ZOLFO: STORIA, PROPRIETÀ, STRUTTURA, OTTENIMENTO, USI - CHIMICA - 2025

Lo zolfo è un elemento non metallico che conduce, sotto l'ossigeno, il gruppo dei calcogeni della tavola periodica. Si trova nello specifico nel gruppo 16 con periodo 3, ed è rappresentato dal simbolo chimico S. Dei suoi isotopi naturali, ³² S è di gran lunga il più abbondante (circa il 94% di tutti gli atomi di zolfo).

È uno degli elementi più abbondanti sulla Terra, costituendo circa il 3% della sua massa totale. In altre parole, se si prendesse tutto lo zolfo del pianeta, si potrebbero costruire due lune gialle; ci sarebbero tre satelliti invece di uno. Può adottare vari stati di ossidazione (+2, -2, +4 e +6), quindi i suoi sali sono numerosi e arricchiscono la crosta terrestre e il nucleo.

Cristalli di zolfo. Fonte: Pixabay.

Lo zolfo è sinonimo di giallo, cattivi odori e inferno. Il motivo principale dei suoi cattivi odori è dovuto ai suoi composti derivati; soprattutto bibite e quelle organiche. Del resto, i suoi minerali sono solidi e hanno colori che includono giallo, grigio, nero e bianco (tra gli altri).

È uno degli elementi che più presenta un gran numero di allotropi. Può essere trovato come molecole piccole e discrete di S ₂ o S ₃ ; come anelli o cicli, essendo lo zolfo ortorombico e monoclino S ₈ il più stabile e abbondante di tutti; e come catene elicoidali.

Non si trova solo nella crosta terrestre sotto forma di minerali, ma anche nelle matrici biologiche dei nostri corpi. Ad esempio, è negli aminoacidi cistina, cisteina e metionina, nelle proteine ​​del ferro, nella cheratina e in alcune vitamine. È presente anche in aglio, pompelmo, cipolle, cavoli, broccoli e cavolfiori.

Chimicamente è un elemento morbido, e in assenza di ossigeno forma minerali solforosi e solfati. Brucia con una fiamma bluastra e può apparire come un solido amorfo o cristallino.

Nonostante sia essenziale per la sintesi dell'acido solforico, una sostanza altamente corrosiva e che abbia odori sgradevoli, in realtà è un elemento benigno. Lo zolfo può essere immagazzinato in qualsiasi spazio senza grandi precauzioni, purché si evitino gli incendi.

Storia dello zolfo

Nella Bibbia

Lo zolfo è uno degli elementi più antichi nella storia dell'umanità; tanto che la sua scoperta è incerta e non si sa quale delle antiche civiltà lo abbia utilizzato per la prima volta (4000 anni prima di Cristo). Nelle stesse pagine della Bibbia, si può trovare che accompagna l'inferno e l'inferno.

Si ritiene che il presunto odore di zolfo dell'inferno abbia a che fare con le eruzioni vulcaniche. Il suo primo scopritore deve sicuramente essersi imbattuto in mine di questo elemento come terre di polvere o cristalli gialli nelle vicinanze di un vulcano.

antichità

Questo solido giallastro dimostrò presto notevoli effetti curativi. Ad esempio, gli egiziani usavano lo zolfo per trattare l'infiammazione delle palpebre. Ha anche alleviato la scabbia e l'acne, un'applicazione che può essere vista oggi nei saponi di zolfo e in altri articoli dermatologici.

I romani usavano questo elemento nei loro rituali, come fumigante e candeggina. Quando brucia rilascia SO ₂ , un gas che ha inondato gli ambienti, mescolandosi con l'umidità e fornendo un ambiente antibatterico in grado di uccidere gli insetti.

I romani, come i greci, scoprirono l'elevata combustibilità dello zolfo, motivo per cui divenne sinonimo di fuoco. Il colore delle sue fiamme bluastre deve aver illuminato i circhi romani. Si ritiene che i greci, da parte loro, usassero questo elemento per creare armi incendiarie.

I cinesi, da parte loro, hanno imparato che mescolando lo zolfo con il salnitro (KNO ₃ ) e il carbone, hanno creato il materiale polvere nera che ha segnato una svolta storica, e che ha suscitato grande richiesta e interesse per questo minerale nelle nazioni dell'epoca.

Tempi moderni

Come se la polvere da sparo non fosse una ragione sufficiente per desiderare lo zolfo, l'acido solforico e le sue applicazioni industriali sono presto emerse. E con la bacchetta di acido solforico, la quantità di ricchezza o prosperità di un paese è stata misurata in relazione ai suoi livelli di consumo di questo composto.

Fu solo nel 1789 che il brillante chimico Antoine Lavoisier fu in grado di riconoscere lo zolfo e classificarlo come un elemento. Poi nel 1823 il chimico tedesco Eilhard Mitscherlich scoprì che lo zolfo può cristallizzare prevalentemente in due modi: romboedrico e monoclino.

La storia dello zolfo ha seguito lo stesso corso dei suoi composti e applicazioni. Con l'enorme importanza industriale dell'acido solforico, è stata accompagnata dalla vulcanizzazione delle gomme, dalla sintesi della penicillina, dallo sfruttamento delle miniere, dalla raffinazione del petrolio grezzo ricco di zolfo, dalla nutrizione dei suoli, ecc.

Proprietà

Aspetto fisico

Solido fragile in polvere o cristallo. Il suo colore è giallo limone opaco, è insapore e inodore.

Aspetto liquido

Lo zolfo liquido è unico in quanto il suo colore giallo iniziale diventa rossastro e si intensifica e si scurisce se sottoposto ad alte temperature. Quando brucia, emette fiamme blu brillante.

Massa molare

32 g / mol.

Punto di fusione

115,21 ° C.

Punto di ebollizione

445 ° C.

punto di accensione

160 ° C.

Temperatura di autoaccensione

232 ° C.

Densità

2,1 g / mL. Tuttavia, altri allotropi possono essere meno densi.

Capacità termica molare

22,75 J / mol K

Raggio covalente

105 ± 3 pm.

elettronegatività

2,58 della scala Pauling.

Polarità

I legami SS sono apolari perché entrambi gli atomi di zolfo hanno la stessa elettronegatività. Questo rende tutti i suoi allotropi, ciclici oa forma di catena, non polari; e quindi le sue interazioni con l'acqua sono inefficienti e non può essere solubilizzato in essa.

Tuttavia, lo zolfo può essere sciolto in solventi non polari come il disolfuro di carbonio, CS ₂ e aromatici (benzene, toluene, xilene, ecc.).

ione

Lo zolfo può formare vari ioni, solitamente anioni. Il più noto di tutti è lo zolfo, S ^2- . S ^2- si caratterizza per essere ingombrante e ha una morbida base Lewis.

Poiché è una base morbida, la teoria afferma che tenderà a formare composti con acidi morbidi; come cationi di metalli di transizione, inclusi Fe ²⁺ , Pb ²⁺ e Cu ²⁺ .

Struttura e configurazione elettronica

La corona di zolfo

Molecola S8, l'allotropo più stabile e abbondante dello zolfo. Fonte: Benjah-bmm27.

Lo zolfo può essere presente in un'ampia varietà di allotropi; e questi a loro volta hanno strutture cristalline che vengono modificate a differenti pressioni e / o temperature. Lo zolfo è quindi un elemento ricco di allotropi e polimorfi, e lo studio delle sue strutture solide rappresenta una fonte inesauribile di lavoro teorico-sperimentale.

Perché tanta complessità strutturale? Per cominciare, i legami covalenti nello zolfo (SS) sono molto forti, essendo superati solo da quelli del carbonio, CC, e da quello dell'idrogeno, HH.

Lo zolfo, a differenza del carbonio, non tende a formare tetraedri ma boomerang; che con i loro angoli si piegano e risuonano per stabilizzare le catene di zolfo. L'anello più noto di tutti, che rappresenta anche l'allotropo più stabile dello zolfo, è S ₈ , la "corona di zolfo" (immagine in alto).

Nota che tutti i collegamenti SS nell'S ₈ sembrano boomerang individuali, risultando in un anello con pieghe e per niente piatto. Queste corone S ₈ interagiscono attraverso le forze di Londra, orientandosi in modo tale da creare schemi strutturali che definiscono un cristallo ortorombico; chiamato S ₈ α (S-α, o semplicemente zolfo ortorombico).

polimorfi

La corona di zolfo è uno dei tanti allotropi per questo elemento. S ₈ α è un polimorfo di questa corona. Ce ne sono altri due (tra i più importanti) chiamati S ₈ β e S ₈ γ (S-β e S-γ, rispettivamente). Entrambi i polimorfi cristallizzano in strutture monocline, con S ₈ γ più denso (zolfo gamma).

Tutti e tre sono solidi gialli. Ma come si ottiene ogni polimorfo separatamente?

S ₈ β viene preparato riscaldando S ₈ α a 93 ° C, quindi permettendo al suo lento raffreddamento di rallentare la sua transizione verso la fase ortorombica (la α). E S ₈ γ, invece, si ottiene quando S ₈ α fonde a 150 ° C, lasciandolo nuovamente raffreddare lentamente; è il più denso dei polimorfi della corona di zolfo.

Altri allotropi ciclici

La corona S ₈ non è l'unico allotropo ciclico. Ce ne sono altri come S ₄ , S ₅ (analogo al ciclopentano), S ₆ (rappresentato da un esagono come il cicloesano), S ₇ , S ₉ e S _10-20 ; quest'ultimo significa che ci possono essere anelli o cicli contenenti da dieci a venti atomi di zolfo.

Ciascuno di loro rappresenta differenti allotropi ciclici di zolfo; ea loro volta, per enfatizzarlo, hanno varietà di polimorfi o strutture polimorfiche che dipendono dalla pressione e dalla temperatura.

Ad esempio, S ₇ ha fino a quattro polimorfi noti: α, β, γ e δ. Gli elementi o le corone di masse molecolari superiori sono prodotti di sintesi organica e non predominano in natura.

Catene di zolfo

Catena di zolfo. Fonte: OpenStax

Man mano che più atomi di zolfo vengono incorporati nella struttura, la loro tendenza ad anello diminuisce e le catene di zolfo rimangono aperte e adottano conformazioni elicoidali (come se fossero spirali o viti).

E così emerge un'altra voluminosa famiglia di allotropi di zolfo che non è costituita da anelli o cicli ma da catene (come quella nell'immagine sopra).

Quando queste catene SS si allineano in parallelo nel cristallo, intrappolano le impurità e finiscono per definire un solido fibroso chiamato zolfo fibroso, o S-ψ. Se tra queste catene parallele ci sono legami covalenti che le interconnettono (come accade con la vulcanizzazione della gomma), abbiamo lo zolfo laminare.

Quando lo zolfo S _{8 si} scioglie, si ottiene una fase liquida giallastra che può diventare scura se la temperatura viene aumentata. Questo perché i legami SS sono rotti e quindi si verifica un processo di depolimerizzazione termica.

Questo liquido una volta raffreddato mostra caratteristiche plastiche e quindi vetrose; cioè si ottiene uno zolfo vetroso e amorfo (S-χ). La sua composizione è composta da anelli e catene di zolfo.

E quando si ottiene una miscela dell'allotropo fibroso e laminare dallo zolfo amorfo, si produce Crystex, un prodotto commerciale utilizzato per la vulcanizzazione della gomma.

Piccoli allotropi

Sebbene siano lasciati per ultimi, non sono meno importanti (o interessanti) degli allotropi di masse molecolari più elevate. Le molecole S ₂ e S ₃ sono le versioni solforate di O ₂ e O ₃ . Nel primo, due atomi di zolfo sono uniti con un doppio legame, S = S, e nel secondo ci sono tre atomi con strutture di risonanza, S = SS.

Sia S ₂ che S ₃ sono gassosi. S _{3 si} presenta con un colore rosso ciliegia. Entrambi hanno abbastanza materiale bibliografico per coprire ogni singolo articolo.

Configurazione elettronica

La configurazione elettronica per l'atomo di zolfo è:

3s ² 3p ⁴

Può guadagnare due elettroni per completare il suo ottetto di valenza e quindi avere uno stato di ossidazione di -2. Allo stesso modo, può perdere elettroni, a partire da due nei suoi orbitali 3p, il suo stato di ossidazione è +2; se perdi altri due elettroni, con i loro orbitali 3p vuoti, il tuo stato di ossidazione sarà +4; e se perdi tutti gli elettroni, sarà +6.

Ottenere

mineralogica

Lo zolfo fa parte di molti minerali. Tra questi ci sono pirite (FeS ₂ ), galena (PbS), covellite (CuS) e altri minerali solfati e solfuri. Lavorandoli, non solo i metalli possono essere estratti, ma anche lo zolfo dopo una serie di reazioni riduttive.

Può essere ottenuto anche in modo puro in bocche vulcaniche, dove all'aumentare della temperatura si scioglie e si riversa a valle; E se prende fuoco, di notte sembrerà lava bluastra. Attraverso un duro lavoro e un faticoso lavoro fisico, lo zolfo può essere raccolto proprio come si faceva abbastanza spesso in Sicilia.

Lo zolfo può anche essere trovato nelle miniere sotterranee, che sono fatte per pompare acqua surriscaldata per scioglierla e portarla in superficie. Questo processo di ottenimento è noto come Processo Frasch, attualmente poco utilizzato.

Olio

Oggi la maggior parte dello zolfo proviene dall'industria petrolifera, poiché i suoi composti organici fanno parte della composizione del petrolio greggio e dei suoi derivati ​​raffinati.

Se un prodotto grezzo o raffinato è ricco di zolfo e subisce l'idrodesolforazione, rilascerà grandi quantità di H ₂ S (gas puzzolente che odora di uova marce):

RSR + 2 H ₂ → 2 RH + H ₂ S

L'H ₂ S viene quindi trattato chimicamente nel processo di Clauss, riassunto con le seguenti equazioni chimiche:

3 O ₂ + 2 H ₂ S → 2 SO ₂ + 2 H ₂ O

SO ₂ + 2 H ₂ S → 3 S + 2 H ₂ O

applicazioni

Alcuni degli usi per lo zolfo sono menzionati di seguito e in modo generale:

- È un elemento essenziale sia per le piante che per gli animali. È anche presente in due amminoacidi: cisteina e metionina.

- È la materia prima per l'acido solforico, un composto coinvolto nella preparazione di innumerevoli prodotti commerciali.

- Nell'industria farmaceutica viene utilizzato per la sintesi di derivati ​​dello zolfo, essendo la penicillina il più noto degli esempi.

- Permette la vulcanizzazione delle gomme interconnettendo le catene polimeriche con legami SS.

- Il suo colore giallo e le sue miscele con altri metalli lo rendono desiderabile nell'industria dei pigmenti.

- Mescolato con una matrice inorganica, come sabbia e rocce, cemento e asfalto solforato vengono preparati per sostituire il bitume.

Rischi e precauzioni

Lo zolfo di per sé è una sostanza innocua e non tossica e non presenta rischi potenziali, a meno che non reagisca per formare altri composti. I suoi sali solfati non sono pericolosi e possono essere maneggiati senza grandi precauzioni. Tuttavia, non è il caso dei suoi derivati ​​gassosi: SO ₂ e H ₂ S, entrambi altamente tossici.

Se è in fase liquida, può provocare gravi ustioni. Se ingerito in grandi quantità può innescare la produzione di H ₂ S nell'intestino. Altrimenti non rappresenta alcun rischio per chi lo mastica.

In termini generali, lo zolfo è un elemento sicuro che non richiede troppe precauzioni, se non per tenerlo lontano dal fuoco e da forti agenti ossidanti.

Riferimenti

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