Sofre

iso.	AN	Període de semidesintegració	CD	ED M eV	PD
³²S	95,02%	S'is Isòtop estable amb 16 neutrons
³³S	0,75%	S és estable amb 17 neutrons
³⁴S	4,21%	S és estable amb 18 neutrons
³⁵S	Sintètic	87,32 d	β^-	0,167	³⁵Cl
³⁶S	0,02%	S és estable amb 20 neutrons

Valors en el SI d'unitats i en CNPT (0º C i 1 atm),
excepte quan s'indica el contrari.

El sofre és un element químic de nombre atòmic 16 i símbol S. És un no metall abundant, insípid, inodor. El sofre es troba principalment en sulfurs (S^2-) i sulfats (SO₄^2-) i inclús en forma nativa (especialment en regions volcàniques). És un element químic essencial per a tots els organismes i necessari per a molts aminoàcids i per consegüent també per a les proteïnes. S'usa principalment com a fertilitzant però també en la fabricació de pólvora, laxants, llumins i insecticides.

[edita] Característiques principals

Aquest no metall és de color groc, bla, fràgil, lleuger, desprén un olor característica a ou podrit al mesclar-se amb hidrogen i crema amb flama de color blau desprenent diòxid de sofre (SO₂). És insoluble en aigua però es dissol en disulfur de carboni (CS₂). És multivalent i són comuns els estats d'oxidació -2, +2, +4 i +6.

En tots els estats, sòlid, líquid i gasós presenta forma al·lotròpiques les relacions dels quals no són completament conegudes. Les estructures cristal·lines més comuns són l'octaedre ortoròmbic (sofre α) i el prisma monoclínic (sofre β) sent la temperatura de transició d'una a una altra de 96ºC; en ambdós casos el sofre es troba formant molècules de S₈ amb forma d'anell, sent la diferent disposició d'aquestes molècules la que provoca les distintes estructures cristal·lines. A temperatura ambient, la transformació del sofre monoclínic en ortoròmbic, més estable, és molt lenta.

Al fondre el sofre, s'obté un líquid que flueix amb facilitat format per molècules de S₈, però si s'escalfa el color es torna marró quelcom rogenc i s'incrementa la viscositat. Aquest comportament es deu a la ruptura dels anells i la formació de llargues cadenes d'àtoms de sofre que poden aconseguir diversos milers d'àtoms de longitud que s'enreden entre si disminuint la fluïdesa del líquid; el pic màxim de viscositat s'aconsegueix entorn dels 200ºC. Refredant ràpidament este líquid viscós s'obté una massa elàstica, de consistència semblant a la de la goma, denominada «sofre plàstic» (sofre γ) i formada per cadenes que no han tingut temps de reordenar-se per a formar molècules de S₈; transcorregut cert temps la massa perd la seua elasticitat cristal·litzant en el sistema ròmbic. Estudis realitzats amb rajos X mostren que aquesta forma amorfa pot estar constituïda per molècules de S₈ amb estructura d'hèlice espiral.

En estat vapor també forma molècules de S₈, però a 780ºC ja s'aconseguix l'equilibri amb molècules diatòmiques i per damunt d'aproximadament 1800ºC la dissociació és completa i es troben àtoms de sofre.

[edita] Aplicacions

El sofre s'usa en multitud de processos industrials com la producció d'àcid sulfúric (H₂SO₄) per a bateries, la fabricació de pólvora i el vulcanitzat del cautxú. El sofre té usos com fungicida i en la manufactura de fosfats fertilitzants. Els sulfits s'usen per a blanquejar el paper i en llumins. El tiosulfat de sodi (Na₂S₂O₃) o d'amoni ((NH₄)₂S₂O₃) s'empren en la indústria fotogràfica com a «fixador» ja que dissol el nitrat de plata (AgNO₃); i el sulfat de magnesi (MgSO₄ , també anomenada sal Epsom) té usos diversos com laxant, exfoliant o suplement nutritiu per a plantes.

[edita] Rol biològic

Els aminoàcids cisteïna, metionina homocisteïna i taurina contenen sofre, igual que alguns enzims, fent-lo necessari per als organismes vius i els enllaços disulfur entre polipèptids són de gran importància per a l'estructura i acoblament de les proteïnes. És constituent d'algunes vitamines, participa en la síntesi del col·lagen, neutralitza els tòxics i ajuda al fetge en la secreció de bilis. Es troba en llegums, cols, espàrrecs, porros, alls, cebes, peixos, formatges i rovell d'ou; a diferència del sofre inorgànic, el sofre dels aliments no és tòxic i el seu excés s'elimina amb l'orina; el seu dèficit retarda el creixement.

Les plantes absorbixen el sofre del sòl com ió sulfat (SO₄^2-), en l'anomenat cicle del sofre , i alguns bacteris utilitzen el sulfur d'hidrogen (H₂S) de l'aigua com a donant d'electrons en un procés semblant a una fotosíntesi primitiva.

[edita] Història

Sofre cristallitzat

El sofre (del llatí sulphur, -uris) és conegut des de l'antiguitat i ja Homer recomanava, en el segle IX adC, evitar la pestilència del sofre. Aproximadament en el segle XII, els xinesos van inventar la pólvora, mescla explosiva de nitrat de potassi (KNO₃), carbó i sofre. Els alquimistes de l'Edat Mitjana coneixien la possibilitat de combinar el sofre amb el mercuri, però no va ser fins a finals de la dècada de 1770 quan Antoine Lavoisier va convéncer a la comunitat científica que el sofre no era un compost si no un element químic.

[edita] Abundància i obtenció

Sofre en estat natural

El sofre, element molt abundant en l'escorça terrestre, es troba en grans quantitats combinat en forma de sulfurs (pirita, galena) i de sulfats (algeps). En forma nativa es troba en les proximitats d'aigües termals, zones volcàniques i en menes de cinabri, galena, esfalerita i estibina, i s'extrau per mitjà del procés Frasch consistent a injectar vapor d'aigua sobreescalfat per a fondre el sofre que posteriorment és bombat a l'exterior utilitzant aire comprimit.

També està present, en petites quantitats, en combustibles fòssils (carbó i petroli) la combustió del qual produïx diòxid de sofre que combinat amb aigua produïx la pluja àcida; per a evitar-ho les legislacions dels països industrialitzats exigixen la reducció del contingut de sofre dels combustibles, constituint aquest sofre, posteriorment refinat, un percentatge important del total produït en el món. També s'extrau del gas natural que conté sulfur d'hidrogen que una vegada separat es crema per a obtindre sofre:

2 H₂S + O₂ -> 2 S + 2 H₂O

El color distintiu de Io, la lluna volcànica de Júpiter es deu a la presència de diferents formes de sofre en estat líquid, sòlid i gasós; el sofre es troba, a més, en diversos tipus de meteorits i es creu que la taca fosca que pot observar-se prop del cràter lunar Aristarc pot ser un dipòsit de sofre.

[edita] Compostos

Moltes de les olors desagradables de la matèria orgànica es deuen a compostos que contenen sofre com el sulfur d'hidrogen. Dissolt en aigua és àcid (pK_a1 = 7,00, pK_a2 = 12,92) i reacciona amb els metalls. Els sulfurs metàl·lics es troben en la naturalesa, sobretot el de ferro (pirita) que pot presentar resistència negativa i la galena, sulfur de plom natural, en el que per primera vegada es va observar l'efecte semiconductor del rectificat.

El nitrur de sofre polímer (SN)_x, sintetitzat al 1975 per Alan G. MacDiarmid i Alan J. Heeger, presenta propietats metàl·liques, a pesar d'estar constituït per no metalls, i inusuals propietats elèctriques i òptiques. Aquest treball va servir de base per al posterior desenvolupament, amb Hideki Shirakawa, de plàstics conductors i semiconductors que va motivar la concessió del Nobel de Química, al 2000, als tres investigadors.

Els òxids més importants són el diòxid de sofre, SO₂ que en aigua forma una solució de àcid sulfurós (H₂SO₃), i el triòxid de sofre, SO₃, que en solució forma el àcid sulfúric; sent els sulfits'i sulfats les sals respectives.

[edita] Isòtops

Es coneixen 18 isòtops del sofre, quatre dels quals són estables: S-32 (95,02%), S-33 (0,75%), S-34 (4,21%) i S-36 (0,02%). A banda del S-35, format a l'incidir la radiació còsmica sobre l'argó-40 atmosfèric i que té una vida mitjana de 87 dies, els altres isòtops radioactius són de vida curta.

[edita] Precaucions

El disulfur de carboni, el sulfur d'hidrogen, i el diòxid de sofre han de manejar-se amb precaució. A més de ser prou tòxic (més que el cianur), el diòxid de sofre reacciona amb l'aigua atmosfèrica per a produir la pluja àcida i en altes concentracions reacciona amb l'aigua en els pulmons formant àcid sulfurós que provoca hemoràgies, omplint els pulmons de sang amb la consegüentment asfíxia. Encara que molt pudent inclús en concentracions baixes, quan la concentració s'incrementa el sentit de l'olfacte ràpidament se satura desapareixent l'olor pel que a les víctimes potencials de l'exposició els pot passar desapercebuda la seua presència en l'aire fins que es manifesten els seus efectes, possiblement mortals.