Chimica degli elementi nell’ambiente Lo Zolfo Chimica degli elementi nell’ambiente SICSI VII Ciclo Prof. S. Andini

Chimica degli elementi nell'ambiente Prerequisiti Per un’ adeguata comprensione della lezione è opportuno che gli allievi abbiano già affrontato lo studio dei seguenti argomenti: stati di aggregazione della materia e passaggi di stato; tavola periodica e proprietà periodiche degli elementi; struttura elettronica e proprietà chimiche; nomenclatura composti inorganici (IUPAC e tradizionale); legame chimico; caratteristiche dello stato solido (reticoli cristallini); reazioni chimiche e loro bilanciamento; acidi e basi.

Chimica degli elementi nell'ambiente Obiettivi La lezione è destinata a studenti del II anno di un Istituto Tecnico Industriale ad indirizzo chimico. Obiettivi di apprendimento: 1) conoscere le caratteristiche chimico-fisiche dello zolfo, in relazione al gruppo di appartenenza nella Tavola Periodica; 2) conoscere lo stato naturale e i principali composti dello zolfo; 3) saper indicare le utilizzazioni pratiche dello zolfo e dei suoi composti principali; 4) conoscere i problemi ambientali causati dai composti dello zolfo.

Chimica degli elementi nell'ambiente

Presenza dello zolfo in natura Lo zolfo costituisce lo 0.05% della litosfera è presente nell’atmosfera come SO2 ed SO3 è presente lo 0.1% di zolfo come solfato negli oceani A) allo stato elementare B) sottoforma di composti si trova in natura ----->

Presenza dello zolfo in natura Chimica degli elementi nell'ambiente Presenza dello zolfo in natura Zolfo proveniente dalla Sicilia nella forma allotropica rombica di colore giallo.

Presenza dello zolfo in natura Chimica degli elementi nell'ambiente Presenza dello zolfo in natura Si trova in depositi provenienti da attività microbiologica (solfare) o come prodotti di sublimazione dovuti ad emissioni gassose di origine vulcanica (solfatare).

Presenza dello zolfo in natura Chimica degli elementi nell'ambiente Presenza dello zolfo in natura In natura lo zolfo è presente anche in vari minerali: solfuri e solfati  Solfuri pirite FeS2   blenda ZnS cinabro HgS galena PbS

Presenza dello zolfo in natura Chimica degli elementi nell'ambiente Presenza dello zolfo in natura Molti solfati costituiscono abbondanti depositi minerari: gesso CaSO4. 2H2O anidrite CaSO4 barite BaSO4 kainite KCl . MgSO4 . 3H2O gesso anidrite barite

Proprietà fisiche dello zolfo Chimica degli elementi nell'ambiente Proprietà fisiche dello zolfo Lo zolfo è insolubile in acqua, ma solubile in alcuni solventi organici come il solfuro di carbonio; Le sue più comuni forme allotropiche sono rappresentate dallo zolfo rombico e da quello monoclino, costituite entrambe da molecole cicliche S8 ma diversamente disposte nel reticolo cristallino (polimorfismo). stabile a T ambiente stabile tra 94.5 e 120°C

Proprietà fisiche dello zolfo Riscaldato a una T>Tf e rapidamente versato in acqua fredda, solidifica formando un prodotto facilmente modellabile e stirabile in fibre, il cosiddetto zolfo amorfo o plastico, costituito da lunghe catene polimeriche formatesi in seguito a rottura delle unità cicliche S8 e polimerizzazione dei frammenti lineari.

Proprietà chimiche dello zolfo Chimica degli elementi nell'ambiente Proprietà chimiche dello zolfo stati di ossidazione: SCl2 +6,+4,+2, 0, -1(raro),-2 Composti principali: H2S, SO2, SO3, H2SO3, H2SO4

Alcuni composti dello zolfo Chimica degli elementi nell'ambiente Alcuni composti dello zolfo Solfuro di idrogeno: H2S E’ un gas incolore, velenoso, di odore pungente e fastidioso. S H reazioni: difetto di O2 2H2S + O2 ----> 2H2O +2S eccesso di O2 2H2S + 3O2 ----> 2H2O +2SO2

Alcuni composti dello zolfo Chimica degli elementi nell'ambiente Alcuni composti dello zolfo Biossido di zolfo: SO2 (anidride solforosa) Gas incolore dal caratterisico odore pungente, presente nelle emissioni vulcaniche A) combustione dello zolfo B) arrostimento della pirite S + O2 ----> SO2 4FeS2 +11O2 ---->2Fe2O3 + 8SO2 E220 In aria umida si trasforma lentamente in acido solforoso SO2 + H2O ----> H2SO3

Chimica degli elementi nell'ambiente Alcuni composti dello zolfo Triossido di zolfo: SO3 (anidride solforica) reazioni: SO2 + 1/2O2 ----> SO3 catalizzatore: V2O5 Acido solforico Ka1>>1; Ka2=1.2*10-2 mol L-1 SO3 + H2O ----> H2SO4

Lo zolfo nel nostro organismo Chimica degli elementi nell'ambiente Lo zolfo nel nostro organismo Gli amminoacidi cisteina e metionina contengono zolfo, e di conseguenza la maggior parte di enzimi e proteine; lo zolfo è, dunque, un elemento indispensabile alla vita di qualsiasi cellula. i ponti disolfurici che si formano tra cisteine sono estremamente importanti per l'assemblaggio e la struttura delle proteine.

Lo zolfo nel nostro organismo Chimica degli elementi nell'ambiente Lo zolfo nel nostro organismo Lo zolfo è un costituente fondamentale dei capelli, delle unghie, della pelle, dei tendini e delle ossa; è coinvolto nel metabolismo degli zuccheri e nel buon funzionamento del fegato e stimola l'attività di molte vitamine. La carenza di zolfo è piuttosto rara essendo un minerale molto diffuso tuttavia una carenza può causare: disturbi della pelle, artrite, capelli e unghie fragili. Esso si trova nei cereali integrali, nella verdura e nella frutta ma soprattutto in alimenti di origine animale quali uova, pesce, carne.

Alcune applicazioni dello zolfo Chimica degli elementi nell'ambiente Alcune applicazioni dello zolfo acido solforico, fertilizzanti, vulcanizzazione della gomma, sbiancanti per la carta, conservanti per frutta secca e bevande, farmaci, fungicidi e antiparassitari, detersivi, fissante per stampe fotografiche (tiosolfato), teste fiammiferi, fuochi d’artificio e polvere da sparo, ecc.

Produzione di H2SO4 1) combustione dello zolfo Stadi del processo di produzione 1) combustione dello zolfo S(l) +O2(g) ----> SO2(g) si usa zolfo liquido per migliorare la velocità di reazione aumenta la superificie di contatto tra le 2 specie si utilizza aria in eccesso 2) ossidazione SO2--->SO3 SO2(g) + 1/2O2(g) ----> SO3(g) catalizzatore: V2O5 3) assorbimento della SO3 SO3 e H2SO4 (al 97% in peso) inviati in controcorrente SO3(g) + H2SO4(l) ----> H2S2O7(l) H2S2O7(l) + H2O(l) ----> 2H2SO4(l)

Processo di Contatto SO2 sulfur Sulfuric acid air Catalyst beds SO3 Gas Cooled & returned air Catalyst beds Oleum diluted with water to form sulfuric acid SO3 ABSORPTION TOWER BURNER CONVERTER

Chimica degli elementi nell'ambiente Problemi ambientali Inquinanti: SO2 ed SO3 (SOx) emissioni naturali: 20*106 ton/anno emissioni antropogeniche: 150*106 ton/anno

Chimica degli elementi nell'ambiente Effetti sull’uomo Le sostanze a base di zolfo possono avere effetti negativi sulla salute umana: effetti neurologici e danni cerebrali (cattivo funzionamento ipotalamo), disturbi alla circolazione del sangue, danni al cuore, effetti ad occhi e vista, danni al sistema immunitario, danni al funzionamento di fegato e reni, effetti dermatologici, soffocamento ed embolia polmonare.

Chimica degli elementi nell'ambiente Piogge acide Con il termine piogge acide si intende generalmente il processo di ricaduta dall’atmosfera di precipitazioni acide. Cause delle piogge acide:       ossidi di zolfo SOx      ossidi di azoto NOx ( es: NO ed NO2)  2 SO2 + O2 ---> 2 SO3 SO2 + O3 ---> SO3 + O2 SO2 + NO2 ---> SO3 + NO nell’atmosfera : SO3 +H2O ---> H2SO4

Chimica degli elementi nell'ambiente Piogge acide

Effetti sull’ ecosistema come si può vedere dalla tabella, al diminuire del pH scompaiono diverse specie presenti nei corpi idrici

Effetti sulla vegetazione Chimica degli elementi nell'ambiente Effetti sulla vegetazione foresta pluviale in Tasmania foresta dell’Europa settentrionale

Chimica degli elementi nell'ambiente Piogge acide L’acqua piovana ha pH =5.6 a causa della reazione : CO2(aq) + 2H2O(l) = H3O+(aq)+ HCO3-(aq) la presenza nell’acqua piovana di H2SO4 e HNO3: ne determina un abbassamento del pH

Chimica degli elementi nell'ambiente Effetti sui materiali 1908 1968 H2SO4 + CaCO3 -> CaSO4 + H2O + CO2 perdita di compatezza e di resistenza meccanica del materiale ---> CaSO4 è circa 1000 volte più solubile del CaCO3

Chimica degli elementi nell'ambiente Tutela ambientale Le aziende produttrici di benzine e gasolio per autotrazione rendono oggi disponibili carburanti a minore impatto ambientale privi di zolfo (non superiore a 10 mg/kg) coerentemente con quanto previsto dalla Direttiva europea 2003/17.