Svovl

Svovl
Citrongule krystaller eller gulbrunt gummiagtigt materiale
Periodiske system
Generelt
Atomtegn	S
Atomnummer	16
Elektronkonfiguration	2, 8, 6
Gruppe	16 (Ikkemetal)
Periode	3
Blok	p
CAS-nummer	7704-34-9
Atomare egenskaber
Atommasse	32.065
Kovalent radius	102 pm
Van der Waals-radius	80 pm
Elektronkonfiguration	[Ne] 3s² 3p4
Elektroner i hver skal	2, 8, 6
Kemiske egenskaber
Oxidationstrin	+6, +4, +2, +1, −1, −2
Elektronegativitet	2,58 (Paulings skala)
Fysiske egenskaber
Tilstandsform	Fast
Krystalstruktur	Orthorhombisk
Massefylde (fast stof)	α-form: 2,07 g/cm³ β-form: 1,96 g/cm³ γ-form 1,92 g/cm³
Massefylde (væske)	1,819 g/cm3
Smeltepunkt	388,36K / 115,21 °C
Kogepunkt	717,8K / 444,6 °C
Kritisk punkt	1041 °C / 1314K, 20,7 MPa
Smeltevarme	1,727 kJ/mol
Fordampningsvarme	45 kJ/mol
Varmefylde	(25 °C) 22,45
Varmeledningsevne	(300K) 0,205 W·m–1K–1
Elektrisk resistivitet	2·1015 Ω·m
Magnetiske egenskaber	Ikke oplyst
Mekaniske egenskaber
Kompressibilitetsmodul	7,7 GPa
Hårdhed (Mohs' skala)	2,0
v d r

Svovl (på latin sulpur, sulphur el. sulfur; på græsk θείον (theion)) er det 16. grundstof i det periodiske system, og har det kemiske symbol S. Svovl tilhører gruppe 16, tidligere også kaldet hovedgruppe 6, i det periodiske system. Dette ikke-metal kan optræde i over 30 forskellige allotropiske former, hvor det mest almindelige er α-formens (rhombisk) citrongule krystaller.

Egenskaber

Svovl i talrige skikkelser

Model af det ringformede molekyle af 8 svovlatomer. (c) I, Johannes 'volty' Hemmerlein, CC BY-SA 3.0 Smeltet svovl er blodrødt. Det brænder med en blålig flamme.

De gule krystaller af α-svovl (alfa-svovl) består af ringformede molekyler med normalt 8 svovl-atomer i ringen (illustrationen til venstre), men også nogle med 7 atomer og enkelte med blot 6 atomer – og man kan skabe specielle former for svovl med 12 og 18 atomer i hvert ringmolekyle. Svovl med 7 atomer i hver ring ligner varianten med 8 atomer i hver ring, men er blot lidt mere mørkegul.

Ved at nedkøle smeltet svovl meget hurtigt, får man en amorf allotrop, kaldet plastisk svovl: Det er et gulbrunt, gummiagtigt stof, hvor røntgenkrystallografiske undersøgelser tyder på, at svovlatomerne danner lange, "spiralsnoede" molekylkæder med otte atomer i hver af spiralens "vindinger". Ved temperaturer under 95 °C omdannes denne form dog til α-formen, normalt i løbet af dage eller timer, men ved hjælp af en katalysator kan det foregå meget hurtigere.

Smeltet svovl har en blodrød farve, og udmærker sig ved, at dets viskositet stiger med temperaturen, når denne er højere end 200° Celsius; det smeltede svovl bliver med andre ord mere "tyktflydende" efterhånden som det varmes op. Denne effekt skyldes, at svovlatomerne danner polymerer, eller lange "kæder" – men når temperaturen når tilstrækkelig højt op, nedbrydes disse polymer-kæder igen, så viskositeten falder, og stoffet bliver mere lindt og tyndtflydende.

Kemiske egenskaber

Med undtagelse af ædelgasserne kan svovl indgå i kemiske forbindelser med alle andre grundstoffer; heri optræder svovl med oxidationtrinene −2, +2, +4, +6 og i enkelte tilfælde også +1. Svovl kan brænde i atmosfærisk luft med en blålig flamme, hvorved det reagerer med luftens indhold af ilt under dannelse af det stærkt lugtende svovldioxid, SO₂. En anden ildelugtende svovlforbindelse er svovlbrinte, H₂S, der sammen med organiske svovlforbindelser er "ansvarlig" for lugten af rådne æg. Svovl i sig selv er lugtfri og, når der tales om lugten af svovl, er det oftest H₂S eller SO₂ der refereres til.

Svovl er uopløseligt i vand, men kan opløses i kulstofdisulfid og i mindre grad i upolære organiske opløsningsmidler som benzen og toluen. Rent svovl udviser hverken syre- eller base-egenskaber.

I kemiske ligninger udelades '8' ofte i 'S₈' for at gøre reaktionen mere overskuelig. F.eks.:

16Cu + S₈ → 8Cu₂S

2Cu + S → Cu₂S

Fysiske egenskaber

Svovl leder varme dårligt. Derfor kan man, hvis man holder en svovlkrystal op til øret, høre små knitrelyde. Det skyldes, at varmen fra hånden får de ydre lag af svovlkrystallen til at udvide sig^[1]. Naturlige pragteksemplarer af svovlkrystaller skal derfor behandles varsomt.

Anvendelser

Mens rent svovl bruges i nogle få, specialiserede sammenhænge, indgår svovlforbindelser, især svovlsyre, i utallige industrielle processer, og spiller en afgørende rolle for verdensøkonomien: Et lands udviklingsgrad kan "aflæses" i dets produktion og forbrug af svovlsyre.

Brug af rent svovl

Svovl bruges i vulkanisering af gummi, hvor svovlet binder sig til forskellige polymerer i gummiet og på den måde "binder" dem sammen til et stivere og mere slidstærkt materiale. Sidst i det 18. århundrede brugte møbelsnedkere stykker af svovl i mosaikker og andet indlagt arbejde – det gik dog hurtigt "af mode" igen, primært på grund af den svovldioxid, der dannedes ved smeltningen af svovlet.

En ny anvendelse for rent svovl er i de såkaldte svovllamper; en lyskilde hvor et plasma af svovl bringes til at lyse ved hjælp af mikrobølger.

Svovlforbindelser

I 1989 indgik cirka 85% af verdensproduktionen af svovl i fremstillingen af svovlsyre; størstedelen af denne svovlsyre gik til fremstillingen af gødning, og herudover bruges der svovlsyre i olieraffinering, behandling af spildevand samt i udvindingen af en række råmaterialer fra mineraler. Andre svovlforbindelser indgår i rengøringsmidler, svampe-dræbende midler, farvestoffer samt i en række kemikalier, der bruges i landbruget. Til fotografier baseret på sølv bruger man natrium- og ammoniumthiosulfat som "fiksermiddel", og sulfitter bruges til at blege papir og som konserveringsmiddel til tørret frugt.

Svovl i biologien

Svovl spiller en afgørende rolle for alle levende celler; for visse bakterier er svovlforbindelser "mad", og hos alle organismer, der ånder ilt, indgår svovl i enzymer, der er ansvarlige for håndteringen af dette stof. Planter optager svovl i form af sulfationer, der reduceres til sulfider.

Hos både planter og dyr indgår svovl i aminosyrerne cystein og methionin, og dermed også i alle de polypeptider, proteiner og enzymer, der indeholder disse aminosyrer. De svovlholdige syrer homocystein og taurin har en lignende struktur, men DNA-"sproget" omfatter ikke disse syrer.

Disulfidbindinger mellem cystein i forskellige peptidkæder spiller en vigtig rolle for proteiner og den måde, de former sig på: Bindingerne knytter peptidkæderne sammen og gør proteinet mere modstandsdygtigt – for eksempel skyldes fjer og hårs store mekaniske styrke og ufordøjelighed i høj grad disse disulfidbindinger. Fugleæg er rige på svovl, netop fordi dette stof skal bruges i den kommende fugls fjerdragt.

Svovl i miljøet

Fossile brændsler indeholder en vis mængde svovl, om end man forsøger at rense dette svovl ud af petrokemiske produkter. Når de brændes af for at udvinde energi, danner svovlet svovldioxid, som følger de øvrige forbrændingsprodukter ud via skorstenen: Svovldioxidet opløses i den atmosfæriske luft og i det vand, luften indeholder (skyer m.v.), og udgør her en væsentlig bestanddel af smog. Svovldioxid omdannes desuden til svovlsyre, som bidrager til forsuring af blandt andet landbrugsjord.

Forekomst og udvinding

Frit svovl ved en italiensk vulkan.

Frit svovl ved en italiensk vulkan.

Man kan finde aflejringer af rent svovl omkring varme kilder og i områder med vulkansk aktivitet mange steder i verden, specielt i "ildringen" omkring Stillehavet: Sådanne vulkanske aflejringer af svovl udvindes ved minedrift i Indonesien, Chile og Japan. Dertil er Sicilien også kendt for sine svovlminer, samt for en gammel metode til udvinding af svovl (se nedenfor).

Svovludvinding ved vulkanen Ijen på øen Java i Indonesien.

En anden væsentlig forekomst findes i salthorster omkring den Mexicanske Golf, og i gamle aflejringer fra indtørrede, tidligere vandområder i det østlige Europa og vestlige Asien: Svovlet disse steder menes at komme fra anaerobe bakterier, der nedbryder svovlholdige mineraler, især gips, men det kan dog ikke udelukkes, at svovlet skabes alene af geologiske processer uden biologiens indvirkning.

Svovl udvundet af kulbrinter, klar til afskibning.

Svovl udvindes også som et "biprodukt" af råolie og naturgas, som indeholder en vis mængde svovl, der af miljøhensyn fjernes fra det endelige produkt. Der findes en række naturligt forekommende, svovlholdige mineraler, herunder sulfider som pyrit (jernsulfid), cinnober (kviksølvsulfid), blyglans (blysulfid), zinkblende (zinksulfid) og stibnit (antimonsulfid), samt sulfater som gips (calciumsulfat), alunit (kaliumaluminiumsulfat) og tungspat (bariumsulfat).

Svovl i verdensrummet

De talrige vulkaner på Jupiter-månen Io udspyer store mængder svovl og svovlholdige forbindelser, som siden udfældes på overfladen og giver anledning til denne Jupitermånes røde, gule, sorte og hvide farver. På Jordens egen Måne findes et mørkt område nær krateret Aristarchus, som måske er en aflejring af svovl.

Svovl er også en bestanddel af mange typer meteoritter: Almindelige kondritter indeholder i gennemsnit 2,1% svovl, hvorimod kulstofkondritter kan indeholde helt op mod 6,6%. Svovlet i disse meteoritter findes som regel udelukkende i form af jernsulfid (FeS), men undertiden også i form af andre sulfider. I kulstofkondritterne kan svovlet optræde som frit svovl, som sulfater og muligvis også i andre kemiske forbindelser.

Udvinding

Siciliansk kiln-ovn til raffinering af svovl. Bogillustration fra 1906.

Svovl udvindes primært ved to metoder: Den sicilianske metode og Frasch-processen.

Ved den sicilianske metode stables svovlmineralerne fra minerne i murede kiln-ovne, sådan at der er rigelig luft mellem mineralblokkene. Øverst på bunken anbringes pulveriseret svovl, som antændes, og varmen fra denne ild smelter svovlet ud. Ovnen er opstillet på en skråning, så det smeltede svovl løber ud ved det laveste punkt, hvor det opsamles i en spand af træ.

Til Frasch-metoden bruges tre koncentriske rør; det ene inde i det andet. I det yderste rør flyder der varmt vand ved højt tryk, som smelter svovlet, mens der fra det inderste strømmer varm, komprimeret luft ind i svovlet i det "mellemste" rør. Svovlet presses ud som et "skum", som er op imod 99½% rent og, modsat produktet fra den sicilianske metode, ikke behøver yderligere rensning.

En tredje metode, Claus-processen, bruges til at fjerne svovl fra fossile brændsler.

Historie

Svovl har været kendt siden forhistorisk tid, og omtales i Skabelsesberetningen i Bibelen. Kineserne kendte til svovl i det 6. århundrede f.Kr.; i Hanzhong fandtes naturligt forekommende svovl, som kineserne kaldte for shiliuhuang, og i det 3. århundrede f.Kr. fandt de ud af at udvinde svovl fra pyrit. Kineserne studerede stoffets brændbarhed og reaktion med visse metaller, men de første praktiske anvendelser var i traditionel kinesisk medicin. En militær afhandling fra Song-dynastiet beskriver i 1044 forskellige opskrifter på krudt, bestående af varierende mængder af salpeter, carbon og svovl. De tidlige alkymister gav svovl et symbol i form af en trekant i toppen af et kors.

I 1777 overbeviste Antoine Lavoisier sin videnskabelige samtid om, at svovl er et grundstof, ikke en kemisk forbindelse.

Isotoper af svovl

Naturligt forekommende svovl består af de fire stabile isotoper ³²S (94,99 %, ³⁴S (4,25%), ³³S (0,75%) og ³⁶S (0,01%). Derudover kender man 20^[2] radioaktive isotoper, hvoraf ³⁵S har den længste halveringstid med 87,51 døgn – de øvrige radioisotoper har halveringstider fra knap 3 timer og derunder. Dertil kendes der en metastabil kerne-isomer: ^43mS

³⁵S-isotopen anvendes i biokemien til mærkning af protein - typisk i form af aminosyrerne ³⁵S-methionin og/eller ³⁵S-cystein.

Eksterne henvisninger

Wikimedia Commons har medier relateret til: Svovl