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Enxofre O enxofre (símbolo S), juntamente com o hidrogênio e o oxigênio, é um dos poucos nãometais que pode ser encontrado livre na natureza. À temperatura ambiente, ele é encontrado no estado sólido, na forma de cristais amarelolimão o que pode variar de acordo com o teor de impurezas. Algumas de suas principais características estão presentes na Tabela 1.1 Tabela 1: Características gerais do enxofre1,2,3 Características Gerais Classe, série química Número atômico Grupo, período, bloco Massa atômica Configuração eletrônica Eletronegatividade (Pauling) Estados de oxidação
Nãometal, representativo (calcogênio) 16 16(VIA), 3, p 32,065u [Ne] 3s2 3p4 2,58 2, 0, +2, +4, +6
O enxofre é um elemento químico essencial aos organismos vivos, uma vez que está presente nos aminoácidos cucteína e metionina e em diversos sítio ativos de vital importância. Muitos organismos obtêm energia a partir da oxidação ou redução de compostos sulfurados, reações estas que fazem parte do ciclo do enxofre. Este elemento, diferentemente do oxigênio, tende a formar ligações simples consigo mesmo, em vez de ligações duplas. Logo, ele forma compostos mais extensos e, por isso, é sólido à temperatura ambiente.3 O enxofre pode existir em diversas formas alotrópicas, o que pode ser explicado pela grande energia da ligação SS, de 265 kJ mol1, que só é inferior às energias das ligações CC e HH. Por exemplo, é possível sintetizar anéis de enxofre de seis até vinte átomos de S. Esses alótropos existem ainda em diversas estruturas cristalinas, como o enxofre alfa (α), beta (β) e gama (γ).3 Esses compostos, mesmo possuindo a mesma fórmula molecular, apresentam propriedades significativamente diferentes. Por exemplo, no que tange a solubilidade, o composto α é insolúvel em água, ligeiramente sóluvel em álcool, tolueno, benzeno, éter e amônia líquida e solúvel em bissulfeto de carbono e tetracloreto de carbono. Já o composto β é insolúvel em água, ligeiramente solúvel em éter e álcool e solúvel em bissulfeto de carbono, tetracloreto de carbono e benzeno e o γ é insolúvel em água e
bissulfeto de carbono. Camadas de Valência Expandidas O enxofre, no seu estado fundamental, possui orbitais d vazios, o que, juntamente com seu tamanho, faz com que ele possa acomodar 10, 12 ou até mais elétrons, que podem estar em pares isolados ou serem usados para formar ligações. Cálculos mostram que, no caso de alguns compostos, uma estrutura com um octeto expandido pode ser mais estável (i.e. ter energia menor) do que a estrutura com o octeto usual. O resultado dos cálculos tem suporte experimental, que inclui a medida dos comprimentos e forças de ligação. O hexafluoreto de enxofre (Figura 2) é um exemplo de quando camadas de valência expandidas ocorrem.7 Óxidos de Enxofre As moléculas dos dois óxidos de enxofre mais comuns, o dióxido de enxofre (SO 2) e o trióxido de enxofre (SO3), são angular e trigonal, respectivamente. Ambos são ácidos de Lewis, no entanto, o SO3 é muito mais foirte e duro. Sua elevada acidez explica a sua ocorrencia como um sólido polimérico com pontes de O à temperatura ambiente, formando um trímero, como mostrado na Figura 1.3,7 O dióxido de enxofre pode ser oxidado a SO3, que é utilizado na fabricação de ácido sulfúrico (equação 1). Tal reação é exotérmica e é favorecida a baixas temperaturas e pressões
Figura 1: Sólido polimérico com elevadas, uma vez há decréscimo no número de pontes de O no trióxido de enxofre.5 mol de gás. 9 (1) 2SO2(g) + O2(g) ↔ 2SO3(g) Entalpia= 98kJ mol1 Já o SO2 é um gás venenoso com odor pronunciado. Tal gás forma moléculas em forma de V, que é mantida ainda no estado sólido. Ele é utilizado, principalmente, na fabricação de ácido sulfúrico, como alvejante, desinfetante e conservante de alimentos. É soluvel em água, formando basicamente SO2 hidratado e ácido sulfuroso (H2SO3) em quantidades mínimas. 9 Geralmente, é utilizado como solvente para substâncias ácidas e uma grande quantidade de compostos covalentes, tanto orgânicos quanto inorgânicos.3,9
Oxoácidos de enxofre O ácido sulfúrico é um líquido denso e viscoso, que se dissolve em água numa reação extremamente exotérmica (equação (2)). Ele constitui um dos mais importantes produtos químicos produzidos em escala industrial.3 (2) H2SO4 (l) + H2O (l) → H2SO4 (aq) ᐃrH = 880 kJ mol1 No mundo inteiro, 85% do enxofre é destinado à produção de ácido sulfúrico, que é empregado na produção de fertilizantes, na remoção de impurezas do petróleo, na limpeza do ferro e do aço antes da eletrodeposição, na vulcanização da borracha natural e também como eletrólito nas baterias de chumboácido.3 O Brasil é, e sempre foi, extremamente deficiente na produção de enxofre, devido às suas condições geológicas desfavoráveis. De fato, em 2003 o país importou 1,9 Mt de bens primários e compostos químicos (S envolvido).4 Apesar das soluções aquosas de dióxido de enxofre (SO2) serem chamadas de ácido sulfuroso, o composto H2SO3 nunca foi isolado e os hidratos SO2.nH2O são as espécies presentes predominates.3 O ácido dissulfuroso, H2S2O5, não existe em estado livre mas seus sais podem ser obtidos facilmente a partir de uma solução concentrada de hisdrogenossulfitos (equação (3)).3 (3) 2 HSO3(aq) → S2O52(aq) + H2O(l) Haletos de Enxofre O enxofre possui uma química de halogênios muito rica e alguns dos haletos desse tipo mais comuns são S2F2, S2Cl2, SCl2, S2F10 e o SF6. O enxofre forma iodetos muito instáveis, ao contrário de outros elementos do seu grupo, como o telúrio e o polônio, que formam compostos mais robustos. 3 Dentre todos os halogênios, o flúor, extremamente eletronegativo e pequeno, é o único que consegue levar o S e os demais calcogênios ao estado máximo de oxidação. Essa incapacidade dos outros halogênios em produzir estados elevados de oxidação ocorre porque eles são menos eletronegativos que o flúor, o que faz com que suas ligações simples com outros elementos sejam, em geral, mais fracas.3
O hexafluoreto de enxofre (SF6), por exemplo, é um gás incolor, inodoro, que possui uma geometria octaédrica (Figura 2).6
O enxofre inflama
espontaneamente em flúor e queima em chama brilhante, dando origem a este composto. O SF6 possui baixa reatividade, que pode ser explicada pelo fato de os átomos de F circundarem o átomo central F como uma armadura que o protege de ataque.7 Como se trata de uma molécula apolar – devido
Figura 2: Forma octaédrica do à sua geometria , é insolúvel em água, porém solúvel hexafluoreto de enxofre. 6 em compostos semelhantes (i.e. apolares). O SF6 tem muitas aplicações nas mais diversas áreas (desde a indústria elétrica até na medicina) e pode ser preparado a partir dos elementos através da exposição de S8 e F2.6
Poluição do Ar A maior parte das emições de poluentes decorre da queima de combustíveis fósseis, tais como o carvão mineral – que contém de 2 a 4% de enxofre e os derivados de petróleo (Figura 3). Quando esses são queimados, não apenas energia é liberada, mas diversos compostos químicos de enxofre e nitrogênio. O enxofre é um dos subprodutos indesejáveis da queima de combustíveis, uma vez que se converte rapidamente em dióxido de enxofre, julgado prejudicial ao meio ambiente. As emissões de dióxido de enxofre
Figura 3: Poluição decorrente da queima de combustíveis. 68 milhões de toneladas por ano, uma quantidade espantosa. 8 dos Estados Unidos e da Europa, somadas, totalizam
Com a umidade da chuva havendo na atmosfera uma quantidade apreciável poluentes como o dióxido de enxofre , pode ocorrer um fenômeno chamado chuva ácida. A maioria das chuvas já é ligeiramente ácida, devido à presença de dióxido de carbono, entretanto, a chuva ácida tem um pH entre 5 e 2.2, o que explica seu caráter corrosivo e seus efeitos sob o solo e as águas (Figura 3). Algumas das reações que envolvem os compostos de enxofre na atimosfera e provocam esse fenômeno estão descritas nas
equações (4), (5), (6) e (7). 8 Queima do enxofre (4) S + O2 > SO2 Transformação do SO2 em SO3 (5) SO2 + 1∕2 O2 > SO3 Reações dos óxidos com água (6) SO2 + H2O > H2SO3 (7) SO3 + H2O > H2SO4
Referências Bibliográficas [1]
Tabela
Periódica
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Universidade
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. Acessado em 15 de novembro de 2009, às 18:32. [9] não tao concisa
