What is Soufre?
Soufre (symbol S) is element 16 on the periodic table, a non-métal in period 3, group 16. Yellow, brittle, and responsible for the smell of struck matches, rotten eggs and volcanic vents. At room temperature it is a solid.
Structure
Ce n’est pas un diagramme de points sur des anneaux — c’est un échantillon de Monte-Carlo de la masse volumique de probabilité réelle |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.
Valeurs mesurées
Chaque barre montre où se situe soufre parmi les 118 éléments pour cette propriété.
Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites et non mesurées.
Taille, à l’échelle
Radius 105 pm — that is 0.105 nm, so about 4762 million of them side by side would span a millimetre.
Plage thermique
Soufre is liquid over a 329 K window, from 388 K to 718 K.
L’histoire
Solide jaune à l’odeur caractéristique. Essentiel aux protéines.
Le soufre a la particularité d’être l’un des rares éléments connus des civilisations anciennes sous sa forme pure. Les alchimistes chinois, vers 500 avant notre ère, l’appelaient « liu huang » (jaune coulant) et l’utilisaient dans les premières formulations de poudre à canon. Les anciens Égyptiens employaient le soufre pour la momification et la médecine, tandis que le philosophe grec Pline l’Ancien (23–79 de notre ère) a décrit son utilisation pour la fumigation et à des fins médicinales dans son « Histoire naturelle ».
Le nom de l’élément dérive du latin « sulfurium », apparenté à « sulfur », qui signifie « brûler ». Les anciens Romains le connaissaient sous le nom de « sulphur » et l’associaient à l’activité volcanique, notamment autour du Vésuve et des îles volcaniques de Sicile.
Jabir ibn Hayyan (721–815 de notre ère), considéré comme le père de la chimie, a identifié le soufre comme l’un des principes fondamentaux de la matière dans sa théorie soufre-mercure. Ce polymathe persan proposait que tous les métaux contiennent des proportions variables de soufre et de mercure, une théorie qui a dominé la pensée alchimique pendant des siècles. Son ouvrage « Kitab al-Khawass al-kabir » décrivait les propriétés du soufre et les méthodes de purification.
La compréhension moderne du soufre a commencé avec Antoine Laurent Lavoisier (1743–1794), qui a démontré de manière définitive que le soufre était un élément lors de ses expériences révolutionnaires de 1777. Dans son laboratoire de l’Arsenal de Paris, Lavoisier a démontré que le soufre ne pouvait pas être décomposé en substances plus simples et l’a inclus dans sa célèbre liste de 33 éléments publiée en 1789 dans le « Traité Élémentaire de Chimie ».
L’élève de Lavoisier, Joseph Louis Gay-Lussac (1778–1850), et son collègue Louis Jacques Thénard (1777–1857) ont confirmé en 1809 la nature élémentaire du soufre en montrant que le sulfure d’hydrogène ne contenait que de l’hydrogène et du soufre, sans composants cachés.
L’importance industrielle du soufre a explosé au cours du XIXᵉ siècle. Peregrine Phillips, fabricant britannique de vinaigre, a breveté le procédé de contact pour la production d’acide sulfurique le 15 octobre 1831. Sa méthode utilisait des catalyseurs au platine pour convertir efficacement le dioxyde de soufre en trioxyde de soufre, révolutionnant la fabrication de produits chimiques.
Nicolas Leblanc (1742–1806) avait auparavant mis au point le procédé Leblanc en 1791, qui nécessitait d’énormes quantités d’acide sulfurique pour produire du carbonate de sodium, stimulant la demande mondiale de soufre.
Le chimiste germano-américain Herman Frasch (1851–1914) a résolu le problème de l’extraction du soufre des gisements souterrains grâce à son procédé ingénieux, breveté en 1894. Travaillant pour Union Sulfur Company en Louisiane, Frasch a mis au point une méthode utilisant de l’eau surchauffée (160°C) pour faire fondre le soufre souterrain et de l’air comprimé pour le pousser vers la surface.
Le 26 décembre 1894, à la mine de Sulphur, en Louisiane, le premier puits Frasch a produit du soufre fondu, transformant l’industrie mondiale du soufre. En 1900, la production américaine de soufre avait été multipliée par 100, faisant des États-Unis le premier producteur mondial de soufre.
Eilhard Mitscherlich (1794–1863) a découvert les formes allotropiques du soufre en 1823, en identifiant les cristaux rhombiques et monocliniques. Le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius (1779–1848) a déterminé la masse atomique du soufre à 32.07 en 1818, une valeur remarquablement proche de la valeur acceptée aujourd’hui, 32.065.
Le XXᵉ siècle a permis de comprendre le rôle du soufre en biochimie, notamment grâce à Frederick Gowland Hopkins, qui a découvert les acides aminés contenant du soufre, la cystéine et la méthionine, ce qui lui a valu le prix Nobel de physiologie en 1929.
Applications
Le soufre est principalement transformé en acide sulfurique (H₂SO₄) par le procédé de contact, inventé par Peregrine Phillips en 1831. Ce procédé en trois étapes comprend :
Les usines modernes produisent jusqu’à 3 000 tonnes par jour, avec un rendement de conversion de 99,5 %. Les principaux producteurs comprennent Mosaic Company (Floride) et Nutrien (Canada).
L’acide sulfurique est essentiel à la production d’engrais phosphatés tels que le superphosphate et le superphosphate triple. La réaction Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄ → Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄ produit du phosphore soluble dans l’eau. Cargill et CF Industries exploitent d’immenses installations de transformation du soufre en engrais dans tout le Midwest américain.
L’acide sulfurique élimine les impuretés lors du raffinage du pétrole grâce aux procédés d’alkylation. ExxonMobil et Chevron utilisent de l’acide sulfurique à 40–60 % pour catalyser la combinaison de l’isobutane avec des alcènes, produisant des composants d’essence à indice d’octane élevé. Une seule raffinerie consomme quotidiennement 200–500 tonnes d’acide sulfurique.
L’acide sulfurique lixivie le cuivre des minerais pauvres par lixiviation en tas. Dans les installations de Freeport-McMoRan en Arizona, le minerai concassé est irrigué avec de l’acide sulfurique dilué (pH 1.5–2.0), dissolvant le cuivre sous forme de sulfate de cuivre. Ce procédé récupère 60–90 % du cuivre contenu dans des minerais n’en contenant que 0.4–0.8 %.
Les composés soufrés sont des intermédiaires essentiels :
La découverte de Charles Goodyear en 1839 utilise le soufre élémentaire pour créer des liaisons entre les polymères du caoutchouc. La fabrication moderne de pneus chez Bridgestone et Michelin utilise 1–3 % de soufre en masse, créant des liaisons disulfure entre les chaînes polymères. Ce procédé transforme le caoutchouc souple en un matériau durable et élastique, résistant aux températures extrêmes.
D’où il vient
350 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 86% of elements
Le soufre est le 10ᵉ élément le plus abondant de la croûte terrestre, avec 260 ppm, et le 5ᵉ élément le plus abondant dans le corps humain. L’élément se concentre dans certains environnements géologiques en raison de ses propriétés chimiques uniques et du cycle biologique.
Les cristaux de soufre pur se forment par plusieurs processus géologiques :
Plus de 200 minéraux contenant du soufre existent dans la nature :
Le soufre subit des transformations complexes au cours de processus biologiques :
Le soufre se forme par combustion du silicium dans les étoiles massives (>8 masses solaires), à des températures supérieures à 3 milliards de kelvins. Le processus ²⁸Si + ⁴He → ³²S se produit durant les dernières étapes de l’évolution stellaire. Le soufre-16 possède un « nombre magique » de protons, ce qui le rend exceptionnellement stable. Les météorites contiennent du soufre sous forme de troïlite (FeS) et d’oldhamite (CaS), témoignant de la chimie des débuts du système solaire.
L’eau de mer contient environ 905 ppm de soufre sous forme d’ions sulfate (SO₄²⁻), ce qui en fait le deuxième anion le plus abondant après le chlorure. Les sources hydrothermales des dorsales médio-océaniques déposent des minéraux soufrés issus de la réaction de fluides volcaniques chauds avec l’eau de mer froide, créant des cheminées de « fumeurs noirs » riches en sulfures de cuivre, de zinc et de plomb.
Manipulation
Le soufre élémentaire présente une toxicité remarquablement faible, avec une DL50 orale de >5 000 mg/kg chez le rat, ce qui le rend pratiquement non toxique. Toutefois, les composés soufrés présentent des risques importants :
Soufre élémentaire : stocker dans un endroit frais et sec, à l’écart des oxydants. La poussière de soufre peut créer des risques d’explosion : maintenir l’humidité au-dessus de 65 % et utiliser un équipement antistatique. Mettre tous les conteneurs à la terre et éviter les activités générant des frottements.
Acide sulfurique : stocker dans des conteneurs à double paroi et maintenir la température en dessous de 40°C. Toujours ajouter l’acide à l’eau, jamais l’eau à l’acide. Installer des stations de rinçage oculaire d’urgence à moins de 25 pieds des zones de stockage.
Le soufre brûle à 248°C en produisant du dioxyde de soufre toxique. La poussière de soufre peut former des mélanges explosifs dans l’air (35–1400 g/m³). Utiliser de l’eau pulvérisée pour refroidir le soufre en combustion ; ne jamais utiliser de CO₂ ni d’extincteurs à poudre chimique sur de grands incendies de soufre.
Réponses rapides
Soufre (symbol S) is element 16 on the periodic table, a non-métal in period 3, group 16. Yellow, brittle, and responsible for the smell of struck matches, rotten eggs and volcanic vents. At room temperature it is a solid.
[Ne] 3s² 3p⁴, giving 3 occupied shells holding 2, 8, 6 electrons respectively. Its outer shell holds 6 electrons, which is what sets its bonding behaviour.Soufre melts at 388.4 K (115.2 °C) and boils at 717.8 K (444.7 °C).
The standard atomic weight of Soufre is 32.06 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Soufre has a density of 2.067 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of soufre is about 2.1× heavier.
Soufre has a Pauling electronegativity of 2.58. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Soufre has been known since antiquity — it occurs in a form usable without smelting, so no single person can be credited with its discovery. The name comes from sanskrit sulvere, via Latin sulphurium.
Soufre makes up about 350 mg/kg of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.