S · Elemento 16 · Non metallo
Giallo, friabile e responsabile dell'odore dei fiammiferi appena accesi, delle uova marce e delle bocche vulcaniche.
Struttura
Non è un diagramma di punti su gusci — è un campione Monte Carlo dell'effettiva densità di probabilità |ψ|² per ogni sottoguscio occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il violetto indicano i segni opposti della funzione d'onda, che rendono possibile la formazione dei legami.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca zolfo tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati con ~ sono previsti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Raggio 105 pm — cioè 0,105 nm, quindi ne servirebbero circa 4,76 milioni affiancati per coprire un millimetro.
Intervallo termico
Zolfo è liquido in un intervallo di 329 K, da 388 K a 718 K.
La storia
Solido giallo dall'odore caratteristico. Essenziale per le proteine.
Lo zolfo ha la particolarità di essere uno dei pochi elementi conosciuti dalle civiltà antiche nella sua forma pura. Gli alchimisti cinesi intorno al 500 a.C. lo chiamavano "liu huang" (giallo fluente) e lo usavano nelle prime formulazioni della polvere da sparo. Gli antichi Egizi impiegavano lo zolfo per la mummificazione e la medicina, mentre il filosofo greco Plinio il Vecchio (23-79 d.C.) ne documentò l'uso per la fumigazione e a scopo medicinale nella sua "Naturalis Historia".
Il nome dell'elemento deriva dal latino "sulfurium", collegato a "sulfur", che significa "bruciare". Gli antichi Romani lo conoscevano come "sulphur" e lo associavano all'attività vulcanica, in particolare nei dintorni del Vesuvio e delle isole vulcaniche della Sicilia.
Jabir ibn Hayyan (721-815 d.C.), considerato il padre della chimica, identificò lo zolfo come uno dei principi fondamentali della materia nella sua teoria zolfo-mercurio. Questo poliedrico persiano propose che tutti i metalli contenessero proporzioni variabili di zolfo e mercurio, una teoria che dominò il pensiero alchemico per secoli. La sua opera "Kitab al-Khawass al-kabir" descriveva le proprietà dello zolfo e i metodi di purificazione.
La comprensione moderna dello zolfo iniziò con Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794), che dimostrò definitivamente che lo zolfo era un elemento nei suoi innovativi esperimenti del 1777. Lavorando nel suo laboratorio all'Arsenale di Parigi, Lavoisier dimostrò che lo zolfo non poteva essere scomposto in sostanze più semplici e lo incluse nel suo famoso elenco del 1789 di 33 elementi, nel "Traité Élémentaire de Chimie".
L'allievo di Lavoisier Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) e il collega Louis Jacques Thénard (1777-1857) confermarono ulteriormente la natura elementare dello zolfo nel 1809, dimostrando che l'acido solfidrico conteneva solo idrogeno e zolfo, senza componenti nascosti.
L'importanza industriale dello zolfo esplose durante il XIX secolo. Peregrine Phillips, un produttore britannico di aceto, brevettò il processo di contatto per la produzione di acido solforico il 15 ottobre 1831. Il suo metodo utilizzava catalizzatori di platino per convertire efficacemente il diossido di zolfo in triossido di zolfo, rivoluzionando la produzione chimica.
Nicolas Leblanc (1742-1806) aveva sviluppato in precedenza il processo Leblanc nel 1791, che richiedeva enormi quantità di acido solforico per la produzione di carbonato di sodio, aumentando la domanda mondiale di zolfo.
Il chimico tedesco-americano Herman Frasch (1851-1914) risolse la difficoltà di estrarre lo zolfo dai depositi sotterranei con il suo ingegnoso processo, brevettato nel 1894. Lavorando per la Union Sulfur Company in Louisiana, Frasch sviluppò un metodo che utilizzava acqua surriscaldata (160°C) per fondere lo zolfo sotterraneo e aria compressa per spingerlo in superficie.
Il 26 dicembre 1894, nella miniera di Sulphur, in Louisiana, il primo pozzo Frasch produsse zolfo fuso, trasformando l'industria mondiale dello zolfo. Entro il 1900, la produzione americana di zolfo era aumentata di 100 volte, rendendo gli Stati Uniti il principale produttore mondiale di zolfo.
Eilhard Mitscherlich (1794-1863) scoprì le forme allotropiche dello zolfo nel 1823, identificando i cristalli rombici e monoclini. Il chimico svedese Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) determinò il peso atomico dello zolfo, pari a 32.07, nel 1818, un valore sorprendentemente vicino a quello accettato oggi, 32.065.
Il XX secolo portò alla comprensione del ruolo dello zolfo nella biochimica, quando Frederick Gowland Hopkins scoprì gli amminoacidi contenenti zolfo cisteina e metionina, ottenendo il Premio Nobel per la Fisiologia nel 1929.
Applicazioni
Lo zolfo viene principalmente convertito in acido solforico (H₂SO₄) attraverso il processo di contatto, inventato da Peregrine Phillips nel 1831. Questo processo in tre fasi comprende:
Gli impianti moderni producono fino a 3.000 tonnellate al giorno, con un'efficienza di conversione del 99,5%. Tra i maggiori produttori figurano Mosaic Company (Florida) e Nutrien (Canada).
L'acido solforico è essenziale per produrre fertilizzanti fosfatici come il perfosfato semplice e il triplo perfosfato. La reazione Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄ → Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄ produce fosforo idrosolubile. Cargill e CF Industries gestiscono enormi impianti di trasformazione dello zolfo in fertilizzanti in tutto il Midwest americano.
L'acido solforico rimuove le impurità nella raffinazione del petrolio attraverso processi di alchilazione. ExxonMobil e Chevron utilizzano acido solforico al 40-60% per catalizzare la combinazione di isobutano e alcheni, producendo componenti della benzina ad alto numero di ottano. Una singola raffineria consuma quotidianamente 200-500 tonnellate di acido solforico.
L'acido solforico estrae il rame dai minerali a basso tenore attraverso la lisciviazione in cumulo. Negli impianti di Freeport-McMoRan in Arizona, il minerale frantumato viene irrigato con acido solforico diluito (pH 1.5-2.0), dissolvendo il rame sotto forma di solfato di rame. Questo processo recupera il 60-90% del rame da minerali che ne contengono solo lo 0.4-0.8%.
I composti dello zolfo sono importanti intermedi:
La scoperta di Charles Goodyear del 1839 utilizza zolfo elementare per creare legami incrociati tra i polimeri della gomma. La moderna produzione di pneumatici presso Bridgestone e Michelin utilizza l'1-3% di zolfo in peso, creando legami disolfuro tra le catene polimeriche. Questo processo trasforma la gomma morbida in un materiale durevole ed elastico, resistente alle temperature estreme.
Da dove proviene
350 mg/kg della crosta terrestre · più abbondante del 86% degli elementi
Lo zolfo è il 10º elemento più abbondante nella crosta terrestre, con 260 ppm, e il 5º più abbondante nel corpo umano. L'elemento si concentra in specifici ambienti geologici a causa delle sue particolari proprietà chimiche e del ciclo biologico.
I cristalli di zolfo puro si formano attraverso diversi processi geologici:
In natura esistono oltre 200 minerali contenenti zolfo:
Lo zolfo subisce trasformazioni complesse attraverso processi biologici:
Lo zolfo si forma attraverso la combustione del silicio nelle stelle massicce (>8 masse solari) a temperature superiori a 3 miliardi di Kelvin. Il processo: ²⁸Si + ⁴He → ³²S avviene durante le fasi finali dell'evoluzione stellare. Lo zolfo-16 ha un "numero magico" di protoni, che lo rende insolitamente stabile. I meteoriti contengono zolfo sotto forma di troilite (FeS) e oldhamite (CaS), fornendo prove della chimica del sistema solare primordiale.
L'acqua marina contiene circa 905 ppm di zolfo sotto forma di ioni solfato (SO₄²⁻), rendendolo il secondo anione più abbondante dopo il cloruro. Le bocche idrotermali delle dorsali medio-oceaniche depositano minerali di zolfo dalla reazione dei fluidi vulcanici caldi con l'acqua marina fredda, creando camini detti "fumatori neri", ricchi di solfuri di rame, zinco e piombo.
Manipolazione
Lo zolfo elementare ha una tossicità notevolmente bassa, con una DL50 orale superiore a 5.000 mg/kg nei ratti, risultando praticamente non tossico. Tuttavia, i composti dello zolfo presentano rischi significativi:
Zolfo elementare: conservare in luoghi freschi e asciutti, lontano da agenti ossidanti. La polvere di zolfo può creare rischi di esplosione: mantenere l'umidità sopra il 65% e utilizzare attrezzature antistatiche. Collegare a terra tutti i contenitori ed evitare attività che generano attrito.
Acido solforico: conservare in contenitori a doppia parete e mantenere la temperatura sotto i 40°C. Aggiungere sempre l'acido all'acqua, mai l'acqua all'acido. Predisporre stazioni lavaocchi di emergenza entro 25 piedi dalle aree di stoccaggio.
Lo zolfo brucia a 248°C producendo diossido di zolfo tossico. La polvere di zolfo può formare miscele esplosive con l'aria (35-1400 g/m³). Utilizzare acqua nebulizzata per raffreddare lo zolfo in fiamme; non usare mai estintori a CO₂ o a polvere chimica su grandi incendi di zolfo.
Risposte rapide
Zolfo (simbolo S) è l'elemento 16 nella tavola periodica, appartenente a Non metallo nel periodo 3, gruppo 16. Giallo, friabile e responsabile dell'odore dei fiammiferi appena accesi, delle uova marce e delle bocche vulcaniche. A temperatura ambiente è un solido.
[Ne] 3s² 3p⁴, con 3 gusci occupati e la distribuzione 2, 8, 6. Il suo guscio esterno contiene 6 elettroni, e questo determina il suo comportamento nei legami.Zolfo fonde a 388.4 K (115.2 °C) ed entra in ebollizione a 717.8 K (444.7 °C).
La massa atomica standard di Zolfo è 32.06 u. Si tratta di una media ponderata dei suoi isotopi presenti in natura, per questo raramente è un numero intero.
Zolfo ha una densità di 2.067 g/cm³. L'acqua ha una densità di 1.0 g/cm³, quindi un blocco di Zolfo è circa 2.1× più pesante.
Zolfo ha un'elettronegatività di Pauling pari a 2.58. La scala va da 0.70 (francio, il meno incline ad attirare elettroni) a 3.98 (fluoro, il più incline). I valori in questa fascia intermedia tendono a formare legami covalenti anziché legami fortemente ionici.
Zolfo è noto fin dall'antichità — si trova in una forma utilizzabile senza fusione, quindi la sua scoperta non può essere attribuita a una singola persona. Il nome deriva da dal sanscrito sulvere, attraverso il latino sulphurium.
Zolfo costituisce informazioni 350 mg/kg della crosta terrestre: è abbastanza comune da poter essere estratto su larga scala.