SULFUR: SEJARAH, PROPERTI, STRUKTUR, PEROLEHAN, PENGGUNAAN - KIMIA - 2025

The sulfur adalah lead unsur non-logam, di bawah oksigen, kelompok khalkogen dari tabel periodik. Secara khusus terletak di kelompok 16 dengan periode 3, dan diwakili oleh simbol kimia S. Dari isotop alaminya, ³² S adalah yang paling melimpah (sekitar 94% dari semua atom sulfur).

Ini adalah salah satu elemen paling melimpah di Bumi, membentuk sekitar 3% dari total massa. Dengan kata lain, jika semua belerang di planet ini diambil, dua bulan kuning dapat terbentuk; akan ada tiga satelit, bukan satu. Ia dapat mengadopsi berbagai bilangan oksidasi (+2, -2, +4 dan +6), sehingga garamnya banyak dan memperkaya kerak bumi dan intinya.

Kristal belerang. Sumber: Pixabay.

Belerang identik dengan warna kuning, bau tak sedap dan neraka. Alasan utama bau tak sedapnya adalah karena senyawa turunannya; terutama soda dan yang organik. Sisanya, mineralnya padat dan memiliki warna antara lain kuning, abu-abu, hitam, dan putih.

Ini adalah salah satu elemen yang paling menghadirkan sejumlah besar alotrop. Ia dapat ditemukan sebagai molekul kecil S ₂ atau S _{3 yang terpisah} ; sebagai cincin atau siklus, menjadi belerang ortorombik dan monoklinik S ₈ yang paling stabil dan melimpah dari semuanya; dan sebagai rantai heliks.

Itu tidak hanya ditemukan di kerak bumi dalam bentuk mineral, tetapi juga di matriks biologis tubuh kita. Misalnya, dalam asam amino sistin, sistein dan metionin, dalam protein besi, keratin, dan beberapa vitamin. Itu juga ada dalam bawang putih, jeruk bali, bawang merah, kubis, brokoli dan kembang kol.

Secara kimiawi itu adalah unsur lunak, dan dengan tidak adanya oksigen ia membentuk mineral belerang dan sulfat. Ini terbakar dengan nyala kebiruan dan mungkin tampak sebagai padatan amorf atau kristal.

Meskipun penting untuk sintesis asam sulfat, zat yang sangat korosif, dan memiliki bau yang tidak sedap, sebenarnya ini adalah unsur jinak. Belerang dapat disimpan di ruang mana pun tanpa tindakan pencegahan besar, selama api dapat dihindari.

Sejarah belerang

Di dalam Alkitab

Sulfur adalah salah satu elemen tertua dalam sejarah umat manusia; sedemikian rupa sehingga penemuannya tidak pasti dan tidak diketahui peradaban kuno mana yang menggunakannya untuk pertama kali (4000 tahun sebelum Masehi). Di halaman-halaman Alkitab, dia bisa ditemukan menyertai api neraka dan neraka.

Bau belerang dari neraka diyakini ada hubungannya dengan letusan gunung berapi. Penemu pertamanya pasti pernah menemukan tambang elemen ini seperti tanah debu atau kristal kuning di sekitar gunung berapi.

Jaman dahulu

Padatan kekuningan ini segera menunjukkan efek penyembuhan yang luar biasa. Misalnya, orang Mesir menggunakan belerang untuk mengobati radang kelopak mata. Ini juga meredakan kudis dan jerawat, sebuah aplikasi yang dapat dilihat saat ini di sabun belerang dan barang-barang dermatologis lainnya.

Bangsa Romawi menggunakan elemen ini dalam ritual mereka, sebagai fumigan dan pemutih. Saat terbakar, ia melepaskan SO ₂ , gas yang membanjiri ruangan, bercampur dengan kelembapan dan menyediakan lingkungan antibakteri yang mampu membunuh serangga.

Orang Romawi, seperti orang Yunani, menemukan sifat mudah terbakar belerang yang tinggi, itulah sebabnya ia menjadi identik dengan api. Warna apinya yang kebiruan pasti menyinari sirkus Romawi. Diyakini bahwa orang Yunani, pada bagian mereka, menggunakan elemen ini untuk membuat senjata pembakar.

Orang Cina, pada bagian mereka, belajar bahwa dengan mencampurkan belerang dengan sendawa (KNO ₃ ) dan batu bara, mereka menciptakan bahan bubuk hitam yang membuat perubahan bersejarah, dan itu menimbulkan permintaan dan minat yang besar terhadap mineral ini di negara-negara pada waktu itu.

Zaman modern

Seolah bubuk mesiu bukanlah alasan yang cukup untuk mengingini belerang, asam sulfat dan aplikasi industrinya segera muncul. Dan dengan batang asam sulfat, jumlah kekayaan atau kemakmuran suatu negara diukur dalam hubungannya dengan tingkat konsumsi senyawa ini.

Baru pada tahun 1789 ahli kimia brilian Antoine Lavoisier mampu mengenali belerang dan mengklasifikasikannya sebagai suatu unsur. Kemudian pada tahun 1823, kimiawan Jerman Eilhard Mitscherlich menemukan bahwa sulfur dapat mengkristal secara dominan dalam dua cara: rombohedral dan monoklinik.

Sejarah belerang mengikuti jalur yang sama dari senyawa dan aplikasinya. Dengan kepentingan industri yang sangat besar dari asam sulfat, itu disertai dengan vulkanisasi karet, sintesis penisilin, eksploitasi tambang, pemurnian minyak mentah yang kaya sulfur, nutrisi tanah, dll.

Properti

Penampilan fisik

Rapuh padat dalam bentuk bubuk atau kristal. Warnanya kuning lemon kusam, tidak berasa dan tidak berbau.

Penampilan cair

Belerang cair bersifat unik karena warna kuning awalnya berubah menjadi kemerahan dan meningkat serta menjadi gelap jika terkena suhu tinggi. Saat terbakar, ia memancarkan api biru cerah.

Masa molar

32 g / mol.

Titik lebur

115,21 ° C.

Titik didih

445 ° C.

titik pengapian

160 ° C.

Temperatur penyalaan otomatis

232 ° C.

Massa jenis

2,1 g / mL. Namun, alotrop lain mungkin kurang padat.

Kapasitas panas molar

22,75 J / mol K.

Jari-jari kovalen

105 ± 3 sore.

Elektronegativitas

2.58 pada skala Pauling.

Polaritas

Ikatan SS bersifat apolar karena kedua atom sulfur memiliki keelektronegatifan yang sama. Ini membuat semua alotropnya, berbentuk siklik atau rantai, nonpolar; dan oleh karena itu, interaksinya dengan air tidak efisien dan tidak dapat dilarutkan di dalamnya.

Namun, belerang dapat larut dalam pelarut nonpolar seperti karbon disulfida, CS ₂ , dan aromatik (benzena, toluena, xilena, dll.).

Ion

Sulfur dapat membentuk berbagai ion, biasanya anion. Yang paling terkenal dari semuanya adalah belerang, S ^2- . S ^2- dicirikan dengan bulky dan memiliki dasar Lewis yang lembut.

Karena basa lunak, teori menyatakan bahwa ia akan cenderung membentuk senyawa dengan asam lunak; seperti kation logam transisi, termasuk Fe ²⁺ , Pb ²⁺ dan Cu ²⁺ .

Struktur dan konfigurasi elektronik

Mahkota belerang

Molekul S8, alotrop belerang yang paling stabil dan melimpah. Sumber: Benjah-bmm27.

Belerang dapat muncul di berbagai alotrop; dan ini pada gilirannya memiliki struktur kristal yang dimodifikasi di bawah tekanan dan / atau suhu yang berbeda. Oleh karena itu, belerang adalah elemen yang kaya alotrop dan polimorf, dan studi tentang struktur padatnya merupakan sumber pekerjaan eksperimental teoretis yang tak ada habisnya.

Mengapa kompleksitas struktural seperti itu? Pertama-tama, ikatan kovalen dalam sulfur (SS) sangat kuat, hanya dilampaui oleh ikatan karbon, CC, dan hidrogen, HH.

Belerang, tidak seperti karbon, tidak cenderung membentuk tetrahedra tetapi bumerang; yang dengan sudutnya terlipat dan melingkar untuk menstabilkan rantai belerang. Cincin paling terkenal dari semuanya, juga mewakili alotrop paling stabil belerang, adalah S ₈ , "mahkota belerang" (gambar atas).

Perhatikan bahwa semua tautan SS di S ₈ terlihat seperti bumerang tunggal, menghasilkan cincin dengan lipatan dan tidak rata sama sekali. Mahkota S _{8 ini} berinteraksi melalui gaya London, mengorientasikan dirinya sedemikian rupa sehingga menciptakan pola struktural yang mendefinisikan kristal ortorombik; disebut S ₈ α (S-α, atau belerang ortorombik sederhana).

Polimorf

Mahkota belerang adalah salah satu dari banyak alotrop untuk elemen ini. S ₈ α adalah polimorf mahkota ini. Ada dua lainnya (di antara yang paling penting) yang disebut S ₈ β dan S ₈ γ (S-β dan S-γ, masing-masing). Kedua polimorf mengkristal menjadi struktur monoklinik, dengan S ₈ γ lebih padat (sulfur gamma).

Ketiganya adalah padatan kuning. Tetapi bagaimana Anda mendapatkan setiap polimorf secara terpisah?

S ₈ β dibuat dengan memanaskan S ₈ α hingga 93 ° C, kemudian membiarkan pendinginan lambatnya memperlambat transisinya kembali ke fase ortorombik (α). Dan S ₈ γ, di sisi lain, diperoleh saat S ₈ α meleleh pada suhu 150 ° C, sekali lagi membiarkannya mendingin perlahan; itu adalah polimorf mahkota belerang terpadat.

Alotrop siklik lainnya

Mahkota S ₈ bukan satu-satunya alotrop siklik. Ada yang lain seperti S ₄ , S ₅ (analog dengan siklopentana), S ₆ (diwakili oleh segi enam seperti sikloheksana), S ₇ , S ₉ , dan S _10-20 ; yang terakhir berarti bahwa mungkin ada cincin atau siklus yang mengandung sepuluh sampai dua puluh atom belerang.

Masing-masing mewakili alotrop siklik belerang yang berbeda; dan sebaliknya, untuk menekankannya, mereka memiliki variasi polimorf atau struktur polimorfik yang bergantung pada tekanan dan suhu.

Misalnya, S ₇ memiliki hingga empat polimorf yang diketahui: α, β, γ, dan δ. Anggota atau mahkota dengan massa molekul yang lebih tinggi adalah produk sintesis organik dan tidak mendominasi di alam.

Rantai belerang

Rantai belerang. Sumber: OpenStax

Semakin banyak atom belerang yang dimasukkan ke dalam struktur, kecenderungannya untuk membentuk cincin berkurang dan rantai belerang tetap terbuka dan mengadopsi konformasi heliks (seolah-olah berbentuk spiral atau sekrup).

Dan keluarga besar lain dari alotrop belerang muncul yang tidak terdiri dari cincin atau siklus tetapi dari rantai (seperti yang ada pada gambar di atas).

Ketika rantai SS ini berbaris secara paralel dalam kristal, mereka menjebak kotoran dan akhirnya membentuk padatan berserat yang disebut belerang berserat, atau S-ψ. Jika di antara rantai paralel ini terdapat ikatan kovalen yang menghubungkannya (seperti yang terjadi dengan vulkanisasi karet), kita memiliki sulfur laminar.

Ketika belerang S ₈ meleleh, diperoleh fase cair kekuningan yang dapat berubah menjadi gelap jika suhu dinaikkan. Ini karena ikatan SS putus, dan oleh karena itu proses depolimerisasi termal terjadi.

Cairan ini ketika didinginkan menunjukkan sifat plastik dan kemudian seperti kaca; artinya, belerang seperti kaca dan amorf (S-χ) diperoleh. Komposisinya terdiri dari cincin dan rantai belerang.

Dan ketika campuran alotrop berserat dan laminar diperoleh dari belerang amorf, Crystex diproduksi, produk komersial yang digunakan untuk vulkanisasi karet.

Alotrop kecil

Meskipun mereka dibiarkan terakhir, mereka tidak kalah penting (atau menarik) dari alotrop dengan massa molekul yang lebih tinggi. Molekul S ₂ dan S ₃ adalah versi sulfurisasi dari O ₂ dan O ₃ . Yang pertama, dua atom sulfur bergabung dengan ikatan rangkap, S = S, dan yang kedua ada tiga atom dengan struktur resonansi, S = SS.

Baik S ₂ dan S ₃ adalah gas. S ₃ menunjukkan warna merah ceri. Keduanya memiliki bahan bibliografi yang cukup untuk setiap sampul artikel individu.

Konfigurasi elektronik

Konfigurasi elektron untuk atom belerang adalah:

3s ² 3p ⁴

Ia dapat memperoleh dua elektron untuk menyelesaikan oktet valensinya, dan dengan demikian memiliki bilangan oksidasi -2. Demikian juga, ia dapat kehilangan elektron, dimulai dengan dua orbital 3p, tingkat oksidasi menjadi +2; jika Anda kehilangan dua elektron lagi, dengan orbital 3p kosong, tingkat oksidasi Anda akan menjadi +4; dan jika Anda kehilangan semua elektron, hasilnya adalah +6.

Memperoleh

Mineralogi

Belerang adalah bagian dari banyak mineral. Diantaranya adalah pirit (FeS ₂ ), galena (PbS), covellite (CuS), serta mineral sulfat dan sulfida lainnya. Dengan memprosesnya, tidak hanya logam yang dapat diekstraksi, tetapi juga sulfur setelah serangkaian reaksi reduktif.

Itu juga dapat diperoleh dengan cara murni di ventilasi vulkanik, di mana saat suhu naik ia meleleh dan tumpah ke bawah; Dan jika terbakar maka akan terlihat seperti lahar kebiruan pada malam hari. Melalui kerja keras, dan kerja fisik yang berat, belerang dapat dipanen seperti yang sering dilakukan di Sisilia.

Belerang juga dapat ditemukan di tambang bawah tanah, yang dibuat untuk memompa air super panas untuk melelehkan dan memindahkannya ke permukaan. Proses perolehan ini dikenal sebagai Proses Frasch, yang saat ini jarang digunakan.

Minyak

Saat ini sebagian besar sulfur berasal dari industri minyak, karena senyawa organiknya merupakan bagian dari komposisi minyak mentah dan turunannya yang dimurnikan.

Jika produk mentah atau olahan kaya sulfur dan mengalami hidrodesulfurisasi, maka akan melepaskan sejumlah besar H ₂ S (gas bau yang berbau seperti telur busuk):

RSR + 2 H ₂ → 2 RH + H ₂ S

H ₂ S kemudian secara kimiawi diolah dalam proses Clauss, diringkas dengan persamaan kimia berikut:

3 O ₂ + 2 H ₂ S → 2 SO ₂ + 2 H ₂ O

SO ₂ + 2 H ₂ S → 3 S + 2 H ₂ O

Aplikasi

Beberapa kegunaan belerang disebutkan di bawah ini dan secara umum:

- Ini adalah elemen penting untuk tumbuhan dan hewan. Ia bahkan hadir dalam dua asam amino: sistein dan metionin.

- Ini adalah bahan baku untuk asam sulfat, senyawa yang terlibat dalam pembuatan produk komersial yang tak terhitung jumlahnya.

- Dalam industri farmasi, penisilin digunakan untuk sintesis turunan belerang, penisilin adalah contoh yang paling terkenal.

- Memungkinkan vulkanisasi karet dengan menghubungkan rantai polimer dengan ikatan SS.

- Warna kuningnya dan campurannya dengan logam lain membuatnya diminati dalam industri pigmen.

- Dicampur dengan matriks anorganik, seperti pasir dan batuan, aspal beton dan belerang disiapkan untuk menggantikan aspal.

Risiko dan tindakan pencegahan

Sulfur dengan sendirinya adalah zat yang tidak berbahaya dan tidak beracun, dan juga tidak menimbulkan risiko potensial, kecuali jika bereaksi untuk membentuk senyawa lain. Garam sulfatnya tidak berbahaya dan dapat ditangani tanpa tindakan pencegahan yang besar. Namun, ini tidak terjadi dengan turunan gasnya: SO ₂ dan H ₂ S, keduanya sangat beracun.

Jika berada dalam fase cair dapat menyebabkan luka bakar yang serius. Jika tertelan dalam jumlah banyak dapat memicu produksi H ₂ S di usus. Jika tidak, tidak ada risiko bagi mereka yang mengunyahnya.

Secara umum, sulfur merupakan elemen aman yang tidak memerlukan terlalu banyak tindakan pencegahan, kecuali untuk menjauhkannya dari api dan zat pengoksidasi kuat.

Referensi

1. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). Mc Graw Hill.
2. Laura Crapanzano. (2006). Polimorfisme belerang: Aspek Struktural dan Dinamis. Fisika .Université Joseph-Fourier - Grenoble I. Bahasa Inggris. fftel-00204149f
3. Wikipedia. (2019). Alotrop belerang. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
4. Meyer Beat. (1976). Unsur belerang. Ulasan Kimia, Vol. 76, No. 3.
5. Dr Doug Stewart. (2019). Fakta Elemen Belerang. Chemicool. Diperoleh dari: chemicool.com
6. Donald W. Davis dan Randall A. Detro. (2015). Sejarah Belerang. Perusahaan Belerang Teluk Georgia. Diperoleh dari: georgiagulfsulfur.com
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 Januari 2019). 10 Fakta Belerang Menarik. Diperoleh dari: thinkco.com
8. Boone, C.; Obligasi, C.; Hallman, A.; Jenkins, J. (2017). Lembar Fakta Umum Belerang; Pusat Informasi Pestisida Nasional, Layanan Penyuluhan Universitas Negeri Oregon. npic.orst.edu