Química del Azufre: Propiedades, Alotropía y Compuestos Esenciales (S, SO₂, H₂SO₄)

El Azufre (S): Propiedades, Variedades y Compuestos Químicos

El azufre existe naturalmente en estado libre en la cercanía de los volcanes. Combinado con metales, forma sulfuros.

Propiedades Físicas Generales

Es un sólido amarillo, inodoro, quebradizo y mal conductor de electricidad. Frotado con un paño, se electriza negativamente. Sus propiedades físicas cambian según su estado alotrópico. El azufre presenta dos variedades principales: dos cristalizadas y una amorfa. Las variedades cristalizadas son la octahédrica y la prismática.

Variedades Alotrópicas del Azufre

• Azufre Octahédrico (Rómbico): Cristaliza en el sistema rómbico. Es un sólido amarillo limón. Densidad: 2,07 g/cm³. Punto de Fusión (PF): 114 ºC. Es insoluble en H₂O, pero muy soluble en sulfuro de carbono (CS₂).
• Azufre Prismático (Monoclínico): Se obtiene fundiendo azufre y dejando enfriar lentamente. Presenta grandes agujas prismáticas de color amarillo oscuro. Densidad: 1,97 g/cm³. PF: 119 ºC. Es poco estable y se transforma espontáneamente en la variedad octahédrica.
• Azufre Amorfo (Plástico): Es blando y soluble en sulfuro de carbono.

Comportamiento del Azufre al Calentarse

El azufre funde a 114 ºC, dando un líquido amarillo y fluido. Mientras más se calienta, se torna más pardo y aumenta su viscosidad. A 300 ºC, vuelve a fluidificarse, y a 445 ºC comienza a hervir, desprendiendo vapores amarillo-rojizos. Si el azufre fundido se vierte en agua fría, se solidifica en una masa blanda naranja oscuro de naturaleza plástica e insoluble en sulfuro de carbono.

Compuestos Oxigenados del Azufre

Dióxido de Azufre (SO₂)

Es un gas desprendido en volcanes y se encuentra en pequeñas cantidades en la atmósfera, sobre todo en grandes ciudades.

Métodos de Obtención del SO₂

Obtención Industrial

• Combustión del azufre en aire: S + O₂ = SO₂
• Tostación de piritas u otros sulfuros:
  • 4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂
  • 2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂

Obtención en Laboratorio

• Reducción de H₂SO₄ con Cu o Hg: 2H₂SO₄ + Cu = CuSO₄ + 2H₂O + SO₂

Propiedades y Usos del SO₂

El SO₂ es un gas incoloro, de olor sofocante e irritante, más denso que el aire e incomburente. Es muy soluble en agua, formando ácido sulfuroso (H₂SO₃). Se licúa con facilidad, dando un líquido que funde a 8 ºC. Este líquido absorbe mucho calor, por lo que se usa en la industria frigorífica.

Es un reductor enérgico. Es muy inestable; si no se protege del aire, forma H₂SO₄.

Usos: El SO₂ se utiliza principalmente para la fabricación de H₂SO₄. En laboratorios, se usa como reductor, y se emplea para la destrucción de insectos y como antiséptico.

Estructura Molecular y Aplicaciones Industriales

La atomicidad de la molécula de azufre puede variar de 2 a 8 (como en el azufre octahédrico). Al fundir el azufre octahédrico, se forma azufre pastoso debido al enredo de las moléculas con forma de anillos.

El Proceso de Vulcanización

La vulcanización consiste en mezclar el azufre con caucho natural. Al calentar proporciones del 10 % al 20 % de azufre a 120 ºC, se forma goma vulcanizada, que es elástica, impermeable y no se ablanda con el calor. Si la proporción de azufre se eleva al 50 %, se obtiene un producto duro y aislante conocido como ebonita.

Compuestos Hidrogenados del Azufre

Sulfuro de Hidrógeno (H₂S)

El hidruro de azufre (sulfuro de hidrógeno) es un gas fétido que se encuentra en estado libre en aguas minerales sulfurosas. Se forma por la descomposición de toda materia orgánica que contiene azufre.

Preparación y Propiedades del H₂S

El gas sulfhídrico se prepara haciendo reaccionar HCl o H₂SO₄ diluido sobre un sulfuro, utilizando, por ejemplo, un generador de Kipp. Es un gas incoloro, de olor desagradable y muy venenoso.

Al disolverse en H₂O, presenta propiedades ácidas (Ácido Sulfhídrico). Es un ácido débil que conduce con dificultad la corriente eléctrica. A pesar de su debilidad, ataca a casi todos los metales, formando un sulfuro de color característico.

Otros Compuestos Oxigenados

Ácido Sulfuroso (H₂SO₃)

Es poco estable; al calentarlo, desprende SO₂, pero la reacción es reversible con agua. Es un ácido débil que se ioniza en dos etapas. Las sales de este ácido se denominan sulfitos.

Métodos de Reconocimiento del H₂SO₃

• Decolora el permanganato de potasio.
• Una solución de yodato de potasio y almidón, en presencia de SO₂, libera yodo (I), formando yoduro de almidón y dándole un tono azulado.

Trióxido de Azufre (SO₃)

Procede de la unión directa de SO₂ con O₂ utilizando un catalizador (como el platino). En el laboratorio, se puede obtener SO₂ combustionando azufre, el cual se transformará en SO₃ por la presencia de amianto platinado. El SO₃ se condensa en un tubo enfriado.

Propiedades del SO₃

El SO₃ presenta dos alotropías:

• Un líquido incoloro (solidifica a 15 ºC y hierve a 46 ºC).
• Un cuerpo sólido blanco que cristaliza en agujas sedosas.

Ambas formas, combinadas con agua, dan lugar al ácido sulfúrico (H₂SO₄).

Ácido Sulfúrico (H₂SO₄)

Es incoloro, inodoro y su densidad es casi el doble que la del agua. Es muy soluble en agua, generando una reacción exotérmica. Hierve a 338 ºC, desprendiendo humos blancos de SO₃.

Es un ácido muy enérgico y corrosivo que carboniza sustancias orgánicas. Diluido, ataca a los metales; concentrado, no lo hace debido a la falta de ionización.