svovel

Svovel forekommer i flere former. Den stabile modifikasjonen ved vanlig temperatur og trykk er gult, fast, rombisk svovel, også kalt α-svovel (alfasvovel). Det er en molekylforbindelse som består av S₈-ringer. Det smelter ved hurtig oppvarming ved 112,8 °C, ved langsom oppvarming omdannes α-svovel ved 95,4 °C til β-svovel (betasvovel), som smelter ved 119,3 °C. β-svovel har en monoklin struktur hvor byggesteinene også er S₈-ringer.

Det er også fremstilt svovel hvor svovel danner seksringer med struktur som sykloheksan. Også svovel hvor svovel danner ringer med flere svovelatomer enn seks og åtte er fremstilt.

Når svovel smelter, er smelten lysegul og lite viskøs, men over 159 °C åpnes ringene og danner lange kjeder av svovelatomer. Da er smelten viskøs og får en mørk farge. Slike svovelkjeder finnes også i sulfaner og polysulfider, for eksempel natriumpolysulfid, NaS_x.

Svovel er ved smeltepunktet lettflytende og strågult. Smelten inneholder også S₈-ringer og er blitt kalt λ-svovel (lambdasvovel). Ved videre oppvarming til 160 °C blir smelten til en seigtflytende væske, og fargen forandres til mørkerød. Forandringen skyldes at S₈-ringene brytes opp og danner lange, spiralformede kjeder. Denne formen kalles catenasvovel, og kjedelengden kan bli opptil 1 million svovelatomer.

Ved videre oppvarming brytes svovelkjedene gradvis ned i mindre fragmenter, og over 320 °C er smelten igjen lettflytende.

Ved temperaturer over kokepunktet (444,6 °C) dannes oransjegul svoveldamp som ved 500 °C blir rød og ved 650 °C strågul. Forandringene skyldes sannsynligvis dissosiasjonsprosesser med stigende temperatur.

Foruten S₈-ringer inneholder dampen molekyler med sammensetninger fra S₂ til S₇. Den relative mengden av mindre molekyler øker med temperaturen, og over 1000 °C består dampen av S₂-molekyler.

Ved bråkjøling av svovelsmelte med utpreget kjededannelse vil kjedene ikke ha tid til å bli rearrangert til ringer og krystallisere, og man får dannet en brungul, plastisk, gummilignende masse (plastisk svovel). Den er ustabil og omdannes ved romtemperatur i løpet av noen timer til vanlig gult, rombisk svovel. Kolloidalt svovel dannes ved å lede hydrogensulfid langsomt inn i kalde, konsentrerte løsninger av svoveldioksid.

Det eksisterer også en rekke andre svovelallotroper, S₆, S₇, γ-S₈, S₁₀, S₁₂, S₁₈ og S₂₀, som alle er beskrevet i krystallinsk form. Deres stabilitet er svært forskjellig; S₁₂, S₁₈, S₂₀ er holdbar i årevis, S₆, S₉, S₁₀, S₁₁, S₁₃ i dager, mens S₇ og andre allotroper med færre atomer i kjeden er holdbar i minutter.

Svovel antas å utgjøre 0,031 vektprosent av jordskorpen. Det forekommer både som fritt, elementært svovel og kjemisk bundet som sulfider, sulfater og annet.

Store forekomster av fritt svovel finnes i USA, Mexico, Sør-Amerika, Italia, Polen, Russland, Irak og Kina. Det viktigste sulfidet er pyritt, FeS₂. Andre viktige sulfidmineraler er chalkopyritt, CuFeS₂, galenitt, PbS, og sfaleritt, ZnS. Av sulfatmineraler kan nevnes gips, CaSO₄·2H₂O, kieseritt, MgSO₄·H₂O, glaubersalt, Na₂SO₄·10H₂O.

Naturgasser kan inneholde varierende mengder svovel i form av hydrogensulfid, H₂S. Små mengder av H₂S-gass forekommer nesten overalt på grunn av bakteriell spalting av proteiner og sulfater. Dessuten inneholder petroleum og kull mer eller mindre svovel, dels som fritt svovel og dels som organisk bundet svovel. I visse typer kull foreligger svovel som pyritt, mens råolje vanligvis inneholder 0,1–2,2 prosent svovel. Ved forbrenning av petroleum og kull dannes store mengder svoveldioksid, SO₂, som dels oksideres videre til svoveltrioksid, SO₃. Se svoveloksider.

Organisk bundet svovel finnes både i plante- og dyreriket, først og fremst i aminosyrer, men også i koenzymer og vitaminer. Særlig rikt på svovel er hår, negler, hover, fjær og annet som inneholder keratin. Det menneskelige legeme inneholder 0,14 vektprosent svovel. Havvann inneholder i gjennomsnitt 0,084 prosent svovel, hovedsakelig som løste sulfater.

En av Jupiters måner, Io, er en svovelrik måne med vulkaner som spyr ut smeltet svovel.

Svovel inngår i tallrike uorganiske og organiske forbindelser: svoveloksider, svoveloksosyrer, svovelklorider, sulfater, sulfitter, sulfonsyrer, proteiner og annet.

Svovel inngår oftest i oksidasjonstrinn –II, +II, IV og VI, men også –I, I, III og V er kjent. Svovel har positive oksidasjonstall i forbindelser med mer elektronegative grunnstoffer, for eksempel oksygen (SO₂, SO₃), mens det har oksidasjonstall –II i hydrogensulfid, metallsulfider og annet.

Svovel er ikke løselig i vann, moderat løselig i benzen, C₆H₆, og lett løselig i karbondisulfid, CS₂.

Svovel finnes i naturen i fri tilstand i svovelleier. Svovel kan også fremstilles fra metallsulfider (særlig pyritt), råolje og naturgass. Ettersom svovel er uønsket i i petroleumsprodukter som brennes, fordi det fører til sur nedbør, er det for tiden stort overskudd på fritt svovel.

Ved utvinning av svovel fra svovelleier benytter man Frasch-prosessen. Med denne pumpes overopphetet vann (cirka 170 °C) ned i leiene og smelter svovelet som presses til overflaten med trykkluft.

Hydrogensulfid, blant annet i naturgass, omdannes til svovel ved oksidasjon, som reaksjonsligningen viser:

2H₂S(g) + O₂(g) → 2H₂O(g) + 2S(s)

I Claus-prosessen, som baseres på råolje, blir en del av hydrogensulfidet oksidert til svoveldioksid, som så reageres med mer hydrogensulfid til svovel og vann.

Med pyritt som råstoff fremstilles svovel ved termisk spalting:

FeS₂(s) → FeS(s) + S(s)

Etter påfølgende røsting av jernsulfidet blir dannet svoveldioksid redusert til svovel med karbon:

SO₂(g) + C(s) = S(g) + CO₂(g)

eller med karbonmonoksid:

SO₂ (g) + 2CO(g) = S(s) + 2CO₂(g)

Noe svovel blir også fremstilt av kaliumsulfat.

Svovel og svovelforbindelser blir brukt til mange formål:

• Den langt største delen (rundt 80 prosent) går til fremstilling av svovelsyre.
• Svovel brukes til fremstilling av svoveldioksid, som brukes i sulfittcelluloseindustrien og som blekemiddel i karbondisulfid.
• CS₂ anvendes som løsemiddel blant annet i rayonindustrien.
• Svovel brukes i gjødningsstoffer, til vulkanisering av kautsjuk, i insektdrepende midler, i fyrstikkindustrien, fyrverkerisaker, svartkrutt og annet.

Svovel var kjent allerede i oldtiden og omtales flere steder i Det gamle testamentet som uttrykk for Guds vrede. Svovelets karakteristiske gule farge, dets brennbarhet og den stikkende lukten av svoveldioksid som dannes ved forbrenning, gjorde at svovel ble anvendt blant annet ved religiøse seremonier og ved trolldomskunster.

Egypterne brukte svovel til bleking av tøyer allerede cirka 2000 før vår tidsregning (fvt.). Homer omtaler det som desinfeksjonsmiddel, og romerne benyttet det til farmasøytiske formål og krigsformål. Hos alkymistene spilte det en viktig rolle som brennbarhetens prinsipp. Metallsulfider var blant de først benyttede uorganiske pigmenter.

Særlig stor betydning fikk svovelet på 1100-tallet ved oppfinnelsen av svartkrutt. Ved slutten av 1700-tallet fikk det teknisk betydning som råstoff for den begynnende svovelsyreindustrien. I 1771 erkjente Antoine Laurent Lavoisier at svovel var et grunnstoff.

Svovel er et livsnødvendig grunnstoff. Planter opptar svovel hovedsakelig fra jordbunnen i form av løste sulfater, som omdannes til svovelholdige organiske forbindelser. Disse går videre i næringskjeden til dyr og mennesker, hvor svovel inngår i aminosyrer og proteiner.

Utsettes hud for fritt svovel, har det liten virkning, men etter lengre tid merkes etter hvert en lett irritasjon. På planter og laverestående dyr er også svovel til å begynne med uten virkning, men det virker giftig når det blir omdannet til svoveldioksid og hydrogensulfid.

Svovel har størst virkning i kolloidal form. Dette blir brukt til å bekjempe skadeinsekter på frukt og grønnsaker. Inntatt i organismen passerer svovel magen tilnærmet uforandret. I tarmene blir det delvis omdannet til hydrogensulfid og virker svakt avførende.

• sulfider
• sulfater
• sulfitter
• svoveloksider
• svovelsyre
• grunnstoff
• periodesystemet