Azufre

Los policationes de azufre, S 8 ²⁺, S 4 ²⁺ y S 16 ²⁺ se producen cuando el azufre se hace reaccionar con agentes oxidantes suaves en una solución fuertemente ácida. Las soluciones coloreadas producidas al disolver azufre en oleum fueron reportadas por primera vez en 1804 por CF Bucholz, pero la causa del color y la estructura de los policationes involucrados solo se determinó a fines de la década de 1960. S 8 ²⁺ es azul profundo, S 4 ²⁺ es amarillo y S 16 ²⁺ es rojo.

El anión radical S 3 ^- da el color azul del mineral lapislázuli.

Sulfuros

El tratamiento del azufre con hidrógeno produce sulfuro de hidrógeno. Cuando se disuelve en agua, el sulfuro de hidrógeno es ligeramente ácido:

H 2 S ⇌ HS ^- + H ⁺

El gas sulfuro de hidrógeno y el anión hidrosulfuro son extremadamente tóxicos para los mamíferos, debido a su inhibición de la capacidad de transporte de oxígeno de la hemoglobina y ciertos citocromos de una manera análoga al cianuro y azida (ver más adelante, bajo precauciones).

Reducción de azufre elemental da polisulfuros, que consisten en cadenas de átomos de azufre terminados con S ^- centros:

2 Na + S 8 → Na 2 S 8

Esta reacción destaca una propiedad distintiva del azufre: su capacidad para catenar (unirse a sí mismo mediante la formación de cadenas). La protonación de estos aniones de polisulfuro produce los polisulfanos, H 2 S x donde x = 2, 3 y 4. En última instancia, la reducción de azufre produce sales de sulfuro:

16 Na + S 8 → 8 Na 2 S

La interconversión de estas especies se explota en la batería sodio-azufre.

Óxidos, oxoácidos y oxoaniones

Los principales óxidos de azufre se obtienen quemando azufre:

S + O 2 → SO 2 ( dióxido de azufre )

2 SO 2 + O 2 → 2 SO 3 ( trióxido de azufre )

Se conocen múltiples óxidos de azufre; los óxidos ricos en azufre incluyen monóxido de azufre, monóxido de disulfuro, dióxidos de disulfuro y óxidos superiores que contienen grupos peroxo.

El azufre forma oxoácidos de azufre, algunos de los cuales no se pueden aislar y solo se conocen a través de las sales. Dióxido de azufre y sulfitos ( SO²⁻ _{3) están relacionados con el ácido sulfuroso inestable (H 2 SO 3). Trióxido de azufre y sulfatos ( SO²⁻ 4) están relacionados con el ácido sulfúrico (H 2 SO 4). El ácido sulfúrico y el SO 3 se combinan para dar oleum, una solución de ácido pirosulfúrico (H 2 S 2 O 7) en ácido sulfúrico.}

Sales de tiosulfato ( S _{2O²⁻ 3), a veces denominados "hiposulfitos", utilizados en la fijación fotográfica (hipo) y como agentes reductores, presentan azufre en dos estados de oxidación. Ditionito de sodio ( Na 2S 2O 4), contiene el anión ditionito más reductor ( S 2O²⁻ 4).}

Haluros y oxihaluros

Varios haluros de azufre son importantes para la industria moderna. El hexafluoruro de azufre es un gas denso que se utiliza como gas aislante en transformadores de alta tensión ; también es un propulsor no reactivo y no tóxico para envases presurizados. El tetrafluoruro de azufre es un reactivo orgánico de uso poco frecuente que es altamente tóxico. El dicloruro de azufre y el dicloruro de disulfuro son sustancias químicas industriales importantes. El cloruro de sulfurilo y el ácido clorosulfúrico son derivados del ácido sulfúrico; El cloruro de tionilo (SOCl 2) es un reactivo común en la síntesis orgánica.

Pnictides

Un compuesto S – N importante es el tetranitruro de tetrasulfuro de jaula ( S 4norte 4). Calentar este compuesto da nitruro de azufre polimérico ( SN _{X), que tiene propiedades metálicas aunque no contiene átomos de metal. Los tiocianatos contienen SCN- grupo. La oxidación del tiocianato da tiocianógeno, (SCN) 2con la conectividad NCS-SCN. Los sulfuros de fósforo son numerosos, siendo los más importantes comercialmente las jaulas P 4S 10y P 4S 3.}

Sulfuros metálicos

Los principales minerales de cobre, zinc, níquel, cobalto, molibdeno y otros metales son sulfuros. Estos materiales tienden a ser semiconductores de color oscuro que no son atacados fácilmente por el agua o incluso por muchos ácidos. Se forman, tanto geoquímicamente como en laboratorio, mediante la reacción del sulfuro de hidrógeno con sales metálicas. El mineral galena (PbS) fue el primer semiconductor demostrado y se utilizó como rectificador de señal en los bigotes de los gatos de las primeras radios de cristal. El sulfuro de hierro llamado pirita, el llamado "oro de los tontos", tiene la fórmula FeS 2. El procesamiento de estos minerales, generalmente mediante tostación, es costoso y peligroso para el medio ambiente. El azufre corroe muchos metales debido al deslustre.

Compuestos orgánicos

• Compuestos organosulfurados ilustrativos
• 

  Alicina, un compuesto químico del ajo.

• 

  ( R) - cisteína, un aminoácido que contiene un grupo tiol

• 

  Metionina, un aminoácido que contiene un tioéter.

• 

  Disulfuro de difenilo, un disulfuro representativo

• 

  Ácido perfluorooctanosulfónico, un tensioactivo

• 

  Dibenzotiofeno, un componente del petróleo crudo

• 

  Penicilina, un antibiótico donde "R" es el grupo variable

Algunas de las principales clases de compuestos orgánicos que contienen azufre incluyen las siguientes:

• Los tioles o mercaptanos (llamados así porque capturan mercurio como quelantes ) son los análogos de azufre de los alcoholes ; el tratamiento de tioles con base da iones tiolato.
• Los tioéteres son los análogos de azufre de los éteres.
• Los iones de sulfonio tienen tres grupos unidos a un centro de azufre catiónico. Dimetilsulfoniopropionato (DMSP) es uno de esos compuestos, importante en el ciclo del azufre orgánico marino.
• Los sulfóxidos y las sulfonas son tioéteres con uno y dos átomos de oxígeno unidos al átomo de azufre, respectivamente. El sulfóxido más simple, dimetilsulfóxido, es un solvente común; una sulfona común es el sulfolano.
• Los ácidos sulfónicos se utilizan en muchos detergentes.

Los compuestos con enlaces múltiples carbono-azufre son poco comunes, una excepción es el disulfuro de carbono, un líquido volátil incoloro que es estructuralmente similar al dióxido de carbono. Se utiliza como reactivo para fabricar rayón polimérico y muchos compuestos orgánicos de azufre. A diferencia del monóxido de carbono, el monosulfuro de carbono es estable solo como un gas extremadamente diluido, que se encuentra entre los sistemas solares.

Los compuestos orgánicos de azufre son responsables de algunos de los olores desagradables de la materia orgánica en descomposición. Son ampliamente conocidos como el olor en gas natural doméstico, olor a ajo y spray de zorrillo. No todos los compuestos orgánicos de azufre tienen un olor desagradable en todas las concentraciones: el monoterpenoide que contiene azufre ( mercaptano de pomelo ) en pequeñas concentraciones es el aroma característico de la toronja, pero tiene un olor a tiol genérico en concentraciones más grandes. La mostaza de azufre, un potente vesicante, se usó en la Primera Guerra Mundial como agente incapacitante.

Los enlaces azufre-azufre son un componente estructural que se usa para endurecer el caucho, similar a los puentes disulfuro que endurecen las proteínas (ver información biológica a continuación). En el tipo más común de "curado" industrial o endurecimiento y fortalecimiento del caucho natural, el azufre elemental se calienta con el caucho hasta el punto de que las reacciones químicas forman puentes disulfuro entre las unidades de isopreno del polímero. Este proceso, patentado en 1843, convirtió al caucho en un producto industrial importante, especialmente en los neumáticos de automóviles. Debido al calor y al azufre, el proceso se denominó vulcanización, en honor al dios romano de la fragua y el vulcanismo.

Historia

Antigüedad

Al estar disponible en abundancia en forma nativa, el azufre se conocía en la antigüedad y se menciona en la Torá ( Génesis ). Las traducciones al inglés de la Biblia cristiana comúnmente se refieren a la quema de azufre como "azufre", dando lugar a los sermones del término " fuego y azufre ", en los que se recuerda a los oyentes el destino de la condenación eterna que aguarda a los incrédulos e impenitentes. Es de esta parte de la Biblia que se da a entender que el infierno "huele a azufre" (probablemente debido a su asociación con la actividad volcánica). Según el papiro de Ebers, en el antiguo Egipto se usaba una pomada de azufre para tratar los párpados granulares. El azufre se utilizó para la fumigación en la Grecia preclásica ; esto se menciona en la Odisea. Plinio el Viejo analiza el azufre en el libro 35 de su Historia natural, diciendo que su fuente más conocida es la isla de Melos. Menciona su uso para fumigación, medicina y telas blanqueadoras.

Una forma natural de azufre conocida como shiliuhuang (石 硫黄) se conocía en China desde el siglo VI a. C. y se encontraba en Hanzhong. En el siglo III, los chinos descubrieron que se podía extraer azufre de la pirita. Los taoístas chinos estaban interesados ​​en la inflamabilidad del azufre y su reactividad con ciertos metales, pero sus primeros usos prácticos se encontraron en la medicina tradicional china. Un tratado militar de la dinastía Song de 1044 d.C. describía varias fórmulas para la pólvora china, que es una mezcla de nitrato de potasio ( KNO _{3), carbón vegetal y azufre. Sigue siendo un ingrediente de la pólvora negra.}

Los alquimistas indios, practicantes de la "ciencia de los productos químicos" ( sánscrito : रसशास्त्र, romanizado : rasaśāstra), escribieron extensamente sobre el uso de azufre en operaciones alquímicas con mercurio, desde el siglo VIII d. C. en adelante. En la tradición rasaśāstra, el azufre se llama "el maloliente" ( गन्धक, gandhaka).

Los primeros alquimistas europeos le dieron al azufre un símbolo alquímico único, un triángulo en la parte superior de una cruz (🜍). El símbolo astrológico de 2 Pallas, un diamante en la parte superior de una cruz (⚴), es una variante del azufre. En el tratamiento tradicional de la piel, se usaba azufre elemental (principalmente en cremas) para aliviar afecciones como sarna, tiña, psoriasis, eczema y acné. Se desconoce el mecanismo de acción, aunque el azufre elemental se oxida lentamente a ácido sulfuroso, que es (a través de la acción del sulfito ) un agente reductor y antibacteriano suave.

Tiempos modernos

El azufre aparece en una columna de álcali fijo (no ácido) en una tabla química de 1718. Antoine Lavoisier usó azufre en experimentos de combustión, escribiendo algunos de ellos en 1777.

Los depósitos de azufre en Sicilia fueron la fuente dominante durante más de un siglo. A finales del siglo XVIII, se importaban unas 2.000 toneladas anuales de azufre en Marsella, Francia, para la producción de ácido sulfúrico para su uso en el proceso Leblanc. En la industrialización de Gran Bretaña, con la derogación de los aranceles sobre la sal en 1824, la demanda de azufre de Sicilia se disparó. El creciente control británico y la explotación de la minería, el refinado y el transporte del azufre, junto con el fracaso de esta lucrativa exportación para transformar la economía atrasada y empobrecida de Sicilia, llevaron a la Crisis del Azufre de 1840, cuando el rey Fernando II otorgó el monopolio de la industria del azufre a una empresa francesa, violando un acuerdo comercial anterior de 1816 con Gran Bretaña. Finalmente, Francia negoció una solución pacífica.

En 1867, se descubrió azufre elemental en depósitos subterráneos en Louisiana y Texas. El proceso Frasch de gran éxito se desarrolló para extraer este recurso.

A finales del siglo XVIII, los fabricantes de muebles utilizaron azufre fundido para producir incrustaciones decorativas en su oficio. Debido al dióxido de azufre producido durante el proceso de fusión del azufre, pronto se abandonó la artesanía de las incrustaciones de azufre. A veces, el azufre fundido todavía se usa para colocar pernos de acero en orificios de concreto perforados donde se desea una alta resistencia a los golpes para los puntos de sujeción de equipos montados en el piso. Se utilizó azufre en polvo puro como tónico medicinal y laxante. Con la llegada del proceso de contacto, la mayor parte del azufre actual se utiliza para producir ácido sulfúrico para una amplia gama de usos, en particular fertilizantes.

Ortografía y etimología

El azufre se deriva de la palabra latina sulpur, que se helenizó en azufre en la creencia errónea de que la palabra latina provenía del griego. Esta ortografía se reinterpretó más tarde como la representación de un sonido / f / y dio como resultado la ortografía azufre, que aparece en latín hacia el final del período clásico. La verdadera palabra griega para azufre, θεῖον, es la fuente del prefijo químico internacional tio-. En anglo-francés del siglo XII, era sulfre. En el siglo XIV, el latín erróneamente helenizado -ph- se restauró en el sulfuro del inglés medio. En el siglo XV, ambas variantes de ortografía latina completa, azufre y azufre, se hicieron comunes en inglés. La ortografía paralela de f ~ ph continuó en Gran Bretaña hasta el siglo XIX, cuando la palabra se estandarizó como azufre. Por otro lado, el azufre fue la forma elegida en los Estados Unidos, mientras que Canadá usa ambos. La IUPAC adoptó la ortografía azufre en 1990 o 1971, según la fuente citada, al igual que el Comité de Nomenclatura de la Royal Society of Chemistry en 1992, restaurando la ortografía azufre en Gran Bretaña. Los diccionarios de Oxford señalan que "en química y otros usos técnicos... la -f- es ahora la forma estándar para esta y otras palabras relacionadas en contextos británicos y estadounidenses, y también se utiliza cada vez más en contextos generales".

Producción

El azufre se puede encontrar por sí solo e históricamente se obtenía generalmente de esta forma; la pirita también ha sido una fuente de azufre. En las regiones volcánicas de Sicilia, en la antigüedad, se encontraba en la superficie de la Tierra y se utilizaba el " proceso siciliano ": los depósitos de azufre se apilaban y apilaban en hornos de ladrillos construidos en laderas inclinadas, con espacios de aire entre ellos. Luego, se pulverizó un poco de azufre, se esparció sobre el mineral apilado y se quemó, haciendo que el azufre libre se derritiera en las colinas. Con el tiempo, los depósitos superficiales se agotaron y los mineros excavaron vetas que finalmente salpicaron el paisaje siciliano con minas laberínticas. La minería no estaba mecanizada y requería mucha mano de obra: los recolectores liberaban el mineral de la roca y los mineros o carusi llevaban cestas de mineral a la superficie, a menudo a través de una milla o más de túneles. Una vez que el mineral estuvo en la superficie, se redujo y se extrajo en hornos de fundición. Las condiciones en las minas de azufre de Sicilia eran horribles, lo que llevó a Booker T. Washington a escribir "No estoy preparado ahora para decir hasta qué punto creo en un infierno físico en el próximo mundo, pero una mina de azufre en Sicilia es lo más cercano al infierno que espero ver en esta vida ".

El azufre elemental se extraía de las cúpulas de sal (en las que a veces se presenta en forma casi pura) hasta finales del siglo XX. El azufre se produce ahora como un subproducto de otros procesos industriales, como en el refinado de petróleo, en el que el azufre no es deseable. Como mineral, se cree que el azufre nativo bajo las cúpulas de sal es un recurso mineral fósil, producido por la acción de bacterias anaeróbicas sobre los depósitos de sulfato. Se extrajo de tales minas de cúpula de sal principalmente mediante el proceso Frasch. En este método, se bombeó agua sobrecalentada a un depósito de azufre nativo para fundir el azufre, y luego el aire comprimido devolvió el producto fundido puro al 99,5% a la superficie. A lo largo del siglo XX, este procedimiento produjo azufre elemental que no requirió más purificación. Debido a un número limitado de tales depósitos de azufre y al alto costo de trabajarlos, este proceso de extracción de azufre no se ha empleado de manera importante en ninguna parte del mundo desde 2002.

Hoy en día, el azufre se produce a partir del petróleo, el gas natural y los recursos fósiles relacionados, de los cuales se obtiene principalmente como sulfuro de hidrógeno. Los compuestos orgánicos de azufre, impurezas indeseables del petróleo, pueden mejorarse sometiéndolos a hidrodesulfuración, que rompe los enlaces C-S:

RSR + 2 H 2 → 2 RH + H 2 S

El sulfuro de hidrógeno resultante de este proceso, y también como ocurre en el gas natural, se convierte en azufre elemental por el proceso de Claus. Este proceso implica la oxidación de algo de sulfuro de hidrógeno a dióxido de azufre y luego la conmutación de los dos:

3 O 2 + 2 H 2 S → 2 SO 2 + 2 H 2 O

SO 2 + 2 H 2 S → 3 S + 2 H 2 O

Debido al alto contenido de azufre de las arenas petrolíferas de Athabasca, ahora existen reservas de azufre elemental de este proceso en todo Alberta, Canadá. Otra forma de almacenar azufre es como aglutinante para el hormigón, el producto resultante tiene muchas propiedades deseables (ver hormigón con azufre ). El azufre todavía se extrae de los depósitos superficiales en las naciones más pobres con volcanes, como Indonesia, y las condiciones de los trabajadores no han mejorado mucho desde los días de Booker T. Washington.

La producción mundial de azufre en 2011 ascendió a 69 millones de toneladas (Mt), y más de 15 países contribuyeron con más de 1 Mt cada uno. Los países que producen más de 5 Mt son China (9,6), EE. UU. (8,8), Canadá (7,1) y Rusia (7,1). La producción ha ido aumentando lentamente desde 1900 hasta 2010; el precio era inestable en la década de 1980 y alrededor de 2010.

Aplicaciones

Ácido sulfúrico

El azufre elemental se utiliza principalmente como precursor de otros productos químicos. Aproximadamente el 85% (1989) se convierte en ácido sulfúrico ( H 2 SO 4):

2 S + 3 O 2 + 2 H 2 O → 2 H 2 SO 4

En 2010, Estados Unidos produjo más ácido sulfúrico que cualquier otro químico industrial inorgánico. El uso principal del ácido es la extracción de minerales de fosfato para la producción de fertilizantes. Otras aplicaciones del ácido sulfúrico incluyen la refinación de petróleo, el procesamiento de aguas residuales y la extracción de minerales.

Otra química importante del azufre

El azufre reacciona directamente con el metano para producir disulfuro de carbono, que se utiliza para fabricar celofán y rayón. Uno de los usos del azufre elemental es en la vulcanización del caucho, donde las cadenas de polisulfuro reticulan los polímeros orgánicos. Se utilizan grandes cantidades de sulfitos para blanquear papel y conservar frutos secos. Muchos tensioactivos y detergentes (por ejemplo, lauril sulfato de sodio ) son derivados de sulfato. El sulfato de calcio, yeso (CaSO 4 2H 2 O) se extrae en una escala de 100 millones de toneladas cada año para su uso en cemento Portland y fertilizantes.

Cuando se difundió la fotografía a base de plata, el tiosulfato de sodio y amonio se utilizaron ampliamente como "agentes fijadores". El azufre es un componente de la pólvora ("pólvora negra").

Fertilizante

El azufre se utiliza cada vez más como componente de fertilizantes. La forma más importante de azufre para fertilizantes es el mineral sulfato de calcio. El azufre elemental es hidrófobo (no soluble en agua) y no puede ser utilizado directamente por las plantas. Con el tiempo, las bacterias del suelo pueden convertirlo en derivados solubles, que luego pueden ser utilizados por las plantas. El azufre mejora la eficiencia de otros nutrientes vegetales esenciales, particularmente nitrógeno y fósforo. Las partículas de azufre producidas biológicamente son naturalmente hidrófilas debido a un recubrimiento de biopolímero y son más fáciles de dispersar sobre la tierra en una pulverización de lodo diluido, lo que resulta en una absorción más rápida.

El requerimiento botánico de azufre iguala o excede el requerimiento de fósforo. Es un nutriente esencial para el crecimiento de las plantas, la formación de nódulos radiculares de las leguminosas y los sistemas de inmunidad y defensa. La deficiencia de azufre se ha generalizado en muchos países de Europa. Debido a que las entradas atmosféricas de azufre continúan disminuyendo, es probable que aumente el déficit en la entrada / salida de azufre a menos que se utilicen fertilizantes de azufre. Los aportes atmosféricos de azufre disminuyen debido a las acciones tomadas para limitar las lluvias ácidas.

Productos químicos finos

Los compuestos orgánicos de azufre se utilizan en productos farmacéuticos, colorantes y agroquímicos. Muchas drogas contienen azufre; los primeros ejemplos son las sulfonamidas antibacterianas, conocidas como sulfamidas. El azufre es parte de muchas moléculas de defensa bacterianas. La mayoría de los antibióticos β-lactámicos, incluidas las penicilinas, cefalosporinas y monolactamas, contienen azufre.

El sulfato de magnesio, conocido como sales de Epsom cuando está en forma de cristal hidratado, se puede usar como laxante, aditivo de baño, exfoliante, suplemento de magnesio para plantas o (cuando está deshidratado) como desecante.

Fungicida y pesticida

El azufre elemental es uno de los fungicidas y pesticidas más antiguos. El "polvo de azufre", azufre elemental en forma de polvo, es un fungicida común para uvas, fresas, muchas verduras y varios otros cultivos. Tiene una buena eficacia contra una amplia gama de enfermedades del mildiú polvoroso, así como contra la mancha negra. En la producción orgánica, el azufre es el fungicida más importante. Es el único fungicida utilizado en la producción de manzanas de cultivo ecológico contra la principal enfermedad, la sarna de la manzana, en condiciones más frías. El biosulfur (azufre elemental producido biológicamente con características hidrófilas) también se puede utilizar para estas aplicaciones.

El azufre espolvoreado de formulación estándar se aplica a los cultivos con un espolvoreador de azufre o desde un avión espolvoreador. Azufre humectable es el nombre comercial para espolvorear azufre formulado con ingredientes adicionales para hacerlo miscible en agua. Tiene aplicaciones similares y se utiliza como fungicida contra el mildiú y otros problemas relacionados con el moho en las plantas y el suelo.

El polvo de azufre elemental se utiliza como insecticida " orgánico " (es decir, "verde") (en realidad, un acaricida ) contra garrapatas y ácaros. Un método común de aplicación es espolvorear la ropa o las extremidades con azufre en polvo.

Una solución diluida de azufre de cal (hecha combinando hidróxido de calcio con azufre elemental en agua) se usa como un baño para mascotas para destruir la tiña (hongos), la sarna y otras dermatosis y parásitos.

Se quemaron velas de azufre de azufre casi puro para fumigar estructuras y barriles de vino, pero ahora se consideran demasiado tóxicas para las residencias.

Bactericida en la vinificación y conservación de alimentos

La adición de pequeñas cantidades de gas de dióxido de azufre (o una adición equivalente de metabisulfito de potasio ) al vino fermentado para producir trazas de ácido sulfuroso (que se produce cuando el SO 2 reacciona con el agua) y sus sales de sulfito en la mezcla, se ha denominado "la herramienta más poderosa en la elaboración del vino. ". Después de la etapa de fermentación de la levadura en la elaboración del vino, los sulfitos absorben oxígeno e inhiben el crecimiento de bacterias aeróbicas que, de otro modo, convertirían el etanol en ácido acético, agriando el vino. Sin este paso conservante, generalmente se requiere la refrigeración indefinida del producto antes de su consumo. Métodos similares se remontan a la antigüedad, pero las menciones históricas modernas de la práctica se remontan al siglo XV. La práctica es utilizada tanto por los grandes productores de vino industrial como por los pequeños productores de vino orgánico.

El dióxido de azufre y varios sulfitos se han utilizado por sus propiedades conservantes antioxidantes y antibacterianas en muchas otras partes de la industria alimentaria. La práctica ha disminuido desde los informes de una reacción similar a una alergia de algunas personas a los sulfitos en los alimentos.

Productos farmacéuticos

El azufre (específicamente el octasulfuro, S 8) se usa en preparaciones farmacéuticas para la piel para el tratamiento del acné y otras afecciones. Actúa como un agente queratolítico y también mata bacterias, hongos, ácaros de la sarna y otros parásitos. El azufre precipitado y el azufre coloidal se utilizan, en forma de lociones, cremas, polvos, jabones y aditivos de baño, para el tratamiento del acné vulgar, el acné rosácea y la dermatitis seborreica.

Los efectos adversos comunes incluyen irritación de la piel en el lugar de aplicación, como sequedad, escozor, picazón y descamación.

Muebles

El azufre se puede utilizar para crear incrustaciones decorativas en muebles de madera. Una vez que se ha cortado un diseño en la madera, se vierte azufre fundido y luego se raspa para que quede al ras. Las incrustaciones de azufre fueron particularmente populares a fines del siglo XVIII y principios del XIX, especialmente entre los ebanistas alemanes de Pensilvania. La práctica pronto se extinguió, ya que se sustituyeron por sustancias menos tóxicas e inflamables. Sin embargo, algunos artesanos modernos han revivido ocasionalmente la técnica en la creación de réplicas.

Papel biológico

El azufre es un componente esencial de todas las células vivas. Es el octavo elemento más abundante en el cuerpo humano en peso, aproximadamente igual en abundancia al potasio y ligeramente mayor que el sodio y el cloro. Un cuerpo humano de 70 kg (150 lb) contiene aproximadamente 140 gramos de azufre. Es vital para la producción de insulina, queratina y colágeno.

Cofactores proteicos y orgánicos

En plantas y animales, los aminoácidos cisteína y metionina contienen la mayor parte del azufre, y el elemento está presente en todos los polipéptidos, proteínas y enzimas que contienen estos aminoácidos. En los seres humanos, la metionina es un aminoácido esencial que debe ingerirse. Sin embargo, a excepción de las vitaminas biotina y tiamina, la cisteína y todos los compuestos que contienen azufre en el cuerpo humano pueden sintetizarse a partir de la metionina. La enzima sulfito oxidasa es necesaria para el metabolismo de la metionina y la cisteína en humanos y animales.

Los enlaces disulfuro ( enlaces SS) entre los residuos de cisteína en las cadenas de péptidos son muy importantes en el ensamblaje y la estructura de las proteínas. Estos enlaces covalentes entre cadenas de péptidos confieren dureza y rigidez extra. Por ejemplo, la alta resistencia de las plumas y el cabello se debe en parte al alto contenido de enlaces SS con cisteína y azufre. Los huevos tienen un alto contenido de azufre para nutrir la formación de plumas en los polluelos, y el olor característico de los huevos podridos se debe al sulfuro de hidrógeno. El alto contenido de enlaces disulfuro del cabello y las plumas contribuye a su indigestibilidad y a su característico olor desagradable al quemarse.

La homocisteína y la taurina son otros ácidos que contienen azufre que tienen una estructura similar, pero no están codificados por el ADN y no forman parte de la estructura primaria de las proteínas. Muchas enzimas celulares importantes usan grupos protésicos que terminan con restos -SH para manejar reacciones que involucran sustancias bioquímicas que contienen acilo: dos ejemplos comunes del metabolismo básico son la coenzima A y el ácido alfa-lipoico. Dos de las 13 vitaminas clásicas, biotina y tiamina, contienen azufre, y esta última se llama así por su contenido de azufre.

En química intracelular, el azufre actúa como portador de hidrógeno reductor y sus electrones para la reparación celular de la oxidación. El glutatión reducido, un tripéptido que contiene azufre, es un agente reductor a través de su resto sulfhidrilo (-SH) derivado de la cisteína. Las tiorredoxinas, una clase de proteínas pequeñas esenciales para toda la vida conocida, utilizan pares vecinos de cisteínas reducidas para actuar como agentes reductores de proteínas generales, con un efecto similar.

La metanogénesis, la ruta hacia la mayor parte del metano del mundo, es una transformación bioquímica de varios pasos del dióxido de carbono. Esta conversión requiere varios cofactores organosulfurados. Estos incluyen la coenzima M, CH 3 SCH 2 CH 2 SO 3 ^-, el precursor inmediato del metano.

Metaloproteínas y cofactores inorgánicos

Las metaloproteínas en las que el sitio activo es un complejo de metal de transición unido a átomos de azufre son componentes esenciales de las enzimas involucradas en los procesos de transferencia de electrones. Los ejemplos incluyen proteínas de cobre azul y óxido nitroso reductasa. La función de estas enzimas depende del hecho de que el ion del metal de transición puede sufrir reacciones redox. Otros ejemplos incluyen grupos de hierro-azufre, así como muchas proteínas de cobre, níquel y hierro. Las más dominantes son las ferrodoxinas, que sirven como transportadores de electrones en las células. En las bacterias, las enzimas nitrogenasas importantes contienen un grupo de Fe-Mo-S y es un catalizador que realiza la importante función de fijación de nitrógeno, convirtiendo el nitrógeno atmosférico en amoníaco que los microorganismos y las plantas pueden utilizar para producir proteínas, ADN, ARN y alcaloides. y los demás compuestos nitrogenados orgánicos necesarios para la vida.

Metabolismo del azufre y ciclo del azufre

El ciclo del azufre fue el primero de los ciclos biogeoquímicos que se descubrió. En la década de 1880, mientras estudiaba Beggiatoa (una bacteria que vive en un ambiente rico en azufre), Sergei Winogradsky descubrió que oxidaba el sulfuro de hidrógeno (H 2 S) como fuente de energía, formando gotitas de azufre intracelulares. Winogradsky se refirió a esta forma de metabolismo como inorgoxidación (oxidación de compuestos inorgánicos). Continuó estudiándolo junto con Selman Waksman hasta la década de 1950.

Los oxidantes de azufre pueden usar como fuentes de energía compuestos de azufre reducido, incluyendo sulfuro de hidrógeno, azufre elemental, sulfito, tiosulfato y varios politionatos (por ejemplo, tetrationato ). Dependen de enzimas como la sulfuro oxigenasa y la sulfito oxidasa para oxidar el azufre a sulfato. Algunos litótrofos pueden incluso utilizar la energía contenida en los compuestos de azufre para producir azúcares, un proceso conocido como quimiosíntesis. Algunas bacterias y arqueas usan sulfuro de hidrógeno en lugar de agua como donante de electrones en la quimiosíntesis, un proceso similar a la fotosíntesis que produce azúcares y utiliza oxígeno como aceptor de electrones. Las bacterias fotosintéticas del azufre verde y las bacterias del azufre púrpura y algunos litótrofos utilizan oxígeno elemental para llevar a cabo la oxidación del sulfuro de hidrógeno y producir azufre elemental (S ⁰), estado de oxidación = 0. Las bacterias primitivas que viven alrededor de los respiraderos volcánicos del océano profundo oxidan el sulfuro de hidrógeno en así con oxígeno; el gusano de tubo gigante es un ejemplo de un organismo grande que usa sulfuro de hidrógeno (a través de bacterias) como alimento para oxidarse.

Las llamadas bacterias reductoras de sulfato, por el contrario, "respiran sulfato" en lugar de oxígeno. Utilizan compuestos orgánicos o hidrógeno molecular como fuente de energía. Usan azufre como aceptor de electrones y reducen varios compuestos de azufre oxidados a sulfuro, a menudo a sulfuro de hidrógeno. Pueden crecer sobre otros compuestos de azufre parcialmente oxidados (por ejemplo, tiosulfatos, tionatos, polisulfuros, sulfitos). El sulfuro de hidrógeno producido por estas bacterias es responsable de parte del olor de los gases intestinales ( flatos ) y de los productos de descomposición.

El azufre es absorbido por las raíces de las plantas del suelo como sulfato y transportado como un éster de fosfato. El sulfato se reduce a sulfuro a través del sulfito antes de incorporarse a la cisteína y otros compuestos orgánicos de azufre.

SO 4 ²⁻ → SO 3 ²⁻ → H 2 S → cisteína → metionina

Precauciones

Azufre

Riesgos
Pictogramas GHS
Palabra de señal GHS	Advertencia
Declaraciones de peligro GHS	H315
NFPA 704 (diamante de fuego)	2 1 2

El azufre elemental no es tóxico, al igual que la mayoría de las sales de sulfato solubles, como las sales de Epsom. Las sales de sulfato solubles se absorben mal y son laxantes. Cuando se inyectan por vía parenteral, se filtran libremente por los riñones y se eliminan con muy poca toxicidad en cantidades de varios gramos. El sulfato de aluminio se utiliza en la purificación de agua potable, plantas de tratamiento de aguas residuales y fabricación de papel.

Cuando el azufre se quema en el aire, produce dióxido de azufre. En el agua, este gas produce ácido sulfuroso y sulfitos; los sulfitos son antioxidantes que inhiben el crecimiento de bacterias aeróbicas y un aditivo alimentario útil en pequeñas cantidades. En altas concentraciones, estos ácidos dañan los pulmones, los ojos u otros tejidos. En organismos sin pulmones como insectos o plantas, el sulfito en alta concentración impide la respiración.

El trióxido de azufre (obtenido por catálisis a partir de dióxido de azufre) y el ácido sulfúrico son igualmente muy ácidos y corrosivos en presencia de agua. El ácido sulfúrico es un agente deshidratante fuerte que puede eliminar las moléculas de agua disponibles y los componentes del agua del azúcar y los tejidos orgánicos.

La quema de carbón y / o petróleo por parte de la industria y las centrales eléctricas genera dióxido de azufre (SO 2) que reacciona con el agua atmosférica y el oxígeno para producir ácido sulfúrico (H 2 SO 4) y ácido sulfuroso (H 2 SO 3). Estos ácidos son componentes de la lluvia ácida, que reducen el pH del suelo y los cuerpos de agua dulce, lo que a veces da como resultado un daño sustancial al medio ambiente y la erosión química de estatuas y estructuras. Las normas sobre combustibles exigen cada vez más que los productores de combustibles extraigan azufre de los combustibles fósiles para evitar la formación de lluvia ácida. Este azufre extraído y refinado representa una gran parte de la producción de azufre. En las centrales eléctricas de carbón, a veces se purifican los gases de combustión. Las centrales eléctricas más modernas que utilizan gas de síntesis extraen el azufre antes de quemar el gas.

El sulfuro de hidrógeno es tan tóxico como el cianuro de hidrógeno y mata por el mismo mecanismo (inhibición de la enzima respiratoria citocromo oxidasa ), aunque es menos probable que el sulfuro de hidrógeno cause intoxicaciones inesperadas por pequeñas cantidades inhaladas debido a su olor desagradable. El sulfuro de hidrógeno amortigua rápidamente el sentido del olfato y una víctima puede respirar cantidades crecientes sin notar el aumento hasta que los síntomas graves causan la muerte. Las sales de sulfuro e hidrosulfuro disueltas son tóxicas por el mismo mecanismo.

Ver también

• Portal de química

• Lava azul
• Aerosoles de azufre estratosférico
• Asimilación de azufre
• Diésel de azufre ultrabajo

Referencias

Otras lecturas

Sigel, Astrid; Freisinger, Eva; Sigel, Roland KO, eds. (2020). Metales de transición y azufre: una relación sólida para toda la vida. Editores invitados Martha E Sosa Torres y Peter MHKroneck. Berlín / Boston: de Gruyter. págs. xlv + 455. ISBN   978-3-11-058889-7.

enlaces externos

• Azufre en la tabla periódica de videos (Universidad de Nottingham)
• Datos atómicos para azufre, laboratorio de medición física del NIST
• Diagrama de fase de azufre, Introducción a la química para edades de 13 a 17 años
• Cristalino, líquido y polimerización de azufre en la isla de Vulcano, Italia
• Azufre y su uso como plaguicida
• El Instituto del Azufre
• Administración de nutrientes y el Instituto del azufre