2まで急激に冷却すると材料Aは構造転換する時間が不足のため、一時的にですが構造X1のまま温度T2に存在することがあり得ます。この最も有名な例はダイヤモンドで、ダイヤモンドは室温・常圧での炭素の最安定構造ではありませんが、室温・常圧でも存在します。
ダイヤモンドは個々の原子の熱的な揺らぎにより他の構造に転換する確率が無視できるほど低いので室温でも事実上ダイヤモンドのままですが、硫黄の場合は個々の原子が熱的に揺らいでいるうちに次第に斜方硫黄に構造が変わってしまうのです。

圧力の影響は通常存在します。その温度で最終的に安定な構造に至る際に、体積膨張があるなら圧力をかければ反応は遅くなり、体積収縮があるなら速くなります。またかける圧力によっては、最終的に安定な構造が別のものになる場合もあります。(例えば大気圧下・温度90℃で最も安定なH2Oの相は液体の水ですが、圧力を下げれば同じ90℃でも最も安定な相は水蒸気に替わります)
最終的な安定構造が不変なら、圧力は反応の速さに関連するのみです。

水中で、については水と化学反応(拡散による浸入なども含めて)しないのであれば影響はありませんが、水圧はかかりますからその影響は見落とされませんよう。