Zolfo

Lo zolfo (dal latino sulphur) è un elemento chimico che si trova in natura sia allo stato elementare, in giacimenti localizzati nelle zone vulcaniche, sia allo stato di composto, specialmente come solfuro e solfato (piriti, galena, blenda, cinabro, gesso, allumi) di moltissimi metalli. Nel regno animale è componente delle sostanze proteiche; l’organismo umano ne contiene circa lo 0,2%.

I giacimenti di zolfo noti già nell’antichità  e unici fornitori mondiali erano quelli siciliani; relativamente recente è la scoperta di giacimenti americani nel Texas e nella Louisiana, messicani e cileni.

IN CHIMICA

  • Nome elemento: zolfo
  • Simbolo: S
  • Sistema periodico (gruppo-periodo-blocco): 16 (VIA)-3-p
  • Numero atomico: 16
  • Massa atomica relativa (uma): 32,06

Ha quattro isotopi stabili (32, 33, 34 e 36) e 14 isotopi artificiali radioattivi.

Lo zolfo può presentarsi in varie modificazioni (v. polimorfismo); la forma stabile a temperatura ordinaria è gialla, cristallizza nel sistema rombico, fonde a 112,8 °C e si trasforma nella modificazione monoclina β a 95,6 °C.

Per brusco raffreddamento dello zolfo, riscaldato prima fino quasi ad ebollizione, si ottiene la modificazione amorfa, trasparente, giallo-bruna, detta zolfo plastico, che esiste in due varietà, una solubile e l’altra insolubile in solfuro di carbonio.

Nella forma rombica più comune, lo zolfo puro è solido, cristallino, di colore giallo, con peso specifico 2,07; bolle a 444,6 °C; scaldato molto al di sopra del suo punto di fusione diventa rosso cupo e viscosissimo, tanto da non uscire dalla provetta se la si rovescia.
E’ solubile in benzolo e in altri solventi organici, in solfuro di carbonio, in tetracloruro di carbonio, in bromoformio; insolubile in acqua, difficilmente in etere e in alcool; reagisce direttamente con diversi metalli, con l’idrogeno, con gli alogeni, con alcuni metalloidi; brucia all’aria con formazione di anidride solforosa; reagisce a caldo con la polvere di ferro con forte sviluppo di calore; mescolato in un mortaio con mercurio dà direttamente solfuro mercurico.

APPLICAZIONI

Lo zolfo trova impiego viene impiegato in vari ambiti:

  • per la preparazione dell’acido solforico, dell’anidride solforosa e del solfuro di carbonio
  • per la vulcanizzazione della gomma
  • come antiparassitario
  • per la fabbricazione della polvere nera, che è stata per secoli l’unico esplosivo conosciuto
  • per la preparazione dei coloranti allo zolfo
  • in medicina, contro alcune malattie della pelle

LO ZOLFO NELL’ACCIAIO

Nel settore siderurgico si effettua un’operazione di desolforazione, per ridurre o eliminare lo zolfo. Anche questo elemento, come il rame, costituisce un’inopportuna impurità nella lega.

Lo zolfo (S) può dissolversi nel ferro liquido (Fe) a qualsiasi concentrazione. Tuttavia, la solubilità dello zolfo nel ferro solido è limitata:

  • 0,002% in ferrite alfa (Fe-α) a temperatura ambiente
  • 0,013% in austenite (ferro gamma Fe-γ) a 1000 °C

Il fenomeno “Hot Shortness”

Quando un acciaio liquido si raffredda e solidifica, la solubilità dello zolfo diminuisce e si libera dalla soluzione solfuro ferroso (FeS), che forma un eutettico con il ferro circostante.
L’eutettico è segregato ai bordi dei grani di ferro. La temperatura eutettica è relativamente bassa – circa 988 °C.

Il Fe-FeS eutettico indebolisce il legame tra i grani e provoca una forte perdita delle proprietà dell’acciaio (fragilità) alle temperature di formatura a caldo (laminazione, forgiatura, ecc.).

L’infragilimento dell’acciaio nelle operazioni di formatura a caldo (in inglese hot shortness) è causato dalla presenza di solfuri di ferro basso-fondenti nella struttura del metallo.

Per prevenire la formazione di solfuro ferroso basso-fondente nell’acciaio, si aggiunge manganese alla lega (non meno dello 0,2%).

Il manganese (Mn) reagisce attivamente con i solfuri di ferro durante la solidificazione dell’acciaio, trasformando FeS (solfuro ferroso) in MnS (solfuro manganoso) secondo la reazione:

(FeS) + [Mn] = (MnS) + Fe

La temperatura di fusione del solfuro manganoso è relativamente elevata, circa 1610 °C, quindi gli acciai contenenti manganese possono essere formati allo stato caldo.

Purtroppo le inclusioni di MnS incidono negativamente sulle proprietà meccaniche dell’acciaio. Le inclusioni di zolfo possono generare cricche e facilitarne la propagazione lungo i bordograno.

L’effetto negativo dello zolfo diventa più significativo nei grandi lingotti e nelle colate.

Proprietà influenzate negativamente dallo zolfo:

  • Duttilità;
  • Resilienza;
  • Resistenza alla corrosione;
  • Saldabilità;