What is Zolfo?
Zolfo (symbol S) is element 16 on the periodic table, a non metallo 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.
Struttura
Non è un diagramma di punti su anelli, ma un campionamento Monte Carlo della densità di probabilità effettiva |ψ|² per ogni sottolivello occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il viola indicano segni opposti della funzione d'onda, rendendo possibile il legame.
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 da ~ sono predetti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Radius 105 pm — that is 0.105 nm, so about 4762 million of them side by side would span a millimetre.
Intervallo termico
Zolfo is liquid over a 329 K window, from 388 K to 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 utilizzavano 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 nell'area del Vesuvio e nelle isole vulcaniche della Sicilia.
Jabir ibn Hayyan (721-815 d.C.), padre della chimica, identificò lo zolfo come uno dei principi fondamentali della materia nella sua teoria zolfo-mercurio. Questo poligrafo 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 decomposto in sostanze più semplici e lo incluse nel suo celebre 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, 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 efficientemente 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, stimolando 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. Nel 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 come 32.07 nel 1818, un valore straordinariamente vicino a quello accettato oggi, pari a 32.065.
Il XX secolo portò alla comprensione del ruolo dello zolfo nella biochimica, con la scoperta da parte di Frederick Gowland Hopkins degli amminoacidi contenenti zolfo cisteina e metionina, che gli valse 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 superfosfato e il triplo superfosfato. La reazione Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄ → Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄ produce fosforo solubile in acqua. 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 i 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 ogni giorno 200-500 tonnellate di acido solforico.
L'acido solforico estrae il rame dai minerali a basso tenore attraverso la lisciviazione in cumulo. Nelle attività 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 intermedi fondamentali:
La scoperta del 1839 di Charles Goodyear 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 massa, 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 of Earth's crust · more abundant than 86% of elements
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 per via delle sue peculiari 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 possiede 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 primo sistema solare.
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 di "fumatori neri" ricchi di solfuri di rame, zinco e piombo.
Manipolazione
Lo zolfo elementare ha una tossicità sorprendentemente bassa, con una DL50 orale di >5.000 mg/kg nei ratti, risultando praticamente non tossico. Tuttavia, i composti dello zolfo comportano rischi significativi:
Zolfo elementare: Conservare in luoghi freschi e asciutti, lontano dagli ossidanti. La polvere di zolfo può creare rischi di esplosione: mantenere l'umidità sopra il 65% e utilizzare apparecchiature antistatiche. Mettere 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. Installare docce 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 (symbol S) is element 16 on the periodic table, a non metallo 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.Zolfo melts at 388.4 K (115.2 °C) and boils at 717.8 K (444.7 °C).
The standard atomic weight of Zolfo is 32.06 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Zolfo has a density of 2.067 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of zolfo is about 2.1× heavier.
Zolfo 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.
Zolfo 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.
Zolfo makes up about 350 mg/kg of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.