Propiedades de azufre

AZUFRE

ESTADO NATURAL

El azufre esta ampliamente distribuido en la naturaleza, como elemento, como H2S (en combustibles fósiles y aguas naturales) y SO2 (por ejemplo, en las erupciones volcánicas), en numerosos metales de sulfuros y sulfatos tales como la anhidrita (CaSO4), etc. Esta presente en el petróleo crudo, en el carbón y en el gas natural como H2S; de aquí se recupera en grandes cantidades según la reacción :

2H2S + SO2 3S + 2H2O

PROPIEDADES DEL AZUFRE

Símbolo S

Número Atómico 16

Valencia -2; -4; 0; +4; +6.

Estado de Oxidación -2

Punto de Fusión (ºC) 119ºC

Punto de Ebullición (ºC) 444,6ºC

Masa Atómica (g/mol) 32,064

Densidad (g/ml) 2,07

Electronegatividad 2,5

Grupo y Periodo Grupo VIA, Periodo 3

Configuración Electrónica [Ne]3s23p4

Isótopos Estables 32S (95.1%); 33S (0.74%); 34S (4.2%) y 36S (0.016%)

Abundancia Terrestre 0,052% (corteza terrestre y agua de mar)

El azufre es un elemento químico de carácter no metálico, de color amarillo, es blando, frágil, ligero, pésimo conductor del calor que a su vez desprende un olor característico a huevo podrido y arde con llama de color azul desprendiendo dióxido de azufre. Es insoluble en agua pero se disuelve en sulfuro de carbono, benceno, anilina caliente, tetracloruro de carbono y amoníaco líquido.

El azufre que se explota comercialmente se puede encontrar en distintas formas en la naturaleza, se pueden destacar cuatro, ya sea en estado nativo (libre) o combinado.

1. Se encuentra en estado libre en yacimientos de origen volcánico formando depósitos a flor de tierra, llamados solfataras.

2. En yacimientos de origen sedimentarios formando depósitos bajo tierra o solfataras.

3. Se encuentra formando parte de los numerosos minerales, sulfuros y sulfatos, como la calcopirita, CuFeS2, Calena, PbS, Pirita, FeS2 y el yeso, CaSO4 * 2H2O.

4. Formando parte de muchas sustancias orgánicas de origen animal y vegetal, como los aceites de ajo y de mostaza, los huevos, los pelos y las proteínas.

Existen varias modificaciones alotrópicas del azufre, agregaciones moleculares que difieren en solubilidad, densidad, forma cristalina, etc. Al igual que otras sustancias, el azufre presenta también la Alotropía dinámica, es decir, varios alótropos coexisten en equilibrio en proporciones definidas, que dependen de la temperatura, en los estados sólidos, líquidos y de vapor. Las formulas de los varios estados alotrópicos van desde S1 hasta Sn; n es un número grande, pero desconocido. Los alótropos que pueden hallarse en una muestra dada de azufre dependen en gran parte de su historia térmica, de la cantidad y tipo de las sustancias extrañas presentes y del tiempo transcurrido para llegar al equilibrio.

En los estados sólidos y líquidos, los alótropos principales son S1 S y S. De éstos sólo es estable el S(20). S cambia rápidamente a S, que pasa a ser S, aunque lentamente. S y S son solubles en el sulfuro de carbono; S es insoluble. S se encuentra en tres modificaciones cristalinas alotrópicas: rómbica (Sr), monocíclico (Sm) y azufre amorfo (Sa), que se diferencian entre sí por el distinto ordenamiento de los átomos de azufre octoatómico (S8). Estas variedades poseen color y formas particulares; difieren en la solubilidad y densidad, pero su comportamiento químico es similar. A la temperatura ambiente, el azufre se presenta como un sólido cristalino, el azufre octaédrico; al calentarlo hasta 96°C se transforma en azufre monociclico. Por encima de los 119°C funde, transformándose en un líquido móvil, amarillo claro. Si se lo sigue calentando se obtiene un líquido menos fluido, oscuro. A 445°C dicho líquido hierve, transformándose en vapores amarillos que por enfriamiento, se condensan y dan como resultado una mezcla de azufre rómbico y amorfo, llamado flor de azufre. En estado gaseoso el azufre se presenta en forma de moléculas biatómicas principalmente, lo que lo hace muy semejante al oxígeno en su comportamiento.

COMPUESTOS DEL AZUFRE

El azufre es un elemento activo que se combina verdaderamente con la mayor parte de los elementos químicos conocidos, siendo excepciones el oro, platino, iridio y gases inertes. Forma anhídrido sulfuroso cuando se oxida lentamente con el oxígeno del aire. Se produce ácido sulfhídrico cuando el azufre reacciona con el clorhídrico, reacción que solo es posible en presencia de hierro. Cuando esta el azufre al rojo se combina con carbono para dar sulfuro de carbono, proceso de interés industrial. El azufre se combina directamente con los halógeno para dar sulfuros de esté. El azufre también se une con la mayoría de los metales formando sulfuros metálicos iónicos y reacciona con el oxígeno o el cloro para formar óxido y cloruros covalentes, en los que se encuentra en estado de oxidación positivo.

Los compuestos más importantes son:

a- Sulfuro de Hidrógeno: De fórmula molecular H2S, este gas incoloro altamente tóxico desprende un olor desagradable. Es soluble en agua. Se obtiene por reacción directa de sus elementos a altas temperaturas

H2 + S  H2S (310ºC)

El sulfuro de hidrógeno o ácido sulfhídrico se prepara industrialmente, en escala de laboratorio tratando el sulfuro de hierro (II), un común mineral negro de hierro, con ácido Sulfúrico:

FeS (s) + H2SO4 (aq)  H2S + FeSO4(aq)

Debido a la descomposición de la materia por bacterias, el Sulfuro de Hidrógeno se forma en los pantanos, pozos petroleros, minas, amontonamientos de hulla, depósitos de la estiércol y en los albañales. Una ligera exposición a este gas produce inflamación de la garganta, dolor de cabeza, malestar estomacal y mareo. Cuando se respira en grandes cantidades es mortal.

En suficiente aire, el Ácido Sulfhídrico gaseoso arde con una llama azulada, formando vapor de agua y dióxido de azufre gaseoso, de olor irritante.

2H2S (g) + 3O2  2H20(g) + 2SO2 (g)

La combustión incompleta del H2S gaseoso forma agua, como en el caso anterior, pero se produce azufre en lugar de dióxido de azufre.

b- Óxidos de Azufre:

- Monóxido de azufre; monóxido de diazufre: El birradical SO, extremadamente reactivo se puede obtener por calentamiento de los óxidos de tirano. Este y el dímero (SO)2 sólo tienen milisegundos de vida.

El monóxido de diazufre es un gas incoloro que se puede obtener por calentamiento de CuO y S8 en el vacío, o pasar SO2Cl2 sobre Ag2S en caliente. Es mas estable que el SO y se puede mantener a baja presión hasta por unos días, pero se polimeriza fácilmente a bajas temperaturas. Tiene la estructura angular SSO.

- Dióxidos de Azufre: Los dióxidos se obtienen quemando los elementos en el aire, aunque también se forman pequeñas cantidades de SO3 cuando se quema azufre. También se produce dióxido de azufre al calcinar muchos disulfuros en el aire y cuando se queman combustibles que contienen azufre (petróleos y carbón mineral).

El dióxido de azufre es un débil reductor en soluciones ácidas, pero poderoso en soluciones básicas, donde se forma el ión sulfito.

- Trióxido de azufre: El SO3 se obtiene por reacción del dióxido de azufre con oxigeno molecular, una reacción favorable termodinámicamente pero muy lenta en ausencia de un catalizador. El SO3 reacciona vigorosamente con el agua para dar ácido sulfúrico. Comercialmente, y por razones prácticas, el SO3 se absorbe en ácido sulfúrico para dar oleum, que luego se diluye.

MÉTODOS DE OBTENCIÓN DEL AZUFRE

1- Método de Frasch:

Este método utiliza un equipo común de los pozos petroleros para hacer las perforaciones hasta el fondo de los estratos cargados de azufre, a una profundidad entre 150 y 750 metros bajo tierra. Se introduce un juego de tres tubos concéntricos, cuyos diámetros varían entre 3 y 20 cm, a través del estrato que contiene el azufre y se mantiene en la porción superior de la anhidrita estéril. Se pasa un tubo de 10 cm a través del de 20 cm, de modo que quede un espacio anular entre los dos, extendiéndolo casi hasta el fondo de la roca cargada de azufre, y se le apoya en un collar que sella el espacio anular entre los tubos de 20 y 10 cm. Un tubo para aire, de 3 cm de diámetro, dentro de los otros, llega hasta una profundidad ligeramente por encima del collar. El tubo de 20 cm se perfora en dos niveles diferentes, uno encima y otro debajo del collar anular. El conjunto superior de perforaciones permite que se escape el agua caliente, y el azufre fundido entra al sistema a través de las perforaciones inferiores.

Esta operación utiliza agua caliente de unos 160ºC aproximadamente que pasa por los tubos de 20 y 10 cm, la que permite que se funda el mineral

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