16 S Zolfo 32.06
non metallo p-block Period 3 Group 16

Zolfo

S · Element 16 · Chalcogens

Yellow, brittle, and responsible for the smell of struck matches, rotten eggs and volcanic vents.

STATO A 20°C solido
MASSA ATOMICA 32.06 u
ELECTRON CONFIGURATION [Ne] 3s² 3p⁴

Struttura

L'atomo di zolfo

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.

Nuvola orbitale

Valori misurati

Scheda delle proprietà

Ogni barra mostra dove si colloca zolfo tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.

Fisico

Densità 2.067 g/cm³ 18%
Punto di Fusione 388.4 K 22%
Punto di Ebollizione 717.8 K 18%
Calore specifico 0.71 J/g·K
Conduttività Termica 0.21 W/m·K 13%

Atomico

Raggio Atomico 105 pm 9%
Raggio covalente 105 pm
Raggio di van der Waals 180 pm

Elettronico

Elettronegatività 2.58 92%
energia di ionizzazione 999.6 kJ/mol 85%
Affinità Elettronica 200.7 kJ/mol 91%

Presenza

Abbondanza nella crosta 350 mg/kg 86%

Identità

SimboloS
Numero atomico16
Massa atomica32.06 u
Categorianon metallo
Bloccop
Struttura cristallinaortorombica
Stati di ossidazione-2, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6
ScopertoPrehistoric
Scoperto daKnown since antiquity

Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati da ~ sono predetti anziché misurati.

Dimensioni, in scala

How big is a zolfo atom?

Radius 105 pm — that is 0.105 nm, so about 4762 million of them side by side would span a millimetre.

Intervallo termico

Solid, liquid, gas — and when

Zolfo is liquid over a 329 K window, from 388 K to 718 K.

Dove si trova

Posizione nella tavola

Zolfo sits in period 3, group 16. Everything in group 16 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER NON METALLI

All non metalli

La storia

Che cos'è zolfo e come lo abbiamo scoperto

Solido giallo dall'odore caratteristico. Essenziale per le proteine.

The discovery of zolfo

La scoperta e la storia dello zolfo

Conoscenze antiche e primi usi

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.

Contributi islamici medievali

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 classificazione rivoluzionaria di Antoine Lavoisier

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.

Rivoluzione industriale e processo di contatto

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.

La rivoluzione del processo Frasch

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.

La scienza moderna dello 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

A cosa serve zolfo

Applicazioni industriali dello zolfo

Produzione di acido solforico (85% degli usi dello zolfo)

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:

  • Fase 1: Combustione dello zolfo nell'aria per formare diossido di zolfo (S + O₂ → SO₂)
  • Fase 2: Ossidazione catalitica mediante pentossido di vanadio a 450°C (2SO₂ + O₂ → 2SO₃)
  • Fase 3: Assorbimento in acido solforico concentrato per impedire la formazione di nebbia acida

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).

Produzione di fertilizzanti

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.

Raffinazione del petrolio

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.

Lavorazione dei metalli ed estrazione mineraria

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%.

Produzione chimica

I composti dello zolfo sono intermedi fondamentali:

  • Diossido di zolfo (SO₂): Conservante alimentare (E220) e antisettico per il vino
  • Disolfuro di carbonio (CS₂): Produzione di rayon viscosa negli impianti di Lenzing AG
  • Acido solfidrico (H₂S): Fonte di zolfo puro attraverso il processo Claus nelle raffinerie petrolifere
  • Cloruri di zolfo: Acceleranti della vulcanizzazione della gomma

Vulcanizzazione della gomma

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.

Applicazioni quotidiane dello zolfo

Prodotti agricoli

  • Polvere di zolfo per il giardinaggio - Riduzione del pH del suolo per piante acidofile come mirtilli e azalee
  • Fertilizzanti solfatici - Solfato di ammonio (21-0-0-24S) prodotto da aziende come Simplot
  • Spray fungicidi - Polveri organiche di zolfo per il controllo dell'oidio su uva e rose
  • Integratori per il bestiame - Blocchi di zolfo per bovini per prevenire carenze minerali

Cura della persona e salute

  • Trattamenti contro l'acne - Saponi e creme allo zolfo (marche: De La Cruz, Grisi)
  • Shampoo antiforfora - Solfuro di selenio in Head & Shoulders Clinical Strength
  • Farmaci per l'artrite - Integratori a base di MSM (metilsulfonilmetano)
  • Affezioni cutanee - Unguenti allo zolfo per dermatite seborroica e rosacea

Alimenti e bevande

  • Conservazione del vino - Il diossido di zolfo (SO₂) previene l'ossidazione e la proliferazione batterica
  • Frutta secca - I solfiti nelle albicocche e nell'uva passa mantengono colore e freschezza
  • lavorazione degli alimenti - Metabisolfito di potassio come agente antimicrobico
  • Produzione della birra - I composti dello zolfo formano le pastiglie Campden per la sanificazione

Uso domestico e industriale

  • Fiammiferi - Zolfo nelle capocchie dei fiammiferi che si accendono su qualsiasi superficie e nei nastri dei fiammiferi di sicurezza
  • Polvere da sparo - Tradizionale polvere nera (75% salnitro, 15% carbone, 10% zolfo)
  • Produzione della carta - Processo di spappolamento ai solfiti negli stabilimenti di International Paper
  • Fotografia - Toner al solfuro d'argento per stampe artistiche in bianco e nero
  • Calcestruzzo - Calcestruzzo allo zolfo per applicazioni edilizie resistenti agli agenti chimici

Settore automobilistico e trasporti

  • Produzione di pneumatici - Agente vulcanizzante in tutti gli pneumatici di gomma
  • Acido per batterie - Elettrolita di acido solforico nelle batterie al piombo per automobili
  • Additivi per carburanti - I composti organosolfurati migliorano la stabilità del carburante
  • Liquido dei freni - Composti dello zolfo nelle formulazioni DOT 3 e DOT 4

Da dove proviene

Presenza in natura

350 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 86% of elements

Presenza naturale dello zolfo

Abbondanza terrestre

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.

Depositi di zolfo elementare

I cristalli di zolfo puro si formano attraverso diversi processi geologici:

  • Regioni vulcaniche: il Vesuvio (Italia), Kawah Ijen (Indonesia) e Yellowstone (USA) contengono zolfo nativo derivato dall'ossidazione dell'acido solfidrico
  • Duomi salini: la costa del Golfo in Texas e Louisiana presenta enormi depositi di zolfo spessi fino a 150 metri, formati dalla riduzione batterica del gesso
  • Sorgenti termali: lo zolfo precipita quando l'acqua ricca di acido solfidrico entra in contatto con l'ossigeno a Rotorua (Nuova Zelanda) e Mammoth Hot Springs

Minerali dello zolfo

In natura esistono oltre 200 minerali contenenti zolfo:

  • Pyrite (FeS₂): "Oro degli sciocchi" - il minerale di zolfo più comune, presente in tutto il mondo
  • Galena (PbS): Principale minerale del piombo, con importanti depositi in Missouri, Australia e Perù
  • Sfalerite (ZnS): Principale minerale dello zinco, abbondante nei depositi di tipo Mississippi Valley
  • Calcopirite (CuFeS₂): Il più importante minerale del rame, presente nei depositi porfirici
  • Gesso (CaSO₄·2H₂O): Minerale evaporitico che forma strati massicci nelle rocce sedimentarie
  • Anidrite (CaSO₄): Si forma quando il gesso perde acqua in profondità

Ciclo biologico dello zolfo

Lo zolfo subisce trasformazioni complesse attraverso processi biologici:

  • Ambienti marini: il fitoplancton produce dimetilsolfuro (DMS), influenzando la formazione delle nuvole e il clima
  • Ecosistemi del suolo: i batteri solfato-riduttori convertono i solfati in acido solfidrico in condizioni anaerobiche
  • Batteri delle sorgenti termali: organismi termofili come Sulfolobus ossidano lo zolfo a temperature superiori a 80°C
  • Metabolismo vegetale: le verdure crucifere (broccoli, aglio) concentrano composti organosolforati

Origini cosmiche e stellari

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.

Chimica oceanica

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

Sicurezza

Informazioni sulla sicurezza dello zolfo

Tossicità e rischi per la salute

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:

  • Acido solfidrico (H₂S): Gas estremamente tossico, letale a 500-1000 ppm in pochi minuti
  • Diossido di zolfo (SO₂): Irritante per le vie respiratorie, limite OSHA di 5 ppm (media ponderata su 8 ore)
  • Disolfuro di carbonio (CS₂): Neurotossina che colpisce il sistema nervoso centrale, limite OSHA di 20 ppm

Normative OSHA e limiti di esposizione

  • Polvere di zolfo elementare: 15 mg/m³ di polvere totale, 5 mg/m³ di frazione respirabile
  • Acido solforico: 1 mg/m³ (media ponderata su 8 ore), livello di pericolo immediato 15 mg/m³
  • Acido solfidrico: limite massimo di 10 ppm, picco massimo di 50 ppm per 10 minuti

Dispositivi di protezione individuale (DPI)

  • Protezione delle vie respiratorie: Maschere N95 per la polvere di zolfo, aria fornita dall'esterno negli ambienti con H₂S
  • Protezione degli occhi: Occhiali protettivi durante la manipolazione dei composti dello zolfo
  • Protezione della pelle: Guanti in nitrile, abbigliamento resistente agli agenti chimici per gli acidi
  • Protezione dei piedi: Stivali resistenti agli agenti chimici negli ambienti industriali

Manipolazione e conservazione sicure

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.

Procedure di emergenza

  • Contatto della pelle con acido solforico: Lavare immediatamente con acqua per almeno 15 minuti e rimuovere gli indumenti contaminati
  • Esposizione degli occhi: Sciacquare con acqua per almeno 15 minuti e richiedere immediatamente assistenza medica
  • Esposizione all'acido solfidrico: Portare immediatamente la persona all'aria aperta, somministrare ossigeno se disponibile e chiamare i servizi di emergenza
  • Ingestione: Non indurre il vomito in caso di acidi, somministrare acqua se la persona è cosciente e richiedere assistenza medica

Rischi di incendio ed esplosione

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: domande frequenti

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.

What is the electron configuration of Zolfo?

Zolfo's ground-state electron configuration is [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.

What are the melting and boiling points of Zolfo?

Zolfo melts at 388.4 K (115.2 °C) and boils at 717.8 K (444.7 °C).

What is the atomic mass of Zolfo?

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.

How dense is Zolfo?

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.

What is the electronegativity of Zolfo?

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.

Who discovered Zolfo, and when?

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.

How common is Zolfo on Earth?

Zolfo makes up about 350 mg/kg of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.