Azufre

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Azufre
 

dieciséis
S.
 
        
        
                  
                  
                                
                                
  

fósforo ← azufre → cloro

Apariencia
Apariencia del elemento
Cristales amarillo limón
Generalidad
Nombre, símbolo, número atómico azufre, S, 16
Serie no metales
Grupo , período , bloque 16 (VIA) , 3 , p
Densidad 1 960 kg / m³
Dureza 2.0
Configuración electrónica
Configuración electrónica
Término espectroscópico 3 P 2
Propiedades atómicas
Peso atomico 32.065 u
Radio atómico (calc.) 100 p. M.
Radio covalente 102 pm
Radio de Van der Waals 180 p. M.
Configuración electrónica [ Ne ] 3 s 2 3p 4
y - por nivel de energía 2, 8, 6
Estados de oxidación −1, ± 2, 4, 6 (ácido fuerte)
Estructura cristalina ortorrómbico
Propiedades físicas
Estado de la materia sólido
Punto de fusión 388,36 K (115,21 ° C )
Punto de ebullición 717,87 K (444,72 ° C)
Volumen molar 15,53 × 10 −6 m³ / mol
Calor de fusión 1,7175 kJ / mol
Presión de vapor 2,65 × 10 −20 Pa a 388 K
Otras propiedades
número CAS 7704-34-9
Electronegatividad 2,58
Calor especifico 710 J / (kg K)
Conducibilidad eléctrica 5,0 × 10 −16 / (S / m)
Conductividad térmica 0,269 W / (m K)
Energía de primera ionización 999,6 kJ / mol
Segunda energía de ionización 2252 kJ / mol
Tercera energía de ionización 3357 kJ / mol
Energía de cuarta ionización 4556 kJ / mol
Quinta energía de ionización 7 004,3 kJ / mol
Energía de la sexta ionización 8 495,8 kJ / mol
Isótopos más estables
Yo asi N / A TD DM Delaware DP
32 S 95,02% Es estable con 16 neutrones.
33 S 0,75% Es estable con 17 neutrones.
34 S 4,21% Es estable con 18 neutrones.
35 S sintético 87,32 días β - 0,167 35 cl
36 S 0,02% Es estable con 20 neutrones.
iso: isótopo
NA: abundancia en la naturaleza
TD: vida media
DM: modo de decaimiento
DE: energía de desintegración en MeV
DP: producto de descomposición

El azufre (o azufre ) es un elemento químico de la tabla periódica de los elementos con símbolo S (del latín azufre ) y número atómico 16. Es un no metálico inodoro [1] , insípido y muy abundante. Su forma más conocida y común es la cristalina de color amarillo intenso. Está presente en forma de sulfuros y sulfatos en muchos minerales y a menudo se encuentra puro en regiones con volcanes activos.

Es un elemento esencial para todos los seres vivos, donde está presente en dos aminoácidos , cisteína y metionina , y consecuentemente en muchas proteínas . En el ámbito industrial se utiliza principalmente para la obtención de fertilizantes , pero también para pólvora , laxantes , insecticidas y fungicidas . Además, el azufre, que se obtiene en gran parte como escoria del refinado de hidrocarburos, se encuentra en algunos desinfectantes , se usa ampliamente en la agricultura (donde se usa por sus propiedades fungicidas, por ejemplo para combatir enfermedades de las plantas como el mildiú polvoriento ), está presente en la cabeza. de los fósforos y en la ebonita .

Las grandes cantidades de carbón quemado por la industria y las centrales eléctricas liberan una gran cantidad de dióxido de azufre a la atmósfera todos los días, que reacciona con el oxígeno y el vapor de agua en el aire para formar ácido sulfúrico . Este fuerte ácido vuelve al suelo con las lluvias dando lugar a las famosas lluvias ácidas que acidifican los suelos y los recursos hídricos provocando graves daños al medio natural de muchas regiones industrializadas.

Fondo

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: Azufre (alquimia) .

El azufre ( sánscrito , sulvere ; latín azufre ) ya era conocido por los antiguos y se menciona en la historia bíblica de la génesis . La traducción al inglés se refiere al azufre como "azufre", una piedra del borde, porque se encuentra fácilmente en el borde de los cráteres de los volcanes. Otras fuentes derivan el término azufre del árabe sufra , que significa amarillo. Homero mencionó el azufre en el siglo IX a. C. y en 424 a. C. una tribu atacante destruyó las murallas de una ciudad quemando una mezcla de azufre, carbón y alquitrán debajo de ella. Los antiguos usaban este elemento como medicina, como todavía lo hacemos hoy.

En el siglo XII, los chinos inventaron la pólvora, que es una mezcla de nitrato de potasio ( K N O 3 ), carbón y azufre. Los primeros alquimistas dieron al azufre su símbolo alquímico, un triángulo sobre una cruz ; a través de sus experimentos, descubrieron que el mercurio podía combinarse con el azufre. Hacia finales de la década de 1770, Antoine Lavoisier convenció definitivamente a la comunidad científica de que el azufre era un elemento y no un compuesto.
La extracción de azufre se inició en Sicilia a principios del siglo XVII y se desarrolló rápidamente hasta alcanzar la cuota de 378.000 toneladas en 1820 , equivalente a 45 de la producción mundial. [2] Con el desarrollo de la producción industrial se llegó al punto que en 1834 un censo estimó más de 200 minas activas [3] cuyo producto era enviado por mar a toda Europa e incluso a los Estados Unidos de América .

En 1867 , se descubrieron vastos depósitos subterráneos de azufre en Luisiana y Texas ; pero como la capa superficial del suelo estaba formada por arenas movedizas, la minería tradicional no era posible. Por lo tanto , se ideó un proceso completamente nuevo para explotarlos, el proceso Frasch que permitió la extracción del mineral de las capas profundas mediante la inyección de agua sobrecalentada en el subsuelo. Con este método de alto rendimiento, el azufre estadounidense se volvió más competitivo y pronto conquistó los mercados mundiales.

Características físico-químicas

El azufre fundido produce un líquido rojo que se vuelve más amarillo con el enfriamiento. Cuando arde, desarrolla una llama azul y un gas tóxico que estrecha temporalmente la tráquea .

El azufre es de color amarillo pálido, suave, ligero y tiene un olor característico cuando se une con el hidrógeno (olor a huevos podridos: debe tenerse en cuenta que este no es el olor del azufre, que es inodoro, sino solo de su compuesto sulfuro de hidrógeno , H 2 S). Arde con una llama azulada que emite un olor característico y sofocante, debido al dióxido de azufre (SO 2 ) que se forma como producto de combustión. El azufre es insoluble en agua, pero es soluble en disulfuro de carbono . Los estados de oxidación o valencias de azufre más comunes son -2, +2, +4 y +6.

Formas alotrópicas

Hay muchas formas alotrópicas de azufre (más de 30 [4] ).

El azufre gaseoso se compone típicamente de una molécula diatómica: esta forma alotrópica se llama azufre (S 2 ). El azufre gaseoso también puede existir en forma de molécula triatómica: esta forma alotrópica se llama trizulf (S 3 ) y tiene una estructura molecular similar al ozono (O 3 ).

Los átomos de azufre cristalino se agrupan generalmente en anillos de 8 átomos; esta estructura se llama ciclooctazulf (S 8 ) y puede asumir los siguientes polimorfos [5] :

  • α azufre (o azufre ortorrómbico o azufre rómbico ): en esta forma el azufre muestra su característico color amarillo, es opaco y frágil; esta forma se puede preparar por cristalización a partir de una solución de azufre en disulfuro de carbono (CS 2 ); es estable debajo 96 ° C ;
  • Azufre β (o azufre monoclínico ): los cristales tienen forma de aguja, cerosos y frágiles, siempre de color amarillo; El azufre monoclínico se puede preparar mediante cristalización en azufre fundido y es estable entre 96 ° C y 119 ° C;
  • azufre γ : se encuentra en la naturaleza en la rosickyita (un mineral raro).

El azufre amorfo no contiene cristales; en este estado el azufre es duro, oscuro y elástico; este estado se obtiene por enfriamiento rápido del azufre fundido y es inestable, transformándose lentamente en azufre rómbico; La cristalografía de rayos X muestra que esta forma amorfa podría tener una forma helicoidal con 8 átomos por anillo; El azufre coloidal y las flores de azufre también son formas amorfas que cristalizan lentamente, aunque estas dos formas consisten en mezclas de cristales rómbicos y azufre amorfo.

Los análisis de laboratorio por HPLC revelaron que el azufre natural contiene principalmente ciclooctazulf (S 8 ), junto con un pequeño porcentaje de cicloheptazulf (S 7 ) y un porcentaje aún menor de ciclohexululf (S 6 ). [6]

Las formas alotrópicas S 12 y S 18 también se crearon en el laboratorio. [7] [8]

Diagrama de fases de azufre, indicando las áreas de estabilidad de algunos estados de agregación de azufre.

Isótopos

El azufre tiene 18 isótopos , cuatro de los cuales son estables: 32 S (95,02%), 33 S (0,75%), 34 S (4,21%) y 36 S (0,02%). A excepción del 35 S, los isótopos radiactivos del azufre tienen una vida media corta. El azufre-35 está formado por el impacto de los rayos cósmicos en la atmósfera superior con 40 átomos de argón y tiene una vida media de 87 días.

Cuando precipitan minerales a base de sulfuro, la partición de isótopos entre las fases líquida y sólida puede provocar ligeras variaciones en el contenido de S-34 de minerales de origen similar; estas variaciones pueden dar una indicación de la temperatura a la que ocurrió la precipitación. Las diferencias en el contenido de 13 C y 34 S de carbonatos y sulfuros permiten rastrear el pH y la fugacidad del oxígeno del fluido a partir del cual se formó el mineral.

En la mayoría de los ecosistemas forestales el sulfato proviene principalmente de la atmósfera, a lo que se suma el del lavado de minerales. La composición isotópica del azufre nos permite rastrear sus fuentes, naturales o artificiales. El azufre enriquecido con un isótopo particular se utiliza como trazador en estudios hidrológicos. Incluso una diferencia en las abundancias naturales a veces puede ser suficiente para tales estudios.

Disponibilidad

Un recolector de azufre en Kawah Ijen , Indonesia .

En su mayor parte, el azufre está muy extendido en la naturaleza unido a otros elementos en los sulfuros (por ejemplo, la pirita es un sulfuro de hierro) y en los sulfatos (por ejemplo, el yeso y el alabastro son sulfatos de calcio). Se encuentra en su estado nativo en las cercanías de fuentes termales y volcanes (de ahí el arcaico nombre inglés brimstone , donde el borde es el borde del volcán).

Además de la pirita, los minerales que contienen azufre incluyen mercurio (II) o sulfuro de cinabrio , plomo (II) o sulfuro de galena , zinc y sulfuro de hierro (II) o esfalerita y sulfuro de antimonio (III), llamado antimonita o estibina .

En pequeñas cantidades también se puede encontrar en el carbón y el petróleo , de cuya combustión se transforma en dióxido de azufre que, en presencia de oxígeno y humedad en el aire , se transforma en ácido sulfúrico y acidifica la lluvia. El azufre también se elimina de los combustibles porque disminuye la actividad de los convertidores catalíticos .

El azufre extraído de los combustibles fósiles representa una buena parte de la producción total de azufre; a ello se suma también el extraído de las minas. El proceso adoptado para extraerlo se denomina proceso Frasch y consiste en bombear una mezcla de aire comprimido y vapor de agua sobrecalentado al depósito de azufre. El vapor derrite el azufre, que es empujado a la superficie por la presión del aire.

A través de su principal compuesto, el ácido sulfúrico, el azufre es uno de los elementos más importantes para su uso como materia prima para la industria; de suma importancia para prácticamente todos los sectores de la industria química. La producción de ácido sulfúrico es el principal uso del azufre y el consumo de ácido sulfúrico a menudo se considera un índice del grado de industrialización de un estado.

El color característico de la superficie de Io , una luna de Júpiter, se debe a la presencia de diferentes formas de azufre, tanto líquido y sólido como gaseoso. Se plantea la hipótesis de que un área oscura cerca del cráter lunar Aristarchus también puede ser un depósito de azufre. También se ha encontrado azufre en numerosos tipos de meteoritos .

Principales productores de azufre en 2019 [9]
Posición país Producción (millones de toneladas)
1 porcelana porcelana 17,5
2 Estados Unidos Estados Unidos 8.7
3 Rusia Rusia 7.5
4 Canadá Canadá 6,9
5 Arabia Saudita Arabia Saudita 6.5
6 India India 3.6
7 Kazajstán Kazajstán 3,5
8 Japón Japón 3.4
9 Emiratos Árabes Unidos Emiratos Árabes Unidos 3.3
10 Corea del Sur Corea del Sur 3,0
11 Iran Iran 2.2
12 Katar Katar 1.8
13 Chile Chile 1,5
14 Polonia Polonia 1.1
15 Australia Australia 0,9
dieciséis Kuwait Kuwait 0,8
17 Finlandia Finlandia 0,7
18 Alemania Alemania 0,6
19 Italia Italia 0,5
20 Países Bajos Países Bajos 0,5
21 Brasil Brasil 0,5

Aplicaciones

El azufre se utiliza en muchos procesos industriales, de los cuales el más importante es la producción de ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) para baterías y detergentes ; también para la producción de ácido sulfuroso (H 2 SO 3 ); otros son la producción de pólvora y la vulcanización del caucho . También se utiliza como fungicida y en la fabricación de fertilizantes fosfatados . Los sulfitos se utilizan para blanquear el papel y como conservantes en frutos secos ; otros usos son en cabezas de fósforos y fuegos artificiales ; El tiosulfato de sodio o amonio se utiliza en fotografía como fijador de películas o impresiones fotográficas. La denominada " magnesia ", un sulfato de magnesio hidratado, se utiliza como laxante, como exfoliante o en jardinería como fertilizante específico para suelos carentes de magnesio. Una aplicación curiosa es la de las barras de azufre en la medicina popular de Liguria para encontrar el punto donde se estira o tira de la espalda.

El azufre se asocia a menudo con el vulcanismo, en particular con fumarolas y sulfataras .

El azufre puede generar sales como el sulfato de cobre (II) (CuSO 4 ), utilizado en la agricultura y que puede oxidar algunos elementos reductores como el hierro (Fe) y el zinc (Zn) o se puede calentar con sulfato de cobre obteniendo el cobre (II ) sulfuro (CuS).

Función biológica

Los dos aminoácidosproteinogénicos esenciales cisteína y metionina , así como los aminoácidos homocisteína y taurina contienen azufre, así como algunas enzimas muy comunes; esto hace que el azufre sea un elemento indispensable para la vida de cualquier célula . Los puentes disulfuro entre polipéptidos son extremadamente importantes para el ensamblaje y la estructura de las proteínas. Algunas formas de bacterias usan sulfuro de hidrógeno (o sulfuro de hidrógeno en solución acuosa , H 2 S) en lugar de agua como donante de electrones en un proceso fotosintético primitivo.

El azufre es absorbido por las plantas en forma de ion sulfato . El azufre inorgánico forma agregados de hierro-azufre , y el azufre es también el sitio de enlace Cu A de la citocromo c oxidasa .

Compuestos de azufre

Los compuestos de azufre incluyen:

Disuelto en agua, el azufre da un pH = 4.5 (K 1 : 9,6 × 10 −8 ) y reacciona con metales para formar una serie de sulfuros y sulfuros de hidrógeno. Estos sulfuros son a menudo muy poco solubles en agua y se encuentran a menudo en la naturaleza, en particular el sulfuro de hierro, que constituye la pirita (que tiene propiedades semiconductoras [11] ), un mineral amarillo dorado llamado oro de los tontos .

  • El tetranitruro de tetrazfur S 4 N 4 .
  • Compuestos de ácido ditionico (H 2 S 2 O 6 )
  • Las tiocianinas son compuestos que contienen el ion tiocianato , SCN -
  • Gas tiocanógeno , (SCN) 2 .
  • Un tioéter es una molécula con la forma RS-R ', donde R y R' son grupos orgánicos. Son el equivalente sulfúrico de los éteres .
  • Los tioles (también llamados mercaptanos o tioalcoholes) son compuestos que tienen el grupo funcional -SH. Los mercaptanos hierven a temperaturas más bajas que los alcoholes correspondientes y tienen olores desagradables.
  • A tiolado ion es una molécula con un puerto RS - grupo funcional. Son los equivalentes sulfúricos de los iones alcóxido .
  • Además, el azufre casi siempre está unido al oxígeno , porque son prácticamente similares.

Muchos compuestos de azufre son análogos a los compuestos de oxígeno, con los que tienen una nomenclatura similar; p.ej:

Compuestos
de azufre
Grupo
funcional
Compuestos
oxígeno
Grupo
funcional
tioalcohol
(o tioles o mercaptanos)
-SH alcoholes -OH
tioéteres
(o sulfuros)
-S- éteres -O-
ácidos sulfínicos SOOH ácidos carboxílicos COOH

Los enlaces azufre-oxígeno se pueden formular como dobles enlaces, de modo que la capa exterior del azufre tenga 10 o 12 electrones.

Muchos de los olores desagradables en toda la química orgánica provienen de compuestos que contienen azufre , como el sulfuro de hidrógeno acuoso y el dióxido de azufre, con su distintivo olor a huevo podrido.

Galena , un mineral de sulfuro de plomo, fue el primer semiconductor descubierto y se utilizó como rectificador de señal en los primeros aparatos de radio ( radios galena ). El nitruro de azufre polimerizado tiene propiedades metálicas aunque no contiene átomos de metal , y también posee propiedades ópticas y eléctricas bastante inusuales.

En los enlaces orgánicos, el azufre se une especialmente con el oxígeno , el carbono y el hidrógeno . con menos frecuencia con nitrógeno y halógenos .

Algunas proteínas contienen el grupo sulfhidrilo ( -SH ) y enlaces SS , mientras que la penicilina contiene un grupo máster. El penetrante aroma de la cebolla también se debe a algunos sulfuros. Los ácidos sulfónicos son ácidos fuertes, comparables al ácido sulfúrico. Esta propiedad combinada con su alta solubilidad los hace muy útiles como catalizadores ácidos en reacciones orgánicas. Muchos tintes y detergentes también son ácidos sulfónicos o sus sales. Además, existen enlaces azufre-oxígeno que incluyen los sulfóxidos RS = O y las sulfonas . También hay ácidos sulfínicos.

Precauciones

Muchos compuestos de azufre son tóxicos o corrosivos. El disulfuro de carbono , el ácido sulfúrico , el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de azufre deben manipularse con especial cuidado.

Aunque el dióxido de azufre es lo suficientemente inofensivo para ser utilizado en pequeñas cantidades como aditivo alimentario, en concentraciones suficientemente elevadas en la atmósfera reacciona con la humedad para dar ácido sulfúrico que, si se inhala, provoca hemorragias en las vías respiratorias con riesgo de asfixia.

El sulfuro de hidrógeno es muy tóxico: en pequeñas concentraciones (del orden de unas pocas ppm ) tiene un olor desagradable característico a huevos podridos, mientras que la exposición a cantidades relativamente altas tiene la propiedad de embotar rápidamente el sentido del olfato, haciendo que las víctimas potenciales no se den cuenta. su presencia.

Citas literarias

Nota

  1. ^ el olor sulfuroso es de hecho característico de varios de sus compuestos, pero no del azufre elemental, ver Arnaldo Pini, Pianeta Sulolfo , en rivistanatura.com , Edinat, 13 de febrero de 2014. Consultado el 23 de enero de 2015 .
  2. ^ Siguiendo la via delle zolfare , en guidasicilia.it .
  3. ^ Historia de la provincia de Caltanissetta
  4. ^ Ralf Steudel y Bodo Eckert, Alótropos de azufre sólidos Alótropos de azufre , en Temas de Química actual , vol. 230, 2003, págs. 1–80, DOI : 10.1007 / b12110 .
  5. ^ Peter William Atkins, Tina Overton, Jonathan Rourke, Mark Weller, Fraser Armstrong, Química inorgánica , Bolonia, Zanichelli, 2012, p. 422, ISBN 978-88-08-05809-6 .
  6. ^ Fred N. Tebbe, E. Wasserman, William G. Peet, Arturs Vatvars y Alan C. Hayman, Composición de azufre elemental en solución: equilibrio de S 6 , S 7 y S 8 a temperaturas ambiente , en Journal of the American Sociedad Química , vol. 104, n. 18, 1982, págs. 4971–4972, DOI : 10.1021 / ja00382a050 .
  7. ^ Beat Meyer, alótropos sólidos de azufre , en Chemical Reviews , vol. 64, n. 4, 1964, págs. 429–451, DOI : 10.1021 / cr60230a004 .
  8. ^ Beat Meyer, azufre elemental , en Chemical Reviews , vol. 76, n. 3, 1976, págs. 367–388, DOI : 10.1021 / cr60301a003 .
  9. ^ Estadísticas de producción de azufre de USGS
  10. ^ (EN) Lixiviación de oro , en doccopper.tripod.com.
  11. ^ Earthlink.net , en home.earthlink.net. Consultado el 24 de diciembre de 2004 (archivado desde el original el 20 de diciembre de 2004) .

Bibliografía

Artículos relacionados

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