¿Por qué el azufre forma anillos y el oxígeno no?
Están en la misma columna y tienen seis electrones de valencia, pero se comportan de forma opuesta.
El oxígeno forma O₂ con un doble enlace. Sus orbitales p son compactos y se solapan bien de lado, de modo que el enlace pi es fuerte y la molécula diatómica resulta muy estable.
Los orbitales p del azufre son mayores y más difusos. El solapamiento lateral es pobre y el doble enlace S=S resulta débil. En cambio, el enlace simple S–S es sólido, con unos 266 kJ/mol.
La consecuencia es que al azufre le compensa formar muchos enlaces simples en lugar de pocos dobles, y por eso se encadena. La forma estable a temperatura ambiente es el anillo S₈, un octágono fruncido en forma de corona.
Este contraste entre el segundo periodo y el tercero se repite: nitrógeno y fósforo muestran la misma divergencia, con N₂ diatómico y P₄ tetraédrico.
⚠️ El azufre fundido tiene un comportamiento único. Al pasar de 159 °C, los anillos se abren y se enlazan formando cadenas de miles de átomos. El líquido, que era fluido y amarillo, se vuelve pardo oscuro y tan viscoso que no se vierte. Calentar más lo vuelve fluido de nuevo. Es el único líquido común cuya viscosidad aumenta con la temperatura en un intervalo.
¿Cómo se fabrica el ácido sulfúrico?
Por el proceso de contacto, en tres etapas.
Primero se quema azufre para obtener dióxido de azufre:
S + O₂ → SO₂Después se oxida a trióxido sobre un catalizador de óxido de vanadio a unos 450 °C:
2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃Esta es la etapa delicada. La reacción es exotérmica y reversible, de modo que la temperatura alta acelera pero desplaza el equilibrio hacia atrás. El compromiso industrial pasa por varios lechos catalíticos con enfriamiento entre ellos.
Por último, el trióxido se absorbe. No se hace en agua, aunque parezca lo lógico: la reacción con agua es tan exotérmica que genera una niebla de ácido imposible de condensar. En su lugar se absorbe en ácido sulfúrico concentrado, formando óleum, que después se diluye de forma controlada.
La producción mundial supera los 250 millones de toneladas anuales, más que la de ningún otro compuesto químico. Cerca de dos tercios van a fertilizantes fosfatados.
¿Qué son los puentes disulfuro?
Enlaces covalentes entre dos átomos de azufre que unen puntos distantes de una proteína y fijan su forma tridimensional.
El aminoácido cisteína lleva un grupo tiol, –SH. Cuando dos cisteínas quedan próximas en la estructura plegada, se oxidan y forman un enlace S–S.
La mayoría de las interacciones que mantienen plegada una proteína son débiles: puentes de hidrógeno, fuerzas hidrofóbicas. El puente disulfuro es un enlace covalente de verdad, y por eso aparece sobre todo en proteínas que deben resistir condiciones adversas: las que se secretan al exterior de la célula, como la insulina o los anticuerpos.
La queratina del pelo y de las uñas está densamente entrecruzada por puentes disulfuro, y de ahí su resistencia. El pelo rizado y el liso difieren en cómo están distribuidos.
La permanente aprovecha esa química. Un reductor con tioles rompe los puentes, el cabello se moldea sobre rulos, y un oxidante los vuelve a formar en las nuevas posiciones. El alisado hace lo mismo al revés.
⚠️ El olor a huevo podrido del pelo quemado procede de esos mismos compuestos: al calentarlos se liberan derivados volátiles del azufre.
¿Qué fue la lluvia ácida?
Uno de los pocos problemas ambientales globales que se ha resuelto en buena medida.
El carbón y el petróleo contienen azufre. Al quemarlos se emite dióxido de azufre, que en la atmósfera se oxida a trióxido y con la humedad forma ácido sulfúrico. La lluvia resultante puede alcanzar un pH de 4 o menos, cien veces más ácida que la normal.
Los efectos fueron graves en Escandinavia, Canadá y el noreste de Estados Unidos durante los años setenta y ochenta: lagos acidificados hasta perder su fauna, bosques dañados, monumentos de caliza corroídos.
La solución fue tecnológica y regulatoria a la vez. La desulfuración de gases de combustión hace pasar los humos por una lechada de caliza que atrapa el SO₂ y produce yeso, que se vende para construcción. Paralelamente se rebajó el contenido de azufre de los combustibles.
Estados Unidos introdujo en 1990 un sistema de derechos de emisión negociables para el SO₂ que redujo las emisiones más deprisa y más barato de lo previsto, y que se citó después como modelo para el carbono.
Las emisiones europeas y norteamericanas han caído más de un 80 % desde los años ochenta, y muchos lagos se han recuperado.
¿De dónde procede el azufre hoy?
Casi todo del refino del petróleo y del gas, no de minas.
Durante gran parte del siglo XX se extraía por el proceso Frasch, que inyectaba agua sobrecalentada en depósitos subterráneos para fundir el azufre y bombearlo a la superficie. Ese método ha desaparecido prácticamente.
Hoy el azufre es un subproducto obligado. Los combustibles deben desulfurarse porque las normas de emisión lo exigen, y el azufre retirado hay que colocarlo en algún sitio.
El resultado es una situación económica peculiar: la oferta de azufre no depende de la demanda de azufre, sino de cuánto combustible se refina y de lo estricta que sea la normativa. En algunas regiones se acumulan montañas de azufre amarillo a la espera de comprador.
⚠️ Esa dependencia plantea un problema a futuro. Si el consumo de combustibles fósiles disminuye, disminuirá también el suministro de azufre, y con él el de ácido sulfúrico y el de fertilizantes fosfatados. Es una consecuencia poco discutida de la transición energética.