1.

Introduzione

Zolfo Elemento chimico non metallico, di colore giallo, insapore e inodore, di simbolo S e numero atomico 16. Appartiene al gruppo VIA o 16 della tavola periodica e ha peso atomico 32,067. Conosciuto fin dalla preistoria e ampiamente utilizzato dagli alchimisti, lo zolfo fu individuato come elemento dal chimico francese Antoine-Laurent Lavoisier durante le sue ricerche sui processi di combustione.

2.

Proprietà

Lo zolfo è insolubile in acqua, ma solubile in alcuni solventi organici e in particolare nel solfuro di carbonio. Se portato alla temperatura di fusione, diventa un liquido color paglierino che si scurisce progressivamente man mano che gli si fornisce calore, fino a bollire. Quando lo zolfo fuso viene raffreddato lentamente, le sue proprietà fisiche variano in relazione alla temperatura, alla pressione e al tipo di solidificazione, dando luogo a diverse forme allotropiche.

L’elemento esiste allo stato liquido nelle forme S_λ e S_µ, e in alcune varietà solide, delle quali le più comuni sono quelle che cristallizzano nel sistema rombico e monoclino (vedi Cristallo). La varietà più stabile è lo zolfo rombico, un solido cristallino giallo che a temperatura ambiente (circa 20 °C) ha densità relativa 2,06. Lo zolfo rombico è poco solubile in alcol, etere, moderatamente solubile in oli, e molto solubile in solfuro di carbonio.

A temperature comprese tra 94,5 °C e 120 °C la forma rombica si trasforma in quella monoclina: cristalli allungati, trasparenti, a forma di aghi. La temperatura (94,5 °C) alla quale forma rombica e monoclina sono all’equilibrio è la temperatura di transizione. A 115,21 °C lo zolfo rombico fonde e si trasforma in liquido giallo pallido, identificato come la forma S_λ, che diventa scuro e vischioso a 160 °C, e genera la modificazione S_µ.

Se lo zolfo viene portato vicino al suo punto di ebollizione, pari alla temperatura di 444,6 °C, e viene rapidamente gettato in acqua fredda, solidifica senza avere il tempo di cristallizzare in una delle due espressioni, formando una sostanza trasparente, vischiosa, elastica, nota come zolfo amorfo o plastico, e costituita per la maggior parte da zolfo S_µ sovraraffreddato.

Chimicamente lo zolfo è simile all’ossigeno, e può sostituirlo in numerosi legami. Presenta stato di ossidazione due, quattro e sei, come è evidente, rispettivamente, nei composti solfuro ferroso (FeS), diossido di zolfo (SO₂) e solfato di bario (BaSO₄). In presenza di calore si combina con l’idrogeno e con alcuni metalli, per formare i solfuri: tra questi il più comune è il solfuro di idrogeno, H₂S, un gas incolore, velenoso, con un odore pungente e fastidioso, tipico dell’uovo marcio. Lo zolfo reagisce anche con il cloro, in diverse proporzioni, producendo cloruro di zolfo, S₂Cl₂, e dicloruro di zolfo, SCl₂. Se bruciato all’aria, si combina con l’ossigeno formando biossido di zolfo, SO₂, un gas pesante, incolore, dal caratteristico odore soffocante.

In aria umida lo zolfo si ossida lentamente in acido solforico, ed è un costituente fondamentale di altri acidi, come l’acido tiosolforico, H₂S₂O₃ e l’acido solforoso, H₂SO₃. La molecola di quest’ultimo possiede due atomi di idrogeno che possono essere sostituiti per formare due serie di sali: i solfiti acidi e i normali. I solfiti acidi, o bisolfiti, di metalli alcalini, come il bisolfito di sodio, NaHSO₃, producono soluzioni acide, mentre i solfiti normali, come il solfito di sodio, Na₂SO₃ e il solfito di potassio, K₂SO₃, danno soluzioni debolmente alcaline.

Il diossido di zolfo viene liberato nell’atmosfera durante la combustione di combustibili fossili, come il gas naturale, il petrolio e il carbone, e costituisce uno dei più pericolosi inquinanti. La concentrazione di biossido di zolfo nell’aria può variare da 0,01 a molte parti per milione, ed è responsabile dell’invecchiamento di palazzi e monumenti, del fenomeno delle piogge acide e dell’insorgere di varie malattie umane. Vedi Inquinamento atmosferico.

3.

Diffusione

Lo zolfo è il sedicesimo, in ordine di abbondanza, fra gli elementi della crosta terrestre ed è presente in natura allo stato libero e in combinazione con altri elementi. Si trova combinato nei solfuri metallici, come il solfuro di piombo o galena, PbS; la zincoblenda, ZnS (vedi Sfalerite); la pirite di rame, (Cu,Fe)S₂; il cinabro, HgS; la stibnite, Sb₂S₃; e la pirite FeS₂. È anche presente sotto forma di solfato come la barite (o baritina), BaSO₄, la celestina, SrSO₄ e il gesso, CaSO₄·2H₂O. Si trova nelle molecole di alcune sostanze organiche come la senape, le uova, i capelli, le proteine e l’aglio.

Allo stato libero è spesso mescolato al gesso e alla pietra pomice nelle zone vulcaniche dell’Islanda, del Messico e del Giappone. Importanti giacimenti si trovano in Italia: in Romagna, nelle Marche, ma soprattutto in Sicilia, dov’è presente, accompagnato da diversi minerali, in strati alternati a calcare. Vasti depositi sotterranei si trovano negli Stati Uniti, in Louisiana e Texas. Lo zolfo libero può formarsi durante l’invecchiamento della pirite o anche dai depositi dalle acque sulfuree ossidate dall’atmosfera.

4.

Estrazione

Esistono vari metodi di estrazione dello zolfo dal suolo. In Sicilia, le rocce contenenti zolfo vengono accatastate su un terreno scosceso e accese; lo zolfo liquido, ottenuto in seguito all’aumento di temperatura, scorre in una serie di stampi di legno, dove solidifica, producendo il cosiddetto zolfo laminare. Il prodotto può essere ulteriormente purificato per distillazione, inviando il vapore in una camera in muratura, dove condensa sotto forma di polvere finissima nota come “fiori di zolfo”.

Nelle zone dove i depositi di zolfo sono situati a notevole profondità, come in Louisiana e in Texas, il metodo di estrazione più diffuso fu messo a punto nel 1891 dal chimico statunitense Herman Frasch. Nel processo Frasch tre tubi concentrici, il più largo dei quali ha diametro di circa 20 cm, vengono introdotti nel terreno fino a raggiungere il giacimento; nel tubo esterno viene immessa acqua alla pressione di 18 atm e alla temperatura di 170 °C, che fa fondere lo zolfo con cui viene a contatto, mentre nella tubazione centrale viene iniettata aria alla pressione di 35 atm che provoca la risalita della massa fusa attraverso l’intercapedine centrale. Lo zolfo viene quindi immesso in barili di legno dove solidifica, separandosi dall’acqua in eccesso. Il prodotto ottenuto è puro al 99,5%. Lo zolfo si ottiene anche dalla distillazione della pirite, ma in questo caso contiene spesso tracce di arsenico.

Nel 2004 la produzione mondiale di zolfo è stata di 64 milioni di tonnellate.

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Usi

Lo zolfo è utilizzato principalmente nella produzione di composti, quali acido solforico, solfiti, solfati e diossido di zolfo. In medicina ha acquisito importanza come componente dei sulfamidici e come ingrediente in saponi o creme curative di alcune malattie della pelle. Lo zolfo è impiegato anche nella produzione di fiammiferi, gomma vulcanizzata, coloranti e polvere pirica. Mescolato con calce e polverizzato, viene usato come fungicida per le piante. Il tiosolfato di sodio, un suo sale di forma chimica Na₂S₂O₃·5H₂O, generalmente chiamato iposolfito, è usato come fissante in fotografia. Combinato con vari minerali inerti, forma cementi speciali usati per ancorare oggetti metallici, quali catene o rotaie, a rocce e costruzioni. L’acido solforico è un importante prodotto chimico, poiché è utilizzato sia nella preparazione di molecole contenenti zolfo, sia in quella di elementi che non ne contengono, come, ad esempio, l’acido fosforico.