Het element zwavel

Zwavel is een scheikundig element met symbool S en atoomnummer 16. Het symbool bevindt zich in groep VIa (16) (chalcogenen of zuurstofgroep) van het PS. Het is een geel niet-metaal. De enkelvoudige stof bestaat uit S8-moleculen (octazwavel).

Voorkomen

Op aarde komt zwavel in grote hoeveelheden voor in mineralen zoals pyriet (FeS2), galeniet (PbS), sfaleriet (ZnS), gips (CaSO4.2 H2O) en bariet (BaSO4). In vulkanische gebieden wordt het ook in vrije vorm aangetroffen. Men treft zwavel ook aan in gedegen toestand langs de golf van Mexico en in de petroleumstreek van Texas en Louisiana. Deze afzettingen strekken zich uit over een afstand van 600 km met een breedte van 100 km en een gemiddelde laagdikte van 40 m. Deze koepelvormige zwavelafzettingen liggen tussen de 120 en 600 m diep. Deze zwavel is er gekomen via reductie van sulfaten door anaërobe bacteriën.
Men schat dat zwavel ongeveer 2,7 massa% uitmaakt van de aarde. Op andere planeten met actief vulkanisme wordt zwavel veelvuldig aangetroffen. De maan Io van Jupiter is daarvan een duidelijk voorbeeld. De belangrijkste bron van zwavel zijn de aardolieproducten.
In alle levende wezens komt zwavel voor omdat de aminozuren cysteïne en cystine zwavel bevatten. Dat wil zeggen dat de meeste eiwitten zonder zwavel niet kunnen bestaan.

Octazwavel - S8

Fysische eigenschappen

Zwavel is een geurloos niet-metaal met een helder gele kleur. Bij verbranding straalt het een blauw licht uit en vormt daarbij het stekend ruikende zwaveldioxide. In water is het onoplosbaar, maar in koolstofdisulfide en andere apolaire oplosmiddelen lost het wel goed op.

Het element zelf vormt bij kamertemperatuur een stabiele gele kristallijne vaste stof met een rhombische kristalstructuur, die bestaat uit een stapeling van ringvormige S8-moleculen met r = 2070 kg/m3. Het is een isolator. Bij 112,8°C gaat zwavel over in een monokliene fase, die vervolgens bij 119,0°C smelt. De vloeistof bestaat eerst uit S8-moleculen en is dan weinig stroperig. Bij hogere temperaturen neemt de viscositeit enorm toe omdat er ringopening en polymerisatie plaats vindt. Bij afschrikken in koud water van de polymere smelt vormt zich plastische zwavel, een amorfe vorm die echter geleidelijk uitkristalliseert. Zwavel kookt bij 444,67°C.
Winning

Zwavel kan gewonnen worden door reductie van SO2, SO3 en H2S, afkomstig van de ontzwaveling van steenkool, petroleumproducten en aardgas, maar ook uit solfataren (warmwaterbronnen) genoemd naar de uitgestorven vulkaan Solfatara bij Napels.

Bij ondergrondse afzettingen kan de zwavel gewonnen worden met de methode van Frasch.


Herman Frasch

Methode van Frasch

De stoom heeft een temperatuur van 160 °C en de gebruikte perslucht heeft 35 atmosfeer druk. Het mengsel van gesmolten zwavel, water en lucht dat aan de oppervlakte komt wordt langs verwarmde buizen naar reusachtige bakken geleid die 500.000 ton zwavel kunnen bevatten. Daarin laat men de zwavel stollen. De laatste ontwikkelingen zijn dat men de gesmolten zwavel met daarvoor speciaal uitgeruste schepen vervoert naar de verwerkingsplaatsen.

Heden is de belangrijkste leverancier van zwavel de petrochemische industrie. Zwavel wordt in grote hoeveelheden gewonnen bij de ontzwaveling van aardolieproducten en aardgas.
Chemische eigenschappen

Zwavel kan zich met de meeste andere elementen verbinden. Bij kamertemperatuur is de reactiesnelheid evenwel gering, men moet meestal tot gloeihitte verwarmen om de reacties op gang te brengen.

- Met zuurstof brandt zwavel tot SO2 (S + O2 SO2)
- Met waterstof vormt het diwaterstofsulfide (H2 + S H2S)
- Met metalen(Fe, Zn, enz.. vormt het metaalsulfiden (Fe + S FeS)
Toepassingen

In de chemische industrie wordt zwavel veelvuldig gebruikt als grondstof voor velerlei verbindingen. Belangrijke afnemers van zwavel zijn de producenten van zwavelzuur (meest geproduceerde chemische verbinding) en de rubberindustrie waar het wordt gebruikt voor het vulkaniseren.