Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos — es una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² de cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que permite la formación de enlaces.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa azufre entre los 118 elementos según esa propiedad.
Fuentes: pesos atómicos estándar de la IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Los valores marcados con ~ son predichos y no medidos.
Tamaño, a escala
Radio de 105 pm: es decir, 0,105 nm, por lo que aproximadamente 4,76 millones de ellos, uno al lado del otro, abarcarían un milímetro.
Intervalo térmico
Azufre es líquido en un intervalo de 329 K, desde 388 K hasta 718 K.
La historia
Sólido amarillo con un olor característico. Esencial para las proteínas.
El azufre tiene la particularidad de ser uno de los pocos elementos conocidos por las civilizaciones antiguas en su forma pura. Los alquimistas chinos, alrededor del 500 a. C., lo llamaban «liu huang» (amarillo que fluye) y lo utilizaban en las primeras formulaciones de pólvora. Los antiguos egipcios empleaban azufre para la momificación y la medicina, mientras que el filósofo griego Plinio el Viejo (23-79 d. C.) documentó su uso para la fumigación y con fines medicinales en su «Historia natural».
El nombre del elemento deriva del latín «sulfurium», relacionado con «sulfur», que significa «arder». Los antiguos romanos lo conocían como «sulphur» y lo asociaban con la actividad volcánica, especialmente alrededor del monte Vesubio y las islas volcánicas de Sicilia.
Jabir ibn Hayyan (721-815 d. C.), considerado el padre de la química, identificó el azufre como uno de los principios fundamentales de la materia en su teoría del azufre y el mercurio. Este polímata persa propuso que todos los metales contenían proporciones variables de azufre y mercurio, una teoría que dominó el pensamiento alquímico durante siglos. Su obra «Kitab al-Khawass al-kabir» describía las propiedades del azufre y sus métodos de purificación.
La comprensión moderna del azufre comenzó con Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794), quien demostró definitivamente que el azufre era un elemento en sus innovadores experimentos de 1777. En su laboratorio del Arsenal de París, Lavoisier demostró que el azufre no podía descomponerse en sustancias más simples y lo incluyó en su famosa lista de 33 elementos de 1789, en «Traité Élémentaire de Chimie».
El discípulo de Lavoisier, Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850), y su colega Louis Jacques Thénard (1777-1857) confirmaron aún más la naturaleza elemental del azufre en 1809 al demostrar que el sulfuro de hidrógeno contenía únicamente hidrógeno y azufre, sin componentes ocultos.
La importancia industrial del azufre se disparó durante el siglo XIX. Peregrine Phillips, fabricante británico de vinagre, patentó el proceso de contacto para producir ácido sulfúrico el 15 de octubre de 1831. Su método utilizaba catalizadores de platino para convertir eficazmente el dióxido de azufre en trióxido de azufre, revolucionando la fabricación de productos químicos.
Nicolas Leblanc (1742-1806) había desarrollado anteriormente el proceso Leblanc en 1791, que requería enormes cantidades de ácido sulfúrico para producir carbonato de sodio, impulsando la demanda mundial de azufre.
El químico germano-estadounidense Herman Frasch (1851-1914) resolvió el desafío de extraer azufre de depósitos subterráneos con su ingenioso proceso, patentado en 1894. Mientras trabajaba para Union Sulfur Company en Luisiana, Frasch desarrolló un método que utilizaba agua sobrecalentada (160°C) para fundir el azufre subterráneo y aire comprimido para llevarlo a la superficie.
El 26 de diciembre de 1894, en la mina de Sulphur, Luisiana, el primer pozo Frasch produjo azufre fundido, transformando la industria mundial del azufre. Para 1900, la producción estadounidense de azufre había aumentado cien veces, convirtiendo a Estados Unidos en el principal productor mundial de azufre.
Eilhard Mitscherlich (1794-1863) descubrió las formas alotrópicas del azufre en 1823, identificando cristales rómbicos y monoclínicos. El químico sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) determinó que la masa atómica del azufre era 32.07 en 1818, un valor notablemente cercano al valor aceptado actualmente de 32.065.
El siglo XX aportó conocimientos sobre el papel del azufre en la bioquímica, cuando Frederick Gowland Hopkins descubrió los aminoácidos que contienen azufre, cisteína y metionina, lo que le valió el Premio Nobel de Fisiología de 1929.
Aplicaciones
El azufre se convierte principalmente en ácido sulfúrico (H₂SO₄) mediante el proceso de contacto, inventado por Peregrine Phillips en 1831. Este proceso de tres etapas incluye:
Las plantas modernas producen hasta 3.000 toneladas al día, con una eficiencia de conversión del 99,5%. Entre los mayores productores se encuentran Mosaic Company (Florida) y Nutrien (Canadá).
El ácido sulfúrico es esencial para producir fertilizantes fosfatados como el superfosfato y el superfosfato triple. La reacción Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄ → Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄ crea fósforo soluble en agua. Cargill y CF Industries operan enormes instalaciones de conversión de azufre en fertilizantes por todo el Medio Oeste estadounidense.
El ácido sulfúrico elimina impurezas durante la refinación del petróleo mediante procesos de alquilación. ExxonMobil y Chevron usan ácido sulfúrico al 40-60% para catalizar la combinación de isobutano con alquenos, produciendo componentes de gasolina de alto octanaje. Una sola refinería consume entre 200 y 500 toneladas de ácido sulfúrico al día.
El ácido sulfúrico extrae cobre de minerales de baja ley mediante la lixiviación en pilas. En las operaciones de Freeport-McMoRan en Arizona, el mineral triturado se riega con ácido sulfúrico diluido (pH 1.5-2.0), disolviendo el cobre en forma de sulfato de cobre. Este proceso recupera entre el 60 y el 90% del cobre de minerales que contienen solo entre 0.4 y 0.8% de cobre.
Los compuestos de azufre son intermediarios esenciales:
El descubrimiento de Charles Goodyear en 1839 utiliza azufre elemental para crear enlaces cruzados entre los polímeros del caucho. La fabricación moderna de neumáticos en Bridgestone y Michelin utiliza entre 1 y 3% de azufre en masa, creando enlaces disulfuro entre las cadenas poliméricas. Este proceso transforma el caucho blando en un material duradero y elástico, resistente a temperaturas extremas.
De dónde procede
350 mg/kg de la corteza terrestre · más abundante que el 86 % de los elementos
El azufre es el décimo elemento más abundante en la corteza terrestre, con 260 ppm, y el quinto más abundante en el cuerpo humano. El elemento se concentra en entornos geológicos específicos debido a sus propiedades químicas únicas y a los ciclos biológicos.
Los cristales de azufre puro se forman mediante varios procesos geológicos:
En la naturaleza existen más de 200 minerales que contienen azufre:
El azufre experimenta transformaciones complejas mediante procesos biológicos:
El azufre se forma mediante la combustión del silicio en estrellas masivas (>8 masas solares) a temperaturas superiores a 3.000 millones de Kelvin. El proceso ²⁸Si + ⁴He → ³²S ocurre durante las etapas finales de la evolución estelar. El azufre-16 tiene un «número mágico» de protones, lo que lo hace inusualmente estable. Los meteoritos contienen azufre en forma de troilita (FeS) y oldhamita (CaS), lo que aporta evidencias de la química del sistema solar primitivo.
El agua de mar contiene aproximadamente 905 ppm de azufre en forma de iones sulfato (SO₄²⁻), lo que lo convierte en el segundo anión más abundante después del cloruro. Las fuentes hidrotermales de las dorsales oceánicas depositan minerales de azufre debido a la reacción de fluidos volcánicos calientes con agua de mar fría, creando chimeneas «black smoker» ricas en sulfuros de cobre, zinc y plomo.
Manejo
El azufre elemental tiene una toxicidad notablemente baja, con una DL50 oral de >5.000 mg/kg en ratas, por lo que prácticamente no es tóxico. Sin embargo, los compuestos de azufre presentan peligros importantes:
Azufre elemental: Almacenar en lugares frescos y secos, alejados de oxidantes. El polvo de azufre puede crear riesgos de explosión; mantener la humedad por encima del 65% y utilizar equipos antiestáticos. Conectar a tierra todos los recipientes y evitar actividades que generen fricción.
Ácido sulfúrico: Almacenar en recipientes de doble pared y mantener la temperatura por debajo de 40°C. Añadir siempre el ácido al agua, nunca el agua al ácido. Instalar estaciones de lavado ocular de emergencia a menos de 25 pies de las áreas de almacenamiento.
El azufre arde a 248°C y produce dióxido de azufre tóxico. El polvo de azufre puede formar mezclas explosivas con el aire (35-1400 g/m³). Usar agua pulverizada para enfriar el azufre en combustión; nunca utilizar extintores de CO₂ ni de polvo químico seco en incendios grandes de azufre.
Respuestas rápidas
Azufre (símbolo S) es el elemento 16 de la tabla periódica, un no metal del periodo 3, grupo 16. Amarillo, frágil y responsable del olor de las cerillas encendidas, los huevos podridos y las fumarolas volcánicas. A temperatura ambiente es un sólido.
[Ne] 3s² 3p⁴, con 3 capas ocupadas y la distribución 2, 8, 6. Su capa externa contiene 6 electrones, lo que determina su comportamiento en los enlaces.Azufre se funde a 388.4 K (115.2 °C) y hierve a 717.8 K (444.7 °C).
La masa atómica estándar de Azufre es 32.06 u. Es un promedio ponderado de sus isótopos naturales, por lo que rara vez es un número entero.
Azufre tiene una densidad de 2.067 g/cm³. El agua tiene una densidad de 1.0 g/cm³, por lo que un bloque de Azufre es aproximadamente 2.1 veces más pesado.
Azufre tiene una electronegatividad de Pauling de 2.58. La escala va de 0.70 (francio, el que menos atrae a los electrones) a 3.98 (flúor, el que más). Los valores de esta franja intermedia tienden a formar enlaces covalentes en lugar de enlaces fuertemente iónicos.
Azufre se conoce desde la Antigüedad: se encuentra en una forma que puede utilizarse sin fundición, por lo que no se puede atribuir su descubrimiento a una sola persona. El nombre proviene de sánscrito sulvere, a través del latín sulphurium.
Azufre constituye aproximadamente 350 mg/kg de la corteza terrestre; es lo bastante común como para extraerse a gran escala.