Cyclooctasoufre

Le cyclooctasoufre est un corps simple de formule chimique S₈, constitué de huit atomes de soufre. Il s'agit d'un solide le plus souvent cristallin de couleur jaune ou orange pâle à température ambiante. C'est un allotrope naturel du soufre. Lorsque l'on parle de soufre, on parle en fait généralement de cyclooctasoufre qui est la forme allotropique prédominante du soufre à température ambiante.

Cyclooctasoufre
Structure du cyclooctasoufre
Identification
Nom UICPA	octathiocane
Synonymes	octasoufre, soufre
No CAS	10544-50-0
PubChem	66348
ChEBI	29385
SMILES	S1SSSSSSS1 PubChem, vue 3D
InChI	InChI : vue 3D InChI=1S/S8/c1-2-4-6-8-7-5-3-1 InChIKey : JLQNHALFVCURHW-UHFFFAOYSA-N
Propriétés chimiques
Formule	S8  [Isomères]
Masse molaire[1]	256,52 ± 0,04 g/mol S 100 %,
Propriétés physiques
T° fusion	112,8 °C (soufre α)[alpha 1],[2] 119,6 °C (soufre β)[alpha 1],[2] 106,8 °C (soufre γ)[2]
T° ébullition	444,6 °C[réf. souhaitée]
Masse volumique	2,07 g·cm-3 (soufre α)[2] 1,94-2,01 g·cm-3 (soufre β)[2] 2,19 g·cm-3 (soufre γ)[2]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Différentes formes

Il existe plusieurs polymorphes d'octasoufre : S_α, S_β, S_γ, S_λ et S_μ. La stabilité de ces polymorphes dépend principalement de la température et de l'état de celui-ci.

Soufre α

Ce système cristallin octaèdre orthorhombique noté S_α constitue la forme standard du cyclooctasoufre à l'état solide. C'est la forme allotropique la plus stable du soufre et donc du cyclooctasoufre jusqu'à 95,6 °C environ.

Soufre β

Noté S_β, c'est la structure cristalline de l'octasoufre qui prédomine entre 95,6 °C et 119,6 °C à 100 kPa. S_β est dans l'état solide sous forme de prismes monocliniques. Il peut néanmoins demeurer métastable à température ambiante pendant plusieurs semaines s'il a été obtenu par trempe à partir d'une phase à plus de 100 °C. S_β fond à 119,6 °C pour donner du soufre λ noté S_λ.

Soufre γ

Noté S_γ, il est une forme rare de soufre de structure monoclinique. Il est peu abondant bien que stable dans la même gamme de température que S_β. Il est obtenu par refroidissement lent de soufre fondu au-dessus de 160 °C. La rosickyite (en) est un exemple de soufre gamma, natif.

Soufre λ

Noté S_λ, il représente un ensemble de variétés allotropiques octasoufre à l'état liquide et entre 119,6 à 159 °C.

Évolution avec la température

De la forme prédominante

Le cyclooctasoufre se trouve majoritairement dans l'état solide sous la forme cristalline S_α jusqu'à 95,6 °C puis sous la forme de S_β jusqu'à 119,6 °C. À cette température, il passe à l'état liquide et on le trouve alors majoritairement sous forme de S_λ jusqu'à 159 °C. Cette température marque le début de la polymérisation. Les cycles à huit atomes de soufre s'ouvrent pour devenir des espèces radicalaires qui polymérisent et forment de longues chaînes de soufre, notées S_µ, contenant jusqu'à un million d'atomes. Alors que jusque-là l'octasoufre était la forme allotropique majoritaire du soufre, à cette température d'autres formes cycliques du soufre, telles que S₆, S₇ et S₁₂, sont en équilibre avec S₈. La trempe de cette phase, extraite à l'aide de disulfure de carbone CS₂, donne un solide amorphe constitué de segments de chaînes S_n où 103 ≤ n ≤ 106.

Propriétés

Lorsque l'octasoufre est liquide (119,6 °C) sa viscosité commence par diminuer avec l'augmentation de la température. Néanmoins la rupture des cyclooctasoufres, le début de la polymérisation et donc la modification de structure vers 159 °C entraînent une augmentation soudaine. Elle passe ensuite par un maximum à 187 °C, correspondant à du soufre ω à longues chaînes. La viscosité décroît alors lorsque la température continue de croître jusqu'à ébullition à 444,6 °C, les chaînes étant brisées par la chaleur en segments de plus en plus petits.

La trempe de cette phase, extraite à l'aide de disulfure de carbone CS₂, donne un solide amorphe dit soufre μ, constitué de segments de chaînes S_n où 103 ≤ n ≤ 106.

Notes et références

Notes

1. Les températures de fusion du soufre α et du soufre β peuvent légèrement varier, le cycle S₈ se décomposant progressivement au-dessus d'environ 119 °C en donnant des espèces abaissant le point de fusion du solide^[2].

Références

1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
2. (en) N. N. Greenwood, Chemistry of the elements, Oxford Boston, Butterworth-Heinemann, 1997, 1341 p. (ISBN 0-7506-3365-4, OCLC 37499934), p. 654-655.

Sources

• Chemical Reviews, 1976, vol. 76, n° 3^{[source insuffisante]}

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