Hoy continuamos recorriendo la tabla periódica en la serie Conoce tus elementos. En cada episodio tratamos de explicar, al estilo de El Tamiz (antes simplista que incomprensible), las propiedades más importantes y curiosas de cada elemento químico, cuándo se descubrió, por qué se llama así, para qué se usa…
El azufre era seguramente uno de los ingredientes del fuego griego.
En el anterior artículo de la serie hablamos del elemento de quince protones, el fósforo, un elemento en el que no solemos pensar como peligroso porque muchos de sus compuestos no lo son, pero que –como vimos al estudiarlo– en algunas de sus formas alótropas en estado puro es de los elementos más peligrosos que existen. Hoy va a suceder lo contrario: hablaremos de un elemento “con mala fama” en parte porque algunos de sus compuestos son tóxicos, pero que en estado puro apenas presenta peligro: el azufre.
Como ya hemos repetido más de una vez a lo largo de la serie, el número de protones (el número atómico) es el que determina que un elemento sea ése y no otro – los neutrones pueden ir y venir (y se trata entonces de diferentes isótopos), los electrones pueden venir e ir (y se trata entonces de átomos ionizados positiva o negativamente), pero “los protones permanecen” o no se trata entonces del mismo elemento. Puesto que el número atómico del azufre es 16, cualquier átomo con 16 protones es un átomo de azufre: si además ese átomo no está ionizado, tendrá seguro 16 electrones.
De esos 16 electrones, los dos primeros se encuentran en la primera capa electrónica –que te recuerdo tiene lugar para dos electrones–, los ocho siguientes en la segunda capa (que tiene espacio para ocho), y los seis siguientes en la tercera y última capa. De ahí que, en la tabla periódica, el azufre se encuentre en el tercer período o fila (tres capas con electrones), y en el sexto grupo o columna (seis electrones en la última capa).
Como espero que recuerdes, hemos visto ya otro elemento con seis electrones en la última capa, aunque se trataba entonces de la segunda – el oxígeno. El azufre tiene por lo tanto propiedades similares al oxígeno en algunos aspectos: al igual que él, necesita dos electrones más para tener la tercera capa completa y ser estable, con lo que se comporta de una manera parecida al oxígeno respecto a muchos otros elementos, tratando de “robarles” electrones y estabilizarse. Recuerda esta similitud, porque es importante y hablaremos de ella al final del artículo.
Sin embargo, se diferencia del oxígeno por dos razones básicas: por una parte, es bastante más pesado. Por otra, al estar los últimos electrones una capa más lejos del núcleo, se encuentran menos ligados a él, y mientras que el oxígeno se resiste con uñas y dientes a que nadie le quite electrones, el azufre sí está dispuesto a ello si el otro elemento es muy electronegativo – de hecho, como veremos en unos párrafos, el azufre reacciona con el propio oxígeno y le cede electrones. Además, aunque el azufre tenga “hambre” de dos electrones, no tiene tanta como el oxígeno, una vez más por la mayor distancia al núcleo.
El azufre es un elemento muy común en la Tierra, y además existe en forma pura de manera natural, de modo que la humanidad lo ha conocido desde tiempos inmemoriales. Aunque puede encontrarse en varias formas alotrópicas en estado puro, la más común con diferencia está constituida por moléculas de ocho átomos de azufre, S8, que se unen unos a otros en forma de anillo de modo que cada átomo comparte un electrón con cada uno de sus vecinos para ser estable:
Anillo de S8.
Dependiendo de cómo se unen unos a otros estos anillos el resultado puede ser diferente, pero el S8 es un sólido bastante blando de color amarillo brillante, y cuando lo miras y le echas un poco de imaginación, puedes entender por qué los pueblos de la antigüedad lo identificaron rápidamente y le dieron importancia – la verdad es que llama bastante la atención.
Crédito: Wikipedia/GPL.
Pero, además de su llamativo aspecto, había algo más en el azufre que lo hacía especial; aunque parecía una roca, era muy diferente de las demás. Cuando se le acercaba una llama, esta roca ardía – y lo hacía con una llama azul muy bella. Sabemos que varios milenios antes de nuestra era los egipcios ya quemaban azufre en ceremonias religiosas. El nombre latino de esta “roca que arde” significa precisamente eso: sulphur. En español, probablemente bajo influencia árabe en la a- inicial, se convirtió a lo largo del tiempo en azufre, aunque también sulfuro. Los griegos lo llamaban thion, y también hemos mantenido ese nombre en palabras como metionina, de la que hablaremos dentro de unos párrafos.
Azufre ardiendo. Crédito: Wikipedia/GPL.
Existen referencias al azufre en la Odisea de Homero, y también por parte de Plinio, en las que se habla de esta sustancia como poseedora de propiedades medicinales y antisépticas, pero sus usos principales estuvieron asociados durante siglos a su combustibilidad, y por lo tanto las características estereotípicas sobre el azufre (en gran medida falsas) están relacionadas con este carácter de “piedra que arde”.
Por ejemplo, se habla a menudo del desagradable olor del azufre – nada más lejos de la realidad. El azufre puro no huele prácticamente nada. Por otro lado, cuando se quema se produce la siguiente reacción:
S + O2 → SO2
Y el dióxido de azufre que se forma tiene un olor muy desagradable y característico. También huele muy mal –realmente fatal– el sulfuro de hidrógeno, H2S, que se produce en la fermentación bacteriana de muchas sustancias orgánicas (muchas de las cuales contienen bastante azufre, como veremos luego). Por ejemplo, el típico olor a huevos podridos se debe al H2S, que se sintetiza además industrialmente para producir bombas fétidas, e incluso como parte de las armas no letales de muchas policías para desbandar masas de gente. Este nauseabundo gas es también uno de los principales responsables de que los pedos huelan mal.
Cañón sulfuroso, alias “mofeta”.
Pero es que los compuestos sulfurosos malolientes no acaban ahí: seguro que sabes, por ejemplo, que las mofetas rocían a los incautos que las molestan con una sustancia de un olor absolutamente insoportable. Nunca lo he olido, pero he hablado con la gente que ha sufrido alguna “ducha” y aseguran que es tremendo. Bien, esa sustancia es un cóctel de compuestos de azufre: de modo que, aunque sea falso que el azufre huela mal en estado puro, tiene bien merecida su fama de nauseabundo, pues muchas de las sustancias de peor olor que conocemos lo contienen.
Aparte del olor, la otra característica asociada al azufre a lo largo de los siglos fue el fuego: en el Antiguo Testamento se habla del azufre como asociado al Infierno y, como he dicho, los egipcios lo quemaban en actos religiosos. Los griegos y los romanos, más prácticos, lo utilizaban en pirotecnia y como arma. De hecho, aunque no sabemos cuál era la composición del famoso fuego griego que proporcionó tantas victorias navales a Bizancio, existen bastantes indicios de que el azufre era uno de sus ingredientes.
La invención de la pólvora en China daría al azufre más fama aún como “roca que arde”, al ser uno de sus ingredientes esenciales. No resulta sorprendente que se asociara al fuego y al infierno – su presencia cerca de los cráteres volcánicos, que muchos pensaban eran entradas al infierno, también ayudó a esta asociación. De hecho, muchos alquimistas pensaban que casi todas las sustancias tenían más o menos azufre, y que la proporción de “roca ardiente” que tuvieran les daba un carácter más o menos combustible. El azufre puro sería entonces la esencia de la combustibilidad.
Naturalmente, una sustancia tan característica tuvo gran importancia en la alquimia medieval. En sus muchos intentos por lograr obtener la piedra filosofal manipulando químicamente distintos metales y rocas, el azufre era un elemento fundamental. Aunque todos esos intentos fueran infructuosos, esta sustancia siguió ocupando un lugar especial y distinto en la alquimia primero y en la química después, hasta que Lavoisier, por fin, convenció a la comunidad científica de que el azufre era un elemento a principios del siglo XIX y el azufre se convirtió en uno más de tantos otros.
De hecho, hoy en día su carácter combustible no es lo que hace importante el azufre para nosotros. El 85% de la producción mundial de azufre está destinada a obtener la sustancia química más importante para la industria, el ácido sulfúrico. Pero la combustibilidad ni siquiera mantiene un segundo puesto tras la producción de sulfúrico: sí, se sigue usando azufre para producir pólvora, pero una cantidad mucho mayor se emplea para fabricar fertilizantes, en la vulcanización de la goma, en fungicidas, detergentes, etc.
Montaña de azufre en el puerto de Vancouver. Publicado bajo licencia CC ShareAlike 1.0 License.
La mayor parte del azufre que utilizamos no es aislado de compuestos con otras sustancias, sino que simplemente se coge en su forma mineral, se tritura y se somete a elevadas temperaturas para eliminar impurezas. Como digo, hay mucho en la naturaleza y en formas bastante puras – en Sicilia se han obtenido grandes cantidades de azufre volcánico durante siglos. También se obtiene a partir del petróleo (de hecho, se obtiene el nauseabundo sulfuro de hidrógeno primero y luego azufre a partir de él).
Aparte de en forma pura, en nuestro planeta hay mucho azufre como parte de rocas: la pirita, el cinabrio y la galena son todas ellas compuestos del azufre. Sin embargo, aunque haya una gran cantidad de este elemento en la Tierra, no somos nosotros el “hogar del azufre” del Sistema Solar. Este honor le corresponde no a un planeta sino a un satélite: Io, la luna de Júpiter. La incesante actividad volcánica de Io ha cubierto su superficie de enormes cantidades de azufre elemental, que le da una gran belleza:
Io. Crédito: NASA.
Pero el azufre no sólo es parte de las rocas: también tiene gran importancia biológica. Por ejemplo, es parte de dos aminoácidos, la cisteína y la metionina, y está en muchos de los alimentos que consumimos: el olor característico del ajo, por ejemplo, se debe a compuestos sulfurosos, como el de la cebolla y su capacidad de hacernos llorar. Todas las células vivas tienen azufre como parte de su composición de una forma u otra.
Algunos organismos tienen una relación aún más íntima con el azufre, que tiene que ver con la similitud de este elemento con el oxígeno, como he dicho al inicio del artículo: por ejemplo, las bacterias anaeróbicas de nuestro intestino fermentan los alimentos “respirando” compuestos del azufre en vez de oxígeno. Como resultado producen sulfuro de hidrógeno (H2S), que ya hemos mencionado como sustancia maloliente que, eventualmente, sale de nuestro intestino como bien sabes.
Gusano tubícola gigante: la vida sin luz solar gracias al azufre.
Otras bacterias utilizan el H2S desprendido en las emanaciones termales de las dorsales oceánicas para vivir sin necesidad de la luz solar: en vez de obtener energía de la fotosíntesis (que es imposible a esas profundidades), oxidan el azufre del H2S y utilizan la energía obtenida para sintetizar moléculas orgánicas, en un proceso denominado quimiosíntesis. Algunas de esas bacterias llegan incluso a formar relaciones simbióticas con seres macroscópicos, como los gusanos tubícolas gigantes, que ni siquiera tienen tubo digestivo porque obtienen todos sus nutrientes de estas bacterias simbióticas.
Es muy probable que de encontrar vida en otros lugares del Sistema Solar además de la Tierra, como en el satélite de Júpiter Europa, esos organismos utilicen el azufre de este modo, ya se trate de seres unicelulares como nuestras bacterias o de formas de vida más complejas que sean capaces de realizar la quimiosíntesis por sí mismas o que estén asociadas a otras que puedan hacerlo. El azufre puede ser la clave de la vida en otros planetas.
Al mismo tiempo, el azufre elemental es perjudicial para algunos organismos unicelulares: por ejemplo, actúa como veneno para muchos hongos, de modo que se ha utilizado durante siglos como fungicida. Además, cuando se aplica sobre la piel acaba formando óxidos de azufre y éstos finalmente ácido sulfuroso (H2SO3), que actúa de agente antibacteriano. Estas dos propiedades pueden justificar el uso del azufre por los antiguos griegos como antiséptico, y se sigue usando hoy en día en agricultura y en cremas contra el acné, por ejemplo.
De modo que este elemento, una especie de “oxígeno alternativo” en muchas ocasiones, es a la vez inodoro y maloliente, venenoso y esencial para la vida, bello y causante de muerte como arma. ¿Quién puede quedar indiferente ante el azufre?
En el próximo artículo de la serie, el elemento de 17 protones - el cloro.
Para saber más: