18.11: Ocorrência, preparação e propriedades do enxofre

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Objetivos de

Ao final desta seção, você poderá:

Descreva as propriedades, a preparação e os usos do enxofre

O enxofre existe na natureza como depósitos elementares, bem como sulfetos de ferro, zinco, chumbo e cobre e sulfatos de sódio, cálcio, bário e magnésio. O sulfeto de hidrogênio é frequentemente um componente do gás natural e ocorre em muitos gases vulcânicos, como os mostrados na Figura 18.58. O enxofre é um constituinte de muitas proteínas e é essencial para a vida.

Um lago é mostrado cercado por picos rochosos e montanhosos. Um vapor branco sobe do solo perto do lago.

Figura 18.58 Os gases vulcânicos contêm sulfeto de hidrogênio. (crédito: Daniel Julie/Wikimedia Commons)

O processo Frasch, ilustrado na Figura 18.59, é importante na mineração de enxofre livre de enormes depósitos subterrâneos no Texas e na Louisiana. A água superaquecida (170° C e pressão de 10 atm) é forçada pela extremidade externa de três tubos concêntricos até o depósito subterrâneo. A água quente derrete o enxofre. O tubo mais interno conduz o ar comprimido para o enxofre líquido. O ar força o enxofre líquido, misturado com o ar, a fluir pelo tubo de saída. A transferência da mistura para grandes cubas de decantação permite que o enxofre sólido se separe após o resfriamento. Esse enxofre tem 99,5% a 99,9% de pureza e não requer purificação para a maioria dos usos.

É mostrado um diagrama no qual um tubo vertical é incorporado na extremidade inferior em um sólido de várias camadas. A camada superior é rotulada como “Solo” e a camada inferior é rotulada como “Depósito de enxofre sólido”. Um tubo fino, começando na parte superior do diagrama, leva ao tubo vertical até a parte inferior e é rotulado como “Ar comprimido”. As setas voltadas para a esquerda e depois para baixo são desenhadas neste tubo interno. Essas setas então giram para cima na parte inferior do tubo e são puxadas para cima para indicar o fluxo de “enxofre líquido”, da parte inferior do diagrama até a parte superior externa do tubo interno. Essas setas levam a uma câmara no canto superior direito do diagrama com setas voltadas para a esquerda rotuladas “Enxofre, água e ar”. Um tubo horizontal no centro direito do diagrama leva ao tubo externo e as setas desenhadas para baixo levam de volta à parte inferior do diagrama. Este tubo está rotulado como “Água superaquecida”.

Figura 18.59 O processo Frasch é usado para extrair enxofre de depósitos subterrâneos.

Grandes quantidades de enxofre também vêm do sulfeto de hidrogênio recuperado durante a purificação do gás natural.

O enxofre existe em várias formas alotrópicas. A forma estável à temperatura ambiente contém anéis de oito membros e, portanto, a fórmula verdadeira é S ₈. No entanto, os químicos geralmente usam S para simplificar os coeficientes nas equações químicas; seguiremos essa prática neste livro.

Como o oxigênio, que também é membro do grupo 16, o enxofre apresenta um comportamento distintamente não metálico. Ele oxida metais, dando uma variedade de sulfetos binários nos quais o enxofre exibe um estado de oxidação negativo (2−). O enxofre elementar oxida menos metais eletronegativos, e mais metais eletronegativos, como oxigênio e halogênios, o oxidarão. Outros agentes oxidantes fortes também oxidam o enxofre. Por exemplo, o ácido nítrico concentrado oxida o enxofre em íon sulfato, com a formação simultânea de óxido de nitrogênio (IV):

S (s) + 6 {NÃO}_{3} (uma q) ⟶ 2 H_{3} O^{+} (uma q) + {ENTÃO}_{4}^{2−} (uma q) + 6 {NÃO}_{2} (g)

A química do enxofre com um estado de oxidação de 2− é semelhante à do oxigênio. Ao contrário do oxigênio, no entanto, o enxofre forma muitos compostos nos quais apresenta estados de oxidação positivos.