Mengapa belerang membentuk cincin dan oksigen tidak?
Keduanya sekolom dan memiliki enam elektron valensi, tetapi berperilaku berlawanan.
Oksigen membentuk O₂ dengan ikatan rangkap dua. Orbital p-nya padat dan bertumpang-tindih baik dari samping, sehingga ikatan pi-nya kuat dan molekul diatomiknya sangat stabil.
Orbital p belerang lebih besar dan lebih menyebar. Tumpang-tindih dari samping buruk dan ikatan rangkap dua S=S menjadi lemah. Sebaliknya, ikatan tunggal S–S kukuh, sekitar 266 kJ/mol.
Akibatnya, bagi belerang lebih menguntungkan membentuk banyak ikatan tunggal daripada sedikit ikatan rangkap, dan karena itu ia berantai. Bentuk yang stabil pada suhu ruang adalah cincin S₈, segi delapan berkerut menyerupai mahkota.
Perbedaan antara periode kedua dan ketiga ini berulang: nitrogen dan fosfor memperlihatkan perbedaan yang sama, dengan N₂ diatomik dan P₄ tetrahedral.
⚠️ Belerang cair berperilaku unik. Saat melewati 159 °C, cincinnya terbuka dan saling terikat membentuk rantai ribuan atom. Cairannya, yang tadinya encer dan kuning, berubah menjadi cokelat tua dan begitu kental sehingga tidak dapat dituang. Memanaskannya lebih lanjut membuatnya encer kembali. Ia satu-satunya cairan umum yang kekentalannya naik seiring suhu dalam suatu rentang.
Bagaimana asam sulfat dibuat?
Lewat proses kontak, dalam tiga tahap.
Mula-mula belerang dibakar untuk memperoleh belerang dioksida:
S + O₂ → SO₂Kemudian ia dioksidasi menjadi trioksida di atas katalis vanadium oksida pada sekitar 450 °C:
2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃Inilah tahap yang peka. Reaksinya eksotermik dan berbalik, sehingga suhu tinggi mempercepatnya tetapi menggeser kesetimbangan ke belakang. Jalan tengah industri melewati beberapa unggun katalis dengan pendinginan di antaranya.
Terakhir, trioksidanya diserap. Itu tidak dilakukan dalam air, meski tampak paling masuk akal: reaksinya dengan air begitu eksotermik sehingga menghasilkan kabut asam yang mustahil diembunkan. Ia diserap dalam asam sulfat pekat, membentuk oleum, yang kemudian diencerkan secara terkendali.
Produksi dunia melampaui 250 juta ton per tahun, lebih banyak daripada senyawa kimia mana pun. Sekitar dua pertiganya menuju pupuk fosfat.
Apa itu jembatan disulfida?
Ikatan kovalen antara dua atom belerang yang menyatukan titik-titik berjauhan sebuah protein dan menetapkan bentuk tiga dimensinya.
Asam amino sistein memiliki gugus tiol, –SH. Ketika dua sistein berdekatan dalam struktur yang terlipat, keduanya teroksidasi dan membentuk ikatan S–S.
Sebagian besar antaraksi yang menjaga protein tetap terlipat bersifat lemah: ikatan hidrogen, gaya hidrofobik. Jembatan disulfida adalah ikatan kovalen sungguhan, dan karena itu ia muncul terutama pada protein yang harus bertahan dalam keadaan yang keras: yang disekresikan ke luar sel, seperti insulin atau antibodi.
Keratin rambut dan kuku terikat silang secara rapat oleh jembatan disulfida, dan dari sanalah ketahanannya. Rambut keriting dan rambut lurus berbeda pada bagaimana jembatan itu tersebar.
Pengeritingan permanen memanfaatkan kimia itu. Pereduksi bertiol memutus jembatannya, rambutnya dibentuk pada penggulung, dan pengoksidasi membentuknya kembali pada kedudukan yang baru. Pelurusan melakukan hal yang sama secara terbalik.
⚠️ Bau telur busuk pada rambut yang terbakar berasal dari senyawa yang sama: memanaskannya melepaskan turunan belerang yang mudah menguap.
Apa itu hujan asam?
Salah satu dari sedikit persoalan lingkungan global yang sebagian besar telah terselesaikan.
Batu bara dan minyak bumi mengandung belerang. Membakarnya mengemisikan belerang dioksida, yang di atmosfer teroksidasi menjadi trioksida dan dengan kelembapan membentuk asam sulfat. Hujan yang terbentuk dapat mencapai pH 4 atau kurang, seratus kali lebih asam daripada hujan normal.
Dampaknya berat di Skandinavia, Kanada, dan timur laut Amerika Serikat selama tahun tujuh puluhan dan delapan puluhan: danau mengasam sampai kehilangan faunanya, hutan rusak, monumen batu kapur terkikis.
Jawabannya bersifat teknologi sekaligus peraturan. Desulfurisasi gas buang mengalirkan asapnya lewat bubur batu kapur yang menangkap SO₂ dan menghasilkan gips, yang dijual untuk konstruksi. Bersamaan dengan itu kadar belerang bahan bakar diturunkan.
Amerika Serikat pada 1990 memperkenalkan sistem izin emisi yang dapat diperdagangkan untuk SO₂ yang menurunkan emisinya lebih cepat dan lebih murah daripada perkiraan, dan yang kemudian dikutip sebagai teladan untuk karbon.
Emisi Eropa dan Amerika Utara turun lebih dari 80 % sejak tahun delapan puluhan, dan banyak danau telah pulih.
Dari mana belerang berasal sekarang?
Hampir seluruhnya dari pengilangan minyak bumi dan gas, bukan dari tambang.
Selama sebagian besar abad XX ia ditambang lewat proses Frasch, yang menyuntikkan air lewat panas ke endapan bawah tanah untuk melelehkan belerangnya lalu memompanya ke permukaan. Metode itu praktis menghilang.
⚠️ Indonesia adalah pengecualian yang menonjol: di Kawah Ijen, belerang masih ditambang dengan tangan dari gas gunung api yang mengembun, dan para penambang memikul bongkahan seberat puluhan kilogram menaiki kawah sambil menghirup asap belerang. Itu barangkali penambangan belerang tradisional terakhir yang berskala berarti di dunia.
Hari ini belerang adalah hasil sampingan yang tak terhindarkan. Bahan bakar harus didesulfurisasi karena aturan emisi menuntutnya, dan belerang yang dibuang harus ditempatkan di suatu tempat.
Hasilnya adalah keadaan ekonomi yang aneh: pasokan belerang tidak bergantung pada permintaan belerang, melainkan pada berapa banyak bahan bakar yang diolah dan seketat apa peraturannya. Di beberapa kawasan menumpuk gunung belerang kuning yang menunggu pembeli.
⚠️ Ketergantungan itu menimbulkan persoalan di masa depan. Jika konsumsi bahan bakar fosil menurun, pasokan belerang pun menurun, dan dengannya pasokan asam sulfat serta pupuk fosfat. Itu akibat peralihan energi yang jarang dibicarakan.