是否存在硫与碳的化学计量比大于 2：1 的碳硫二元化合物？
在探讨硫与碳的化学计量比大于 2:1 的碳硫二元化合物时，我们需要深入理解化合物的形成原理以及实际存在的碳硫化物种类。
首先，我们来审视一下“碳硫二元化合物”。这类化合物顾名思义，仅由碳和硫两种元素组成。我们熟悉的、最为典型的碳硫二元化合物就是二硫化碳 (CS₂) 。它的分子式明确显示，碳与硫的比例是 1:2，即碳硫化学计量比为 1:2。
碳的价电子为 4 个，而硫的价电子为 6 个。在形成化合物时，它们会通过共价键结合。二硫化碳的结构是线性的，碳原子处于中心，与两个硫原子分别形成双键（S=C=S）。这种结构是相当稳定的。
那么，是否存在硫与碳的化学计量比大于 2:1 的碳硫二元化合物呢？换句话说，就是硫的原子数多于碳原子数的两倍（如 C₁S₃, C₁S₄, C₂S₅ 等）？
就目前已知的、稳定且被广泛研究的碳硫二元化合物而言，答案是：不存在明确的、具有稳定分子式且硫与碳比例大于 2:1 的简单碳硫二元化合物。
这背后有几个关键原因：
1. 碳的成键特性： 碳原子具有强烈的成键能力，尤其擅长形成稳定且数量可观的碳碳键，构成复杂的碳链、碳环结构。当碳与硫结合时，碳倾向于形成最稳定的价态，通常是 +4 价（如 CS₂ 中）。它形成 C=S 双键，或者通过更复杂的键合方式来满足其四价的性质。
2. 硫的成键特点： 硫原子虽然也可以形成多种键合形式，如单键、双键，甚至在某些无机硫化物中表现出不同的氧化态，但其形成稳定且具有明确化学计量比的碳硫二元化合物时，通常会受到碳原子成键能力的限制。硫原子形成 C=S 双键已经是一种能量上比较有利的形式。如果我们尝试将更多的硫原子“塞”进一个碳原子周围，会遇到空间位阻和电子排布的困难，难以形成稳定且化学计量明确的结构。
3. 化学计量比的含义： 化学计量比是化合物分子构成中各元素原子数量的精确比例。它意味着存在一个稳定、可重复的原子组合方式，形成一个稳定的物质。如果硫与碳的比例远高于 2:1，比如 C₁S₁₀，那么这很难形成一个有明确结构的分子。我们更可能看到的是一种混合物，或者是一种更复杂的、非二元化合物的体系。
但是，如果我们扩大“化合物”的定义，或者考虑一些特殊情况，可以引申出一些与此相关但又不完全符合“简单二元化合物”概念的物质：
含硫聚合物（Polymers containing sulfur）： 实际上，存在一些高分子化合物，其主链或侧链上含有碳原子和硫原子。例如，聚硫化物（Polysulfides），它们的基本结构单元可以看作是 CSSS...C 链。在这种长链结构中，硫与碳的比例可能远远大于 2:1。例如，二氯二乙基三硫化物 (ClCH₂CH₂S₃CH₂CH₂Cl) 可以看作是一种含有三个硫原子的有机硫化合物，如果将其视为一种“碳硫化合物”，那么其中硫与碳的比例就可能超过 2:1。然而，这通常被归类为有机硫化合物，而非简单的碳硫二元无机化合物。
过渡金属硫碳化物（Transition Metal Thiocarbides）： 在一些过渡金属的化合物中，碳和硫可以与金属原子一起形成具有特定晶体结构的材料。例如，一些金属硫碳化物（如 Ti₂CS, V₂CS）可能存在，但它们是三元或多元素化合物，不属于纯粹的碳硫二元化合物。
非化学计量化合物（Nonstoichiometric compounds）： 在某些极端条件下，物质的组成比例可能不完全符合简单的整数比。这通常发生在晶体缺陷或固溶体中。虽然理论上可能存在一些不具有精确整数比的碳硫混合物，但它们很难被定义为具有特定化学计量比的“化合物”，而且通常缺乏稳定的、可重复的结构。
碳的硫化产物（Sulfurization products of carbon）： 当碳材料（如活性炭、石墨）在高温下与硫蒸气或含硫气体反应时，可能会发生表面硫化，形成表面上的 CS 键。但这类物质的组成是非常复杂的，难以用简单的化学计量比来描述，更多的是一种表面改性过程。
总结来说：
就我们所认识的、具有稳定分子结构和明确化学计量比的简单碳硫二元化合物而言，不存在硫与碳的化学计量比大于 2:1 的情况。最普遍和最典型的例子是二硫化碳 (CS₂)，其比例为 1:2。
如果我们放宽对“化合物”的定义，将一些含有碳和硫元素的复杂有机分子或高分子聚合物考虑在内，那么确实可以找到硫与碳比例大于 2:1 的物质。但它们通常被归类为有机硫化学的范畴，而不是基础的碳硫二元无机化合物。
科学家们一直在探索新型材料，也不排除未来会发现具有奇特结构的碳硫化合物，但基于现有的化学理论和已知的物质，简单碳硫二元化合物的硫碳比例不会超过 2:1。
首先，我们来审视一下“碳硫二元化合物”。这类化合物顾名思义，仅由碳和硫两种元素组成。我们熟悉的、最为典型的碳硫二元化合物就是二硫化碳 (CS₂) 。它的分子式明确显示，碳与硫的比例是 1:2，即碳硫化学计量比为 1:2。
碳的价电子为 4 个，而硫的价电子为 6 个。在形成化合物时，它们会通过共价键结合。二硫化碳的结构是线性的，碳原子处于中心，与两个硫原子分别形成双键（S=C=S）。这种结构是相当稳定的。
那么，是否存在硫与碳的化学计量比大于 2:1 的碳硫二元化合物呢？换句话说，就是硫的原子数多于碳原子数的两倍（如 C₁S₃, C₁S₄, C₂S₅ 等）？
就目前已知的、稳定且被广泛研究的碳硫二元化合物而言，答案是：不存在明确的、具有稳定分子式且硫与碳比例大于 2:1 的简单碳硫二元化合物。
这背后有几个关键原因：
1. 碳的成键特性： 碳原子具有强烈的成键能力，尤其擅长形成稳定且数量可观的碳碳键，构成复杂的碳链、碳环结构。当碳与硫结合时，碳倾向于形成最稳定的价态，通常是 +4 价（如 CS₂ 中）。它形成 C=S 双键，或者通过更复杂的键合方式来满足其四价的性质。
2. 硫的成键特点： 硫原子虽然也可以形成多种键合形式，如单键、双键，甚至在某些无机硫化物中表现出不同的氧化态，但其形成稳定且具有明确化学计量比的碳硫二元化合物时，通常会受到碳原子成键能力的限制。硫原子形成 C=S 双键已经是一种能量上比较有利的形式。如果我们尝试将更多的硫原子“塞”进一个碳原子周围，会遇到空间位阻和电子排布的困难，难以形成稳定且化学计量明确的结构。
3. 化学计量比的含义： 化学计量比是化合物分子构成中各元素原子数量的精确比例。它意味着存在一个稳定、可重复的原子组合方式，形成一个稳定的物质。如果硫与碳的比例远高于 2:1，比如 C₁S₁₀，那么这很难形成一个有明确结构的分子。我们更可能看到的是一种混合物，或者是一种更复杂的、非二元化合物的体系。
但是，如果我们扩大“化合物”的定义，或者考虑一些特殊情况，可以引申出一些与此相关但又不完全符合“简单二元化合物”概念的物质：
含硫聚合物（Polymers containing sulfur）： 实际上，存在一些高分子化合物，其主链或侧链上含有碳原子和硫原子。例如，聚硫化物（Polysulfides），它们的基本结构单元可以看作是 CSSS...C 链。在这种长链结构中，硫与碳的比例可能远远大于 2:1。例如，二氯二乙基三硫化物 (ClCH₂CH₂S₃CH₂CH₂Cl) 可以看作是一种含有三个硫原子的有机硫化合物，如果将其视为一种“碳硫化合物”，那么其中硫与碳的比例就可能超过 2:1。然而，这通常被归类为有机硫化合物，而非简单的碳硫二元无机化合物。
过渡金属硫碳化物（Transition Metal Thiocarbides）： 在一些过渡金属的化合物中，碳和硫可以与金属原子一起形成具有特定晶体结构的材料。例如，一些金属硫碳化物（如 Ti₂CS, V₂CS）可能存在，但它们是三元或多元素化合物，不属于纯粹的碳硫二元化合物。
非化学计量化合物（Nonstoichiometric compounds）： 在某些极端条件下，物质的组成比例可能不完全符合简单的整数比。这通常发生在晶体缺陷或固溶体中。虽然理论上可能存在一些不具有精确整数比的碳硫混合物，但它们很难被定义为具有特定化学计量比的“化合物”，而且通常缺乏稳定的、可重复的结构。
碳的硫化产物（Sulfurization products of carbon）： 当碳材料（如活性炭、石墨）在高温下与硫蒸气或含硫气体反应时，可能会发生表面硫化，形成表面上的 CS 键。但这类物质的组成是非常复杂的，难以用简单的化学计量比来描述，更多的是一种表面改性过程。
总结来说：
就我们所认识的、具有稳定分子结构和明确化学计量比的简单碳硫二元化合物而言，不存在硫与碳的化学计量比大于 2:1 的情况。最普遍和最典型的例子是二硫化碳 (CS₂)，其比例为 1:2。
如果我们放宽对“化合物”的定义，将一些含有碳和硫元素的复杂有机分子或高分子聚合物考虑在内，那么确实可以找到硫与碳比例大于 2:1 的物质。但它们通常被归类为有机硫化学的范畴，而不是基础的碳硫二元无机化合物。
科学家们一直在探索新型材料，也不排除未来会发现具有奇特结构的碳硫化合物，但基于现有的化学理论和已知的物质，简单碳硫二元化合物的硫碳比例不会超过 2:1。
网友意见
存在。最容易想到的就是三硫化碳。
Basco 等在 1967 年首次提出，基态硫原子与二硫化碳在惰性气体浴中的气相反应[1]可以合成三硫化碳[2]。
2008 年，Engelke 等及 Sulzle 等通过质谱分析证实了上述反应条件下形成了三硫化碳[3]。
2013 年，Surajit Maity 等利用红外光谱检测，在冷却到 12 开尔文、以高能电子照射的二硫化碳固体中检测到了四硫化碳、五硫化碳、六硫化碳，验证了它们在更高温度下的稳定性，并讨论了它们的各种同分异构体[4]。以下图片取自爱思唯尔展示的参考文献 3。
在这样的实际情况下，完全没必要讨论“理论上”往硫长链里混入碳原子的操作。
目前看来，CSx（x=3~6）的结构与 COx（x=3~6）很相似，但也有一些不同之处。
参考
- ^ 指参与化学反应的各种反应物均为气体状态
- ^ N. Basco, A.E. Pearson, Trans. Faraday Soc. 63 (1967) 2684.
- ^ R. Engelke, N.C. Blais, S.A. Sheffield, J. Phys. Chem. A 112 (2008) 58
- ^ Surajit Maity, Y.S. Kim, Ralf I. Kaiser, Hong Mao Lin, Bian Jian Sun, A.H.H. Chang, On the detection of higher order carbon sulfides (CSx; x=4–6) in low temperature carbon disulfide ices, Chemical Physics Letters, Volume 577, 2013, Pages 42-47, ISSN 0009-2614, https://doi.org/10.1016/j.cplett.2013.05.039.
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