Sofre

El sofre és un element químic de nombre atòmic 16 i símbol S, i també és un mineral. És un no-metall abundant i insípid, i fa una olor característica. El sofre es troba principalment en sulfurs (S2-) i sulfats (SO₄2-), i també en forma nativa (especialment en regions volcàniques). És un element químic essencial per a tots els organismes que es troba en dos dels aminoàcids que formen les proteïnes: la metionina, la cisteïna. S'usa principalment com a fertilitzant però també en la fabricació de pólvora, laxants, llumins i insecticides.

Característiques principals 
Es tracta d'un no-metall de color groc, bla, fràgil, lleuger, desprèn una olor característica d'ou podrit en combinar-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 formes 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 96 °C; 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 diferents estructures cristal·lines. A temperatura ambient, la transformació del sofre monoclínic en ortoròmbic, més estable, és molt lenta.

En 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 200 °C. 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 780 °C ja s'aconseguix l'equilibri amb molècules diatòmiques i per damunt d'aproximadament 1800 °C la dissociació és completa i es troben àtoms de sofre.

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.

Rol biològic 
Els aminoàcids cisteïna, metionina homocisteïna i taurina contenen sofre, igual que alguns enzims; això el converteix en un constituent bàsic dels organismes vius, ja que els enllaços disulfur entre polipèptids són de gran importància per a l'estructura i acoblament de les proteïnes. En contenen algunes vitamines, participa en la síntesi del col·lagen, neutralitza els tòxics i ajuda el fetge en la secreció de bilis. Es troba en llegums, cols, espàrrecs, porros, alls, cebes, peix, formatges i rovell d'ou; a diferència del sofre inorgànic, el sofre dels aliments no és tòxic i se n'elimina l'excés amb l'orina; el dèficit retarda el creixement.

Les plantes absorbixen el sofre del sòl en forma d'ió sulfat (SO₄2-), 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.

Història 

El sofre (del llatí sulphur, -uris) és conegut des de l'antiguitat i ja Homer recomanava, en el , evitar la pestilència del sofre. Aproximadament en el , 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 al 1789 quan Antoine L. Lavoisier va convèncer la comunitat científica que el sofre no era un compost sinó un element químic a la seva obra Traité élementaire de chimie.

Abundància i obtenció 

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, el satèl·lit volcànic 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.

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 (pKa1 = 7,00, pKa2 = 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 el 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, el 2000, als tres investigadors.

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

Isòtops 
Es coneixen 25 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.

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 hemorràgies, omplint els pulmons de sang amb la consegüentment asfíxia. Encara que molt pudent fins i tot 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.

Referències

Enllaços externs 

 Enciclopèdia Lliure 
 Los Alamos National Laboratory - sofre  
 webelements.com - sofre 
 environmentalchemistry.com - sofre 

 
Elements natius