Sulful - stare naturala si obtinere - procedee fizice si chimice - sulful in industria alimentara

Sulful - 'substanta divina'

referat

Descriere generala

Denumire: sulf (romana), sulfhur (engleza), soufre (franceza), swavel (olandeza), schwefel (germana), solfo (italiana), enxofre (portugheza), azufre (spaniola), svavel (elvetiana).

Simbol chimic: S

Numar atomic:

Configuratia electronica: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

Masa atomica: 32,065 (izotopi: ³²S - 94,93%, ³³S - 0,76%, ³⁴S - 4,29%, ³⁶S - 0,02%)

Locul in sistemul periodic: Grupa a VI-a A (16) - grupa calcogenilor, perioada

a 3-a (element de tip 'p', nemetal).

Aspect: solid la temperatura obisnuita, culoare galben lamai.

Densitate: 1960 kg/m³

Stare naturala:

Sulful elementar se gaseste in cantitati mari in natura.

In litosfera se gasesc cantitati mari de sulf sub forma de sulfuri, mai ales de metale tranzitionale, si de sulfati: pirita (FeS₂), calcopirita (CuFeS₂), calcozina (CuS₂) galena (PbS), blenda (ZnS), argiroza (Ag₂S), realgar (As₂S₂), auripigment (As₂S₃), cinabru (HgS), molibdenita (MoS), millerit (NiS), stibina (Sb₂S), cobaltina (AsCoS), mispichel (AsFeS), gips (CaSO₄*2H₂O), anhidrit (CaSO₄), celestina (SrSO₄), barita (BaSO₄), kiserita (MgSO₄*H₂O), sarea lui Glauber (Na₂SO₄*10H₂O), anglezita (PbSO₄), glauverita (CaSO₄* Na₂SO₄), etc.

Apa de mare contine sulfati solubili (ioni sulfat (SO₄)^-2) iar apele termale si unele ape minerale contin sulfuri solubile si hidrogen sulfurat. Combinatii ale sulfului se mai gasesc in titei, carbuni si gaze naturale.

Luna planetei Jupiter numita Io este foarte frumos colorata datorita existentei diferitelor varietati de sulf.

Pe fata intunecata a Lunii, langa craterul Aristarchus, se afla un depozit de sulf.

obtinere:

Obtinerea sulfului se realizeaza prin:

a) procedee fizice, se extrage din minereuri sulful nativ prin urmatoarele metode:

o     topirea minereului de sulf intr-un cuptor numit calcarone - procedeul calcheronelor;

o     topirea minereului de sulf in autoclave cu vapori de apa supraincalaziti;

o     procedeul sondelor sau procedeul Frasch care consta in topirea sulfului la adancimea unde se afla, cu vapori de apa supraincalziti si apoi aducerea lui la suprafata cu aer comprimat.

b) Procedee chimice:

o     oxidarea sulfurilor;

o     obtinerea din gazele de iluminat sau de cocserie

o     reducerea sulfatilor la sulfuri si apoi oxidarea acestora.

Sulful obtinut se purifica prin distilare si condensare si se obtine sulf sub forma de floare (temperatura de condensare < punctul de topire) sau bastoane (temperatura de condensare > punctul de topire).

Alotropie si forme polimorfe:

Sulful cristalin

Sub temperatura de topire, sulful cristalizeaza in doua forme polimorfe: sulf rombic (sulf α) stabil pana la temperatura de 95,5⁰C si sulful monoclinic (sulful β) stabil intre 95,5⁰C si 119,2⁰C.

S_α ↔ S_β

Prin determinari crioscopice s-a stabilit ca moleculele sulfului sunt compuse din opt atomi. Moleculele au forma unor inele, atomii fiind aranjati cate patru in doua planuri paralele. Distantele interatomice fiind 2,06A⁰, iar unghiurile de valenta de 105⁰.

Sulful plastic sau amorf

Topind sulful la peste 190⁰C si turnand topitura in apa se obtine sulful plastic (material brun, translucid, elastic). Sulful plastic prezinta elasticitate (firele de sulf plastic se pot intinde pana la lungimea de zece ori mai mare decat cea initiala); lasate libere firele revin la lungimea initiala, asemanandu-se cu elastomerii. Sulful plastic nu este solubil in nici un solvent. Moleculele sale sunt formate dintr-un numar foarte mare si nedefinit de mai multe mii de atomi - macromolecule S_n.

Biochimia sulfului:

In vechime sulful se numea 'theion - substanta divina'. Astazi se stie ca sulful joaca un rol fundamental in structura organismului viu. Fara sulf procesele fiziologice fundamentale, transformarile biochimice complexe ale tesuturilor nu ar avea loc.

Sulful este prezent in toate celulele corpului, are rol in procesele de detoxificare, este participant direct la toate metabolismele desfasurate in organism cat si la respiratia celulara. Stimuleaza secretia gastrica, favorizeaza inlaturarea constipatiei, creste secretia biliara, limiteaza absorbtia toxinelor, stimuleaza secretia de insulina, reduce concentratia de colesterol, creste reactivitatea sistemului nervos, imbunatateste apararea antiinfectioasa a organismului, scade sensibilitatea la agenti alergici. Mentine tonusul pielii si confera stralucire parului.

Sulful este o componenta nelipsita a proteinelor (un om care cantareste 70kg contine 140g sulf). Legaturile de tip S-S sunt importante pentru determinarea structurii tertiare a proteinelor. Principalele componenete ale proteinelor sunt aminoacizii. Aminoacizii care contin in structura lor gruparea -SH se numesc tioaminoacizi

Tioaminoacizi:

T cisteina (C₃H₇O₂NS) - se gaseste in special in epiderm; in tesuturi se gaseste sub forma libera sau sub forma unei tripeptide numita glutation

o     tripeptida glutation (γ glutamil-cisteinil-glicina) a fost izolata prima oara din drojdia de bere. Se gaseste in ficat in proportie de 170mg% si in splina 100mg%. Glutationul este un activator al multor enzime pentru ca interactioneaza contra metalelor sau compusilor toxici. Experiente efectuate pe sobolan au aratat ca acesta suporta doze mai mari de cianuri daca acestea sunt introduse simultan cu glutation. Aceeasi actiune de atenuare o are si fata de arsen si unele substante toxice produse de animale si plante: veninul de cobra, toxina tetanica, toxina difterica. Este un participant activ al sistemelor redox din pupila reprezentand un sistem de reglare. Continutul de glutation din pupila scade cu varsta si la bolnavii de cataracta senila. Joaca un rol important in actiunea unor hormoni ai glandei pituitare si a insulinei. La diabetici, persoanele obeze, precum si la persoanele bolnave de guta se observa o scadre a glutationului.

T cistina (C₆H₁₂O₄N₂S₂)

+2H

2 C₃H₇O₂NS ↔ C₆H₁₂O₄N₂S₂

-2H

Aceasta reactie reversibila este foarte importanta in procesele redox de la nivel celular (in procesul repiratiei) deoarece cisteina are rol de transportor de hidrogen. Cisteina e greu solubila si de aceea formeaza calculi vezicali sau renali. Ea se gaseste in mare cantitate in scleroproteinele din unghii, par si piele unde are rol de protectie absorbind razele solare ultraviolete.

T metionina (C₅H₁₁O₂NS) - a fost izolata pentru prima oara din cazeina (proteina din lapte).

Sulful elementar este relativ inofensiv pentru organismul uman dar este foarte toxic pentru bacterii si fungi. Sulful sub forma de pulbere irita ochii si pleoapele.

Unele bacterii (Thiospirillum) si unele alge (Beggiatoa) oxideaza acidul sulfhidric (H₂S), transformandu-l in sulf, pe care il acumuleaza in celulele lor. Aceasta reactie reprezinta "izvorul de energie vitala" pentru aceste microorganisme (asa cum celelalte vietuitoare oxideaza compusii organici la dioxid de carbon si apa).

Unele microorganisme anaerobe reduc sulfatii la acid sulfhidric. Aceste fermentatii sulfuroase au jucat un rol important in formarea zacamintelor de petrol.

Hidrogenul sulfurat in concentratii mici favorizeaza metabolismul dar in concentratii mari poate provoca moartea prin paralizarea respiratiei (este mai toxic decat cianurile).

Oxizii de sulf si oxizii de azot sunt considrati cauza ploilor acide. Acestea provoaca distrugerea padurilor pe arii intinse (trioxidul de sulf in concentratie mare distruge clorofila din frunze), determina fenomene de coroziune atacand unele tipuri de cabluri electrice, slabirea organismului uman, degradarea cladirilor si a statuilor, etc.

Sulful in industria alimentara:

Utilizarea dioxidului de sulf drept conservant alimentar este straveche. Se foloseste in industria alimentara sub forma de gaz rezultat prin arderea directa a sulfului sau lichefiat si comprimat in tuburi de otel. Deoarece dioxidul de sulf este toxic si instabil (se oxideaza in prezenta aerului trecand in acid sulfuric) in industria alimentara se mai folosesc: sulfitul de sodiu si potasiu (Na₂SO₃, K₂SO₃), bisulfitul de sodiu, potasiu si calciu (NaHSO₃, KHSO₃, Ca(HSO₃)₂), metabisulfitul de sodiu si potasiu (Na₂S₂O₅, K₂S₂O₅).

Bioxidul de sulf este considerat un antiseptic deoarece actioneaza asupra tuturor microorganismelor (unele drojdii sunt mai rezistente decat bacteriile lactice sau acetice proprietate folosita la prepararea vinurilor).

Sulfitarea preprezinta tratarea produselor cu bioxid de sulf in scopul mentinerii culorii si aromei naturale a produselor, a reducerii pierderilor de vitamine (in special vitaminele C si A) si a impiedicarii innegririi legumelor taiate in contact cu aerul inainte si in timpul uscarii.

Cu ajutorul dioxidului de sulf se poate evita fenomenul de mucegaire al fructelor care sunt pastrate la temperatura scazuta in stare proaspata. Se foloseste metabisulfitul de potasiu, K₂S₂O₅, care se introduce in lazile cu fructe sub forma de tablete.

Folosirea dioxidului de sulf in scopul conservarii sucurilor, siropurilor, concentratelor si pireurilor din fructe este larg raspandita in tarile cu clima calda.

In vinificatie se foloseste din ce in ce mai mult tratamentul cu dioxid de sulf in scopul inactivarii florei spontane a mustului.

In unele tari se admite adaosul de sulfiti in cazul carnii, produselor de carne, peste, pasari, crevete, etc pentru stoparea degradarii datorate oxidarilor.

Intrebuintarile sulfului si compusilor lui:

T Cantitati mari de sulf si dioxid de sulf (obtinut prin oxidarea sulfului sau arderea piritelor) servesc la fabricarea acidului sulfuric.

T Este reactantul principal la vulcanizarea caciucului (prin vulcanizare cauciucul isi imbunatateste proprietatile: i se mareste elasticitatea pe care si-o mentine intre limite mult mai mari de temperatura, devine mai rezistent la agenti mecanici, la frecare, la agenti chimici si la apa, nu lasa gazele sa treaca prin el si dobandeste calitati de bun izolator electric)

T Sulful pulbere sau in suspensie coloida, este un fungicid important, mult utilizat in agricultura.

T Din sulf si carbune se fabrica sulfura de carbon (CS₂).

T Sulful serveste pentru sinteza multor substante organice: acceleratori de vulcanizare, agenti de flotatie pentru minereuri, aditivi pentru uleiuri de uns, coloranti, medicamente, etc.

T Dioxidul de sulf serveste drept solvent selectiv in industria petrolului, iar datorita caldurii sale de vaporizare mari, se foloseste in masini de produs frig.

T Solutii apoase de dioxid de sulf si de bisulfiti servesc ca agenti decoloranti pentru fibre textile; bisulfitul de calciu serveste la fabricarea celulozei din lemn deoarece, la cald si sub presiune, dizolva lignina si alte componente ale lemnului, lasand celuloza neatinsa.

T Dioxidul de sulf gazos si in solutie este un insecticid si un dezinfectant slab.

T Sulfura de carbon este un imporatnt solvent industrial. Acesta trebuie manipulat cu foarte mare atentie deoarece este considerat o otrava. Vaporii sai se pot inhala usor si este absorbit foarte repede de piele. Aceasta substanta cauzeaza mari probleme sistemului nervos central.

T Acidul sulfuric (numit si 'vitriol') se fabrica in cantitati uriase. Se foloseste la fabricarea ingrasamintelor fosfatice (superfosfati), in industria petrolului (la rafinare), la obtinerea alcoolilor din alchene, la fabricarea unor explozivi, coloranti, medicamente, in industria electrotehnica (ca electrolit pentru acumulatori), ca agent de uscare pentru gaze (prezinta tendinta mare de a absorbi apa), etc.

Tratamente balneoclimaterice cu ape termominerale care contin sulf

Din punct de vedere fizico - chimic, apele minerale sunt solutii complexe, continand un numar mai mare sau mai mic de saruri minerale, in concentratii foarte diferite.

Sarurile dizolvate in apele minerale provin din spalarea straturilor de roca pe care acestea le strabat in circulatia lor subterana, iar temperatura lor este conditionata de mai multi factori, cel mai important fiind adancimea la care se afla (apele de la Baile Felix, care provin de la 1100m, au o temperatura de 47⁰C, iar cele de la Baile Herculane care au o temperatura de 50 - 54 ⁰C, provin de la o profunzime de 1400-1500m).

Clasificarea apelor minerale poate fi facuta dupa mai multe criterii, ca: temperatura, compozitia chimica sau concentratia substantelor dizolvate etc.. In mod obisnuit ele sunt impartite in 11 clase, in functie de calitatea si cantitatea substantelor pe care le cuprind: oligometalice, carbo-gazoase,  alcaline, alcalino - teroase si teroase, feruginoase, arsenicale, cloruro - sodice, iodurate, sulfuroase, sulfatate, radonice (radioactive).

Apele sulfuroase. Aceste ape contin cel putin 1mg hidrogen sulfurat H₂S sau derivati ai acestuia la un litru. Pot fi simple sau mixte (sulfuroase cloruro - sodice, sulfuroase carbogazoase, sulfuroase alcalino - teroase si sulfuroase termale). In contact cu aerul atmosferic apele sulfuroase sunt instabile, devin laptoase si isi pierd proprietatile farmaco - dinamice.

In cura interna, apele sulfuroase cresc secretia gastrica si motilitatea intestinului, stimuleaza drenarea cailor biliare, scad glicemia si cresc diureza. De aceea, ele sunt recomandate in constipatii cronice, hepatite cronice, colecistopatii cronice, diabet, guta, intoxicatii cronice cu metale grele (mercur, bismut, plumb, zinc).

Baile cu apele sulfuroasde sunt recomandate in reumatismul cronic, in afectiuni ale sistemului nervos periferic, ginecopatii, hipertensiune arteriala, arterite, acrocianoza, psoriazis, eczeme cronice, urticarie si altele. Administrate sub forma de inhalatii, apele sulfuroase au efect antiseptic si desensibilizant, indicate in bronsite cronice, astm bronsic, sinuzite cronice, etc.

Apele sulfatate. Aceste ape minerale contin sulfat de sodiu sau de magneziu in cantitate de cel putin 1g la litru. Apele sulfatate sodice (ape glauberiene) contin pana la 10 - 15g sulfat de sodiu la litru, iar cele magneziene (amare), pana la 50 - 60g sulfat de magneziu la litru. Si unele si altele se folosesc numai in cura interna, avand ca efect diminuarea secretiei si mortilitatii gastrice, si evacuarea intestinului prin stimularea peristaltismului, stimularea secretiei biliare, cresterea diurezei si altele. De aceea apele sulfatate sunt indicate in constipatii cronice atone, hepatite cronice, colecistopatii cronice, diabet zaharat, guta, obezitate.

Ape termominerale intalnite la Baile Herculane

La Baile Herculane apele minerale sunt principalul factor terapeutic si sunt indicate in cura inerna si externa. In prezent, in imprejurimile statiunii Baile Herculane, sunt cunoscute 16 izvoare cu apa termominerala care au un debit de 4000 m³ in 24 ore.

In functie de compozitia chimica apele izvoarelor termominerale din zona Baile Herculane se clasifica astfel:

1. izvoare clorosodice, bicarbonate, slab sulfuroase Aceste izvoare au:

- mineralizare totala de 500-2600 mg/l (saruri predominante: clorura de sodiu, sulfat de calciu, bicarbonat de calciu)

- grad mare de radioactivitate (22 mμc/l)

- continut redus de acid sulfhidric (4-5mg/l)

2. izvoare clorosodice, bicarbonate, calcice. Aceste izvoare se caracterizeaza prin:

- absenta acidului sulfhidric

- mineralizare totala de 600-35000 mg/l (saruri predominante: cloruri, sulfati de calciu si magneziu (80mg/l), bicarbonati de calciu si magneziu)

3. izvoare clorosodice, bromoiodurate, slab sulfuroase Aceste izvoare au:

- mineralizare totala de 2800 mg/l (saruri predominante: cloruri de sodiu si potasiu (1500mg/l), sulfati de calciu si magneziu (110mg/l), bromuri si ioduri (1-3mg/l))

- continut de acid sulfhidric 15-44mg/l

4. izvoare clorosodice, bromoiodurate, sulfuroase. Aceste izvoare au:

- mineralizare totala de 3870-7938 mg/l (saruri predominante: cloruri de sodiu si potasiu (3500-4780mg/l), sulfati de calciu si magneziu (114-214mg/l), bromuri (1-25mg/l), ioduri (0,5-0,7mg/l))

- continut mare de acid sulfhidric 30-60mg/l

Actiune fiziologica:

Baile sulfuroase produc o stimulare generala a tuturor functiilor organismului si mai ales a functiilor de eliminare, avand in acelasi timp o actiune sedativa.

Astfel, la izvoarele sulfo-saline activitatea sulfului asupra sistemelor respirator, digestiv si urinar a fost dovedita de-a lungul timpului. Au actiune tonica prin modificarea atoniei tesuturilor printr-o circulatie mai buna (se observa modificari ale secretiilor si excretiilor pielii si mucoaselor).

Temperatura izvoarelor termosulfuroase variaza intre 45-60⁰C. Agentul terapeutic principal al apelor minerale termosulfuroase este sulful termal.

Sulful termal, numit si 'sulf viu', este un sulf solubil, dizolvat in apele termale de mare adancime care are o mare putere de patrundere si difuziune in organism in timpul imbaierii. Atfel, dupa o baie termala, concentratia sulfului din tesuturile organismului creste, in functie de concentratia in sulf a apei termale, de durata imersiei si de temperatura si volumul apei termale.

Aceasta particulariatate a apelor termale, deosebita de cea a altor ape termale sulfuroase, prin efectul lor biologic si al actiunii lor intense si complexe asupra organismului a adus faima statiunii Baile Herculane.

Unul dintre elementele anatomice importante - care asigura miscarea si deplasarea corpului - este cartilagiul articular care are un rol important in buna functionare a tuturor articulatiilor. In structura acestui tesut se intalneste in mare cantitate sulful. Uzura precoce a articulatiilor incepe la nivelul cartilagiului articular si provoaca reumatismul cronic degenerativ sau artrozele. In timpul imbaierii o anumita cantitate de sulf termal activ face sa creasca cantitatea sulfului din sange. Sangele transporta o cantitate sporita de sulf la celule care au astfel capacitatea de a-si reface cantitatea de sulf consumata in procesele vitale neintrerupte si deci de a-si spori cantitatea de glutation, care asigura regenerarea celulelor. Astfel se explica efectul terapeutic pozitiv al apelor termale termosulfuroase in ameliorarea, stabilizarea si chiar vindecarea unor boli de uzura a organismului (artrozele, arterioscleroza, etc).

Mecanismul prin care apele minerarale au un efect binefacator este foarte complex dar vom incerca sa il descriem in cateva cuvinte. Se stie ca singurul sulf asimilabil din organism este sulful neoxidat. Prin cercetari indelungate s-a stabilit ca o apa minerala sulfuroasa este cu atat mai eficace cu cat sulful neoxidat pe care il contine se gaseste in cantitate mai mare. Sulful neoxidat parcurge prin tesuturile organismului seria completa a fazelor si stadiilor de oxidare progresiva pentru a juca rolul constitutional dinamic in procesele vitale de la nivelul tuturor celulelor.

Apele minerale au si actiune antitoxica avand capaciatatea de a neutraliza chiar toxina tetanica si difterica. Prin cationii lor bivalenti sau polivalenti apele minerale fixeaza si transforma toxinele, protejand organismul impotriva acestora.

Pe langa rolul lor catalitic, metabolic, endocrin, digestiv, antialergic, etc., s-a constatat ca unele ape minerale au si o puternica actiune antimicrobiana si antiparazitara.

In aceste cateva randuri speram ca v-am convins de importanta covarsitoare pe care o are sulful in viata noastra; putem afirma intr-adevar ca sulful este 'substanta divina'.

Bibliografie:

Nenitescu, C. D. - 'Chimie generala', Editura didactica si pedagogica', Bucuresti, 1972.

Cristescu, Ilie - 'Taramul lui Hercules. Herculane intre legenda si adevar', Editura Hercules, 2001.

Savel, Ifrim, Rosca, Ioan - 'Chimie generala', Editura Tehnica, Bucuresti, 1989.

Marinescu, Ion - 'Adaosuri in produsele alimentare', Editura tehnica, Bucuresti, 1972.

Rusu, Gh. Dumitru - 'Concentrate alimentare', Editura tehnica, Bucuresti, 1968.

Vernescu Mihail - 'Apele minerale', Editura Tehnica, Bucuresti 1988

Pricajan Artemiu - 'Apele minerale si termale din Romania', Bucuresti 1972

Constantin Berca - 'Apa si sanatatea', Editura Ceres, Bucuresti 1994.

- Enciclopedia of science 2.0 (CD multimedia)

www. webelements.com