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Azufre - S

El azufre es un elemento que se conoce desde la antigüedad. Se sabe que se usaba en Medicina y que griegos y romanos utilizaban sus vapores para blanquear telas.

El azufre ocupa el puesto 16º en abundancia entre los elementos en la corteza terrestre y se encuentra ampliamente distribuido tanto libre como combinado.

Distribución en peso de los elementos en la corteza terrestre

En combinación se presenta en muchos sulfuros metálico importantes como el sulfuro de plomo, o galena (PbS), el de cinc o blenda (ZnS), el de cobre o pirita ((Cu,Fe)S2), el cinabrio (HgS) y la pirita de hierro FeS2.

Se combina también con otros elementos en forma de sulfatos como la barita (BaSO4), la celestita (SrSO4) y el yeso (CaSO4 •2H2 O).

El azufre libre puede formarse a partir piritas o puede ser depositado por aguas sulfurosas calientes en las que el sulfuro de hidrógeno ha sido oxidado por la atmósfera.

En estado libre se encuentra mezclado con yeso y piedra pómez en regiones volcánicas a lo largo de Islandia, Sicilia, México y Japón, frecuentemente en las cercanías de los cráteres volcánicos.

• Valores de las principales propiedades:

Masa Atómica	32,066 uma
Punto de Fusión	386 K
Punto de Ebullición	717,83 K
Densidad	2070 Kg./m³
Dureza (Mohs)	2
Potencial Normal de Reducción	+ 0,51 V H2 SO3 | S solución ácida
Conductividad Térmica	0,27 J/m s ºC
Conductividad Eléctrica	0,0 (mOhm.cm)-1
Calor Específico	731,50 J/Kg. K
Calor de Fusión	1,2 kJ/mol
Calor de Vaporización	10,53 kJ/mol
Calor de Atomización	279,0 kJ/mol de átomos
Estados de Oxidación	-2, -1, +1, +2, +3 , +4, +5, +6
1ª Energía de Ionización	999,6 kJ/mol
2ª Energía de Ionización	2251 kJ/mol
3ª Energía de Ionización	3360,6 kJ/mol
Afinidad Electrónica	200,4 kJ/mol
Radio Atómico	1,27 Å
Radio Covalente	1,02 Å
Radio Iónico	S-2 = 1,84 Å S+6 = 0,29 Å
Volumen Atómico	15,5 cm³/mol
Polarizabilidad	2,9 ų
Electronegatividad (Pauling)	2,58

• Isótopos del azufre

Z	Nombre del Núclido	Vida Media	Abundancia (%)	Masa Atómica (uma)
16	Azufre-32	Estable	95,02	31,9721
16	Azufre-33	Estable	0,76	32,9714
16	Azufre-34	Estable	4,22	33,9679
16	Azufre-35	87,2 días	0,00	34,969
16	Azufre-36	Estable	0,01	35,9671

• Reactividad del azufre con otros elementos

El azufre tiene las valencias dos, cuatro y seis, como evidencian los compuestos sulfuro ferroso, FeS, el dióxido de azufre, SO2 y el sulfato de bario, BaSO4 , respectivamente.

Combina con el hidrógeno y los elementos metálicos en presencia de calor para formar sulfuros. El más común es el sulfuro de hidrógeno, H2S, un gas venenoso incoloro con olor a huevos podridos.

El azufre combina también con el cloro en varias proporciones para producir monocloruro de azufre, S2Cl2, y dicloruro de azufre, SCl2.

Cuando se quema en el aire, el azufre se combina con el oxígeno para formar dióxido de azufre, SO2 , un gas incoloro pesado con un característico olor sofocante. El dióxido de azufre se libera en la atmósfera por la combustión de combustibles procedentes del petróleo, gas, aceites y carbón y constituye uno de los contaminantes más perniciosos.

La concentración del dióxido de azufre en el aire puede oscilar desde 0,01 a varias partes por millón, y es responsable del deterioro de edificios y monumentos, por la lluvia ácida, y de problemas para el hombre.

En el aire húmedo, el azufre se oxida lentamente a ácido sulfúrico y es un componente básico de otros ácidos como el ácido tiosulfúrico H2S2O3 y el ácido sulfuroso H2SO3. Este último, al tener dos hidrógenos reemplazables, forma dos series de sales: sulfitos normales y sulfitos ácidos. Cuando están en solución los sulfitos ácidos, o bisulfitos, de los metales alcalinos como bisulfito de sodio, NaHSO3, tienen carácter ácido. Las soluciones de sulfitos normales, tal como sulfito de sodio, Na2SO3, y el sulfito de potasio, K2SO3, son ligeramente alcalinas.

También se combina con el carbono para formar sulfuro de carbono (SC2).

• Usos del azufre

Su uso principal es la fabricación de ácido sulfúrico (por el método de contacto), que a su vez se usa para hacer explosivos, pigmentos, jabones y detergentes, tinturas y plásticos.

El ácido sulfúrico es uno de los compuestos químicos industriales más importantes porque se emplea tanto en la fabricación de compuestos sulfurados como en la de numerosos materiales que no contienen azufre, tal como ácido fosfórico.

Se usa también en la fabricación de cerillas, para el vulcanizado del caucho y, finamente dividido y mezclado con limo, como fungicida para las plantas.

El azufre tiene también algunas aplicaciones en la industria cosmética y farmacéutica.

El tiosulfato de sodio, Na2S2O3•5H2O, se usa en fotografía como fijador de negativos.

Cuando se combina con diversos minerales, el azufre forma un cemento especial usado para fijar en la piedra objetos de metal como barandas y cadenas.

• Efectos ambientales del Azufre

El azufre puede encontrarse en el aire en varias formas diferentes. Puede provocar irritaciones en los ojos y garganta de los animales, cuando la toma tiene lugar a través de la inhalación del azufre en su fase gaseosa. El azufre se aplica extensivamente en las industrias y es emitido al aire, debido a las limitadas posibilidades de destrucción de los enlaces de azufre que se aplican.

Los efectos dañinos del azufre en los animales son principalmente daños cerebrales, a través de un malfuncionamiento del hipotálamo, y perjudicar el sistema nervioso.

Pruebas de laboratorio con animales de prueba han indicado que el azufre puede causar graves daños vasculares en las venas del cerebro, corazón y riñones. Estos tests también han indicado que ciertas formas del azufre pueden causar daños fetales y efectos congénitos. Las madres pueden incluso transmitirles envenenamiento por azufre a sus hijos a través de la leche materna. Por último, el azufre puede dañar los sistemas enzimáticos internos de los animales.


• Reservorios de azufre

El ciclo de los nutrientes inorgánicos pasa a través de varios organismos, además entran a la atmósfera, agua e inclusive a las rocas. Así, estos ciclos químicos pasan también por los biológicos y los geológicos, por lo cual se los denomina ciclos bio-geo-químicos.

Cada compuesto químico tiene su propio y único ciclo, pero todos los ciclos tienen características en común:

• Reservorios: son aquellas partes del ciclo donde el compuesto químico se encuentra en grandes cantidades por largos períodos de tiempo.

• Fondos de recambio: son aquellas partes del ciclo donde el compuesto químico es mantenido por cortos períodos. Este período de tiempo se denomina tiempo de residencia.




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• El azufre en el agua

El azufre es uno de los principales contaminantes químicos inorgánicos del agua. Gran parte de los contaminantes compuestos por azufre son liberados directamente a la atmósfera y bajan arrastrados por la lluvia constituyendo la denominada lluvia ácida en la cual, el azufre es oxidado en el aire a partir de azufre orgánico a óxidos de azufre (SO2 y SO3), terminando como sulfato en sales o ácido sulfúrico (H2SO4). Posteriormente los compuestos de sulfato se disuelven en agua y caen con la lluvia, ya sea como sales o como lluvia ácida.

Los efectos que este fenómeno tiene son diversos, pueden observarse en los edificios, monumentos, la vegetación ya que produce daños importantes en las zonas forestales, y acaba con los microorganismos fijadores de nitrógeno, también provoca la acidificación de las aguas de lagos, ríos y mares dificultando así el desarrollo de la vida acuática en estas aguas, lo que aumenta en gran medida la mortalidad de peces, contribuye a la eutrofización de ríos, lagos, embalses y regiones costeras deteriorando sus condiciones ambientales naturales y afectando negativamente a su aprovechamiento…

En los ciclos químicos, los compuestos oxidados deben ser reducidos nuevamente y estos procesos se dan en el suelo y en los océanos por bacterias.
Parte de los sulfatos de azufre son llevados a las capas bajas de la atmosfera, por el spray marino, por el H2S… y después caen nuevamente a tierra y son devueltos al mar transportados por los ríos que desembocan en ellos.

El plancton, el azufre marino y el clima:

Según Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) los océanos liberan más azufre generador de nubes a la atmósfera cuanta más luz solar reciben sobre su superficie y según un estudio ese proceso favorecería la autorregulación de los intervalos nubosos y soleados en los océanos.

La emisión de azufre reducido de origen biológico de los océanos a la atmósfera, principalmente en la forma del sulfuro de dimetilo (DMS), es parte fundamental del ciclo global del azufre. En la atmósfera, la oxidación rápida del DMS da lugar a pequeñas partículas acídicas que dispersan radiación, y que actúan como la principal fuente de núcleos de condensación en la troposfera del océano. El tamaño y la abundancia de los núcleos de condensación determinan la densidad óptica de las nubes y, por consiguiente, la cantidad de radiación solar que éstas reflejan hacia el espacio exterior (albedo).Las nubes que se forman, y que disponen de más núcleos de condensación, son más duraderas y más opacas a la radiación solar, es decir, más densas, y por ello, reflejan mucho más la radiación solar, y protegen en mayor medida la superficie de los océanos, contribuyendo al "efecto parasol" a escala global.

Ya en 1987, James Lovelock y colaboradores lanzaron la hipótesis de que el efecto del azufre biogénico marino sobre el albedo podía constituir la base de un mecanismo retroalimentado entre vida marina y clima con uno efecto protector de los ecosistemas marinos y en regiones oceánicas apartadas de los continentes son escasas las partículas atmosféricas y el plancton es el principal responsable de que las nubes filtren más o menos el sol, tras la generación de azufre: un incremento de la producción de DMS por el plancton daría lugar a un incremento del albedo sobre los océanos, con la consiguiente disminución de la radiación incidente y la temperatura; ello probablemente haría disminuir la actividad fotosintética de las algas.

La hipótesis despertó un gran interés así como controversia en la comunidad científica internacional y se invirtió dinero y esfuerzo en investigar la distribución del DMS en los océanos del mundo, la identificación de sus procesos de producción, y la estima de sus flujos de emisión a la atmósfera. Fruto de aquellos esfuerzos, se ha detectado DMS en aguas superficiales de todos los océanos y en la atmósfera marina.

Se ha demostrado que existe una buena correlación en el espacio y en el tiempo y también una relación causa-efecto entre el DMS liberado a la atmósfera y la concentración de núcleos de condensación en la troposfera oceánica remota. Se ha descubierto que el precursor bioquímico del DMS es el propionato de dimetilsulfonio (DMSP), la forma más abundante de azufre reducido en muchas especies de algas unicelulares, en las que desempeña varias funciones fisiológicas esenciales. El DMSP algal se transmite y transforma mediante procesos de degradación a través de la red trófica, con intervención de los herbívoros planctónicos y las bacterias.

El trabajo realizado hasta la fecha ha confirmado el potencial del DMS oceánico, de origen biológico, para el control del albedo y del balance de radiación de extensas regiones del planeta así como que en la transición del invierno al verano, cuando la radiación solar diaria se incrementa hasta 10 veces, la producción de azufre generador de nubes aumenta también en una proporción parecida; y lo inverso ocurre en la transición de verano a invierno.

• AZUFRE EN EL SUELO

El azufre es uno de los elementos esenciales para el desarrollo de las plantas por su participación en la síntesis de proteínas y uno de los considerados macronutrientes. En el compartimento suelo, el azufre oscila entre un 0,02 y un 0,2%.

En los suelos salinos de regiones áridas y en suelos calcáreos hay un gran contenido de azufre. En estos suelos los sulfatos de calcio aparecen mezclados con los carbonatos.

La fuente más importante está constituida por los sulfuros de metales contenidos en las rocas plutónicas. Estos sulfuros de metales al sufrir procesos de meteorización son oxidados y liberados como sulfatos.

Las fuentes relacionadas con minerales son las siguientes:

• Yeso (CaSO4 * 2H2O)

• Anhidrita (CaSO4)

• Pirita (SFe)

• Galena (SPb)

• Blenda (SZn)

• Cinabrio (SHg)

Otra fuente de gran importancia que aporta grandes cantidades de azufre al suelo es la atmósfera. En las industrias el SO2 liberado pasa al aire y luego al suelo por acción de las lluvias y por difusión gaseosa. Por ejemplo, los vegetales pueden tomar un 30% del azufre necesario procedente de la atmósfera.

El azufre en el suelo se presenta en dos formas: azufre formando parte de compuestos orgánicos asociados con la llamada materia orgánica del suelo, azufre inorgánico formando principalmente sulfatos (que es la forma que es disponible para los vegetales).

Del azufre total del suelo, un 97% se encuentra bajo formas orgánicas y el 3% restante bajo formas inorgánicas.

En el caso de los suelos orgánicos, pueden llegar a presentar contenidos de hasta un 1% en azufre. En los horizontes superficiales es donde encontramos grandes cantidades de S orgánico.

S Orgánico

Procedente de los residuos vegetales y animales.

Está formado en su mayor parte de proteínas, aminoácidos y otros compuestos azufrados.

En la caracterización del S orgánico se utiliza la relación C/N/S, pues estos elementos,

junto al fósforo son los componentes más importantes de la materia orgánica.

La relación C/S oscila alrededor de 100, en casos extremos puede llegar a valores de

600-700.

El S orgánico es importante como reserva del propio elemento. Los sulfatos pueden lavarse, mientras que los compuestos orgánicos resisten y gradualmente pasan a sulfatos, que es la forma predominante en que lo absorben las plantas.

La cantidad de S mineralizado por año se estima entre 1-3% del S orgánico.

S inorgánico

El S inorgánico se encuentra en su mayor parte como sulfatos.

En suelos pantanosos, se encuentran sulfuros como la pirita, que al restablecerse las condiciones de aireación pasan a sulfatos.

En suelos bien aireados, en cambio, sólo el 1% está como sulfuro.

Los sulfatos pueden encontrarse:

• En formas solubles (sulfatos de Mg, Na y K)

• En formas relativamente solubles (sulfatos de Ca)

• En formas insolubles (sulfatos de bario y estroncio)

• Adsorbidos al complejo de cambio (como fuentes de reserva)

Las cantidades presentes en la solución del suelo son generalmente pequeñas.

En regiones húmedas, por acción del lavado, tienden a acumularse en los horizontes subsuperficiales por adsorción sobre óxidos de Fe y Al o sobre caolinitas, materiales más típicos de estas regiones que de regiones áridas.

En regiones áridas se lavan escasamente, y es posible encontrar en dichos suelos grandes concentraciones de CaSO4, MgSO4 y Na2SO4.

El azufre está más disponible para las plantas que el fósforo ya que los sulfatos son retenidos con menor fuerza que los fosfatos.




En los últimos años se han incrementado, en todas partes de mundo, los informes señalando deficiencias de azufre. Estas deficiencias están causadas por:

• Incremento en el uso de fertilizantes más puros, cuyos contenidos de azufre son sólo trazas.

• Reducción de emisiones de óxidos de azufre debido al control de la contaminación ambiental.

• Disminución en el suelo de abonos orgánicos.

• Inmovilización del azufre en la materia orgánica acumulada por la utilización de labranzas conservacionistas.

El problema del mantenimiento de cantidades adecuadas de azufre para la nutrición mineral de las plantas es cada vez más importante. Aunque probablemente las deficiencias de azufre no se acentúen tanto como las de nitrógeno, fósforo, y potasio, la creciente mezcla de azufre por los cultivos hace que los productores deban estar atentos para prevenirlas.

En algunas partes del mundo (especialmente en áreas de pastoreo semiáridas), el azufre es ya el segundo nutriente limitante para la producción después del nitrógeno.

Los residuos de cultivo y los abonos orgánicos pueden ayudar a reponer el azufre removido en las cosechas, pero esas fuentes generalmente pueden reciclar sólo aquel azufre que ya existe en el campo.

En las regiones con suelos pobres en azufre puede haber una gran dependencia de la adición de fertilizantes. Las aplicaciones regulares de materiales que contienen azufre son necesarias para el buen rendimiento de los cultivos en extensas áreas lejos de las plantas industriales. En el futuro se deberá incrementar el uso de azufre.

• Azufre en la atmósfera

El azufre se encuentra principalmente en la atmósfera en forma de óxidos, dióxido y trióxido de azufre (SO2 y SO3 respectivamente), aunque también lo podemos encontrar de otras formas como por ejemplo es sulfuro de hidrógeno, H2S.

El dióxido de azufre es uno de los contaminantes atmosféricos más importantes que se encuentran en la atmósfera, aunque su vida media es corta, de 2 a 4 días. Tras este periodo de vida casi la mitad se deposita en forma de residuo seco sobre el suelo y la otra mitad se transforma en iones sulfato que al combinarse con las partículas de agua que están suspendidas en el aire forma ácido sulfúrico, que junto con el acido nítrico es uno de los componentes de la lluvia ácida.

Este gas incoloro y de olor irritante, proviene casi en su totalidad de la combustión de los combustibles fósiles: carbón y petróleo.

Al combinarse el dióxido de azufre con el oxigeno de la atmosfera se forma el trióxido de azufre ocasionando los mismos problemas que el óxido que lo genera.

El sulfuro de hidrógeno es un contaminante primario pero debido a sus bajos niveles de concentración en la atmosfera no se considera dañino para la salud. Es emitido a la atmósfera por industrias papeleras ya que lo utilizan para extraer la celulosa de la madera. El sulfuro de hidrógeno es oxidado a dióxido de azufre en pocas horas, por lo que rápidamente aumenta la concentración de este.

• Ciclo del azufre

El azufre es usado por los seres vivos en pequeñas cantidades, y su reserva fundamental es la corteza terrestre (generalmente en el material permeable del suelo) así también como:

• Azufre cristalino.

• En gas natural.

• Roca madre (basalto)

• En aguas y ríos.

• Pirita (blenda).

El azufre es un nutriente secundario requerido por plantas y animales para realizar diversas funciones. Además el azufre está presente en prácticamente todas las proteínas (constituyente de los aminoácidos).

Las plantas y otros productores primarios obtienen el azufre principalmente en su forma de ion sulfato (SO4=). Los organismos que ingieren estas plantas lo incorporan a las moléculas de proteína, y de esta forma pasa a los organismos del nivel trófico superior. Al morir los organismos, el azufre derivado de sus proteínas entra en el ciclo del azufre y llega a transformarse para que las plantas puedan utilizarlos de nuevo como ion sulfato.



Los intercambios de azufre (principalmente en su forma de dióxido de azufre: SO2) se realizan entre las comunidades acuáticas y terrestres, de una manera y de otra en la atmósfera, en las rocas y en los sedimentos oceánicos, en donde el azufre se encuentra almacenado.

El ciclo del azufre comienza con la intemperización, que extrae sulfatos de las rocas, los cuales recirculan en los ecosistemas. En los lodos reducidos, el azufre recircula gracias a las bacterias reductoras del azufre (que reducen sulfatos y otros compuestos similares) y a las bacterias desnitrificantes, que oxidan sulfuros, generando H2S.




Los sulfuros presentes en combustibles fósiles y rocas sedimentarias son oxidados finalmente debido a movimientos de la corteza terrestre y a la intemperización, respectivamente.

La mineralización del azufre ocurre en las capas superiores del suelo: el sulfato liberado del humus es fijado en pequeña escala por el coloide del suelo, y la fuerza de absorción con la cual son fijados los aniones crece en la siguiente escala:

CLֿ -NO3ֿ - SO4ֿ -PO4═ -SiO3 -OHֿ

El azufre es captado por las raíces (en superficies terrestres) y por medio de la pared celular (en medios acuáticos) por las plantas, las cuales posteriormente pasan a ser alimento de diferentes animales. El azufre es absorbido por las plantas en su forma sulfatada (SO4), es decir, en forma aniónica perteneciente a las distintas sales: sulfatos de calcio, sodio, potasio, etc.

El sulfato es ligado más débilmente que el fosfato, del cual pequeñas cantidades son suficientes para reemplazar el SO4 a través de las raíces. El sulfato es la forma soluble del tratamiento del azufre, y es en la planta donde es reducido para integrar compuestos orgánicos. La reabsorción del SO4, depende del catión (Ca < Mg. < Na < NH < K).

En cantidades limitadas el azufre puede absorberse, aunque este proceso puede ser inhibido por el cloro.

El azufre no solo ingresa a la planta a través del sistema radicular sino también por las hojas en forma de gas de SO2, que se encuentra en la atmósfera, en donde se concentra debido a los procesos naturales de descomposición de la materia orgánica, combustión de carburantes y fundición de metales.

Algunos de los compuestos sulfúricos presentes en la tierra son llevados al mar por los ríos. Este azufre es devuelto a la tierra por un mecanismo que consiste en convertirlo en compuestos gaseosos tales como el ácido sulfhídrico (H2S) y el dióxido de azufre (SO2). Estos penetran en la atmósfera (el H2S se oxida espontáneamente) y vuelven a tierra firme mediante precipitaciones de nieve o lluvia (lluvia ácida). También se puede dar el caso de caída de partículas sólidas con moléculas de ácido adheridas (deposición seca).


Las bacterias desempeñan un papel crucial en el reciclaje del azufre. Cuando está presente en el aire, la descomposición de los compuestos del azufre (incluyendo la descomposición de las proteínas) produce sulfato (SO4=).

Tras la muerte de los animales que han ingerido estos vegetales, el azufre retorna al suelo induciendo el inicio de un nuevo “ciclo del azufre”.

La actividad industrial del hombre esta provocando exceso de emisiones de gases sulfurosos a la atmósfera y ocasionando problemas como la lluvia ácida.




• Bibliografía

Páginas Web:

http://www.fortunecity.es/expertos/profesor/171/atmosfera.html

http://www.tecnun.es/ASIGNATURAS/ECOLOGIA/HIPERTEXTO/10CAtm1/200Conta.htm

http://www.edafo.com.ar/Descargas/Cartillas/El%20Azufre%20del%20suelo.pdf

http://www.produccion.com.ar/1999/99jul_10.htm

http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/Ciclo_del_azufre.htm

http://www2.epm.com.co/bibliotecaepm/biblioteca_virtual/ciclo_azufre.htm

http://www.monografias.com/trabajos4/azufre/azufre.shtml

Libros consultados:

PORTA J; LÓPEZ-ACEVEDO M.: ROQUERO C. (1993): “Edafología para la agricultura y el Medio Ambiente”. Ed. Mundi-Prensa, Madrid.

MANAHAN S. E. (2005): “Environmental Chemistry”. Ed. CRC Press, Florida




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