S

Buskruit

Zwavel heeft sterk reducerende eigenschappen (het kan gemakkelijk elektronen afstaan) waardoor het - in combinatie met de juiste oxidator - zeer brandbaar of zelfs explo­sief kan zijn. Dit effect wordt al eeuwenlang benut in buskruit, dat een mengsel is van zwavel, koolstof en kaliumnitraat in de verhouding 2:3:15. Kaliumni­traat is een sterk oxidatie­materiaal, koolstof en zwavel zijn de reductoren.

De (ver­eenvoudigde) reactieverge­lijking luidt:
16 KNO₃(s) + 21 C(s) + 4 S(s)     ???      5 K₂CO₃(s) + 2 K₂SO₃(s) + K₂S(s)
                                                                 + 9 CO₂(g)+ SO₂(g) +  7 CO(g) + 8 N₂(g) 

Uit 1 kg buskruit ontstaat ongeveer 1 m³ gas. Als dit gas ge­vormd wordt in een beperk­te ruimte, ontstaat een geweldi­ge drukopbouw. Het effect is bekend: buskruit stuwt kogels en projectielen over grote afstand, waarna deze flinke bressen in muren kunnen slaan.

Vuurwerk

Bij toepassing in vuurwerk heet het explosieve meng­sel een sas. De oxidator is ook hier meestal kaliumnitraat (KNO₃), maar kaliumchlo­raat (KClO₃) komt ook voor. De vuurwerkmaker stemt de hoeveel­heid zwavel af op het gewenste soort sas. Een drijfsas zorgt voor de voorstuwing van vuurpijlen, een knalsas vind je in rotjes en een kleursas is een essentieel onderdeel van siervuurwerk. In een fluitsas, onder meer te vinden in gillende keukenmeiden en luchthuilers, wordt meestal geen zwavel verwerkt

Zwavelzuur, kunstmest

Het overgrote deel van alle geproduceerde zwavel (meer dan 80%) dient voor de bereiding van zwavel­zuur (H₂SO₄), waarbij vanadiumpentaoxide op kiezelzuur als katalysator dient.

In de eerste stap van de reactie wordt het zwavel (of een zwavelhoudende ver­binding) verbrand:
2 S   +  2 O₂               ???  2 SO₂ 

Het zo verkregen zwaveldioxide wordt bij 500 °C omgezet in het trioxide:
2 SO₂ +     O₂             ???  2 SO₃ 

Dit lost men op in zwavelzuur. Hierbij ontstaat rokend zwavelzuur, dat na mengen met water geconcentreerd zwavelzuur oplevert:
SO₃ + H₂O                  ??? H₂SO₄

Zwavelzuur is van belang voor allerlei chemische syntheses. Het wordt toegepast bij de productie van kunstmest, de bereiding van kleurstoffen, synthetische vezels, medicijnen, insecticiden, antivries en katalysatoren voor petrochemische industrie. Het speelt ook een rol bij de bereiding van andere zuren zoals salpeterzuur, fosforzuur, waterstofchloride en boorzuur.

Enkele voorbeelden van zwavelhoudende kunstmest zijn:

• ammoniumsulfaat (NH₄)₂SO₄ 
• kaliumsulfaat (K₂SO₄) 
• superfosfaat, verkregen uit calciumfosfaat en zwavelzuur: Ca₃(PO₄)₂ + 2 H₂SO₄  ??? Ca(H₂PO₄)₂  +  2 CaSO₄

Vulkaniseren rubber

Natuurlijk rubber wordt als sap afgetapt uit verschillende plantensoorten. De bekendste is de Braziliaanse rubberboom (Hevea brasiliensis). Het sap is een natuurlijke latex: een melkwitte emulsie van natuurlijke polymeren in water. Bij het drogen van het sap klonteren de polymeren samen tot een vaste, flexibel substantie.

In 1839 ontdekte de Amerikaanse uitvinder Charles Goodyear dat het verwar­men van natuurlijke rubber met zwavel tot materiaal met veel betere eigen­schappen leidt. Dit proces wordt vulkaniseren ge­noemd.

Het vulkaniseren verbindt de in de latex aanwezige polymeerketens (cis-isopreen) met elkaar via zwavelbrug­gen. Daarbij ontstaat een ruimte­lijk netwerk:

Vulkaniseren maakt het natuurrubber veel sterker een geeft het goede elastische eigenschappen. Het zwavelpercentage ligt doorgaans tussen 1 en  5 %, afhankelijk van de toepassing. Rubber met een hoger zwavelgehalte is hard en nauwelijks flexibel.

Vandaag de dag gebruikt men vooral synthetisch rubber. In de jaren dertig en veertig van de vorige eeuw bleek de hoeveelheid beschikbare na­tuurlijke rubber al ontoereikend voor de sterk groeiende automobielindustrie. Ook de Tweede Wereldoorlog vergrootte de behoefte aan rubber. De oplossing lag in de productie van synthetisch rubber.

Synthetisch rubber is vaak een copolymeer opgebouwd uit styreen- en buta­dieenketens (vandaar de naam SBR rubber). Ook nu worden deze via een vulkanisatieproces tot een ruim­telijk elastisch netwerk verbonden:

Conserveringsmiddel

Zwaveldioxide en de natrium-, kalium- en calciumzouten van sulfiet en waterstofsulfiet (of disulfiet) zijn geschikte bacteriedodende middelen. Zwaveldioxide wordt onder meer gebruikt voor het conserveren van veevoer in silo???s en voor krenten en rozijnen. Sulfieten zijn te vinden in allerlei levensmiddelen zoals worst en wijn. De aanduiding voor sulfieten op het etiket van voedingswaren is E-220 t/m E-227.

Haarverzorging

Haar is opgebouwd uit ketens van het eiwit kera­tine. Deze zijn als een spiraal opgerold, waarbij dwarsverbanden van (onder andere) zwa­velbruggen voor stevigheid zorgen. Bij het permanen­ten van haar verbreekt de kapper een deel van deze zwavelbruggen. Nadat het haar met krullers in de gewenste vorm is gebracht worden de dwarsverbanden weer hersteld en voilá: de weelderige haardos is een feit .

De permanentvloeistof die de zwavelbruggen afbreekt bevat een reductor, bijvoorbeeld een basische oplossing met thioglycol­zuur (CH₂S­H-C­OOH):
xxxxx-S....S-xxxxx + 2 CH₂SH-COOH          ???             2 xxxxx-SH  + HOOC-CH₂S-SCH₂-COOH .

Ook het wassen met een basische shampoo bevordert het verbreken van de zwavelbruggen.

Het herstel van de zwavelbruggen gebeurt met een fixeervloeistof. Deze bevat een oxidator, bijvoorbeeld waterstofperoxide of kaliumbro­maat, die de SH-bindingen weer oxideert tot een zwavel­brug:
2 xxxxx-SH                ???                   xxxxxS....S-xxxxx

De fixeervloeistof bevat ook zuur, waardoor de base van de permanentvloeistof wordt geneutra­liseerd. De zwavelbruggen zijn redelijk bestand tegen inwer­ken van water. Daardoor blijft het kruleffect langere tijd in stand.

Meer toepassingen

Als element en in legeringen

cosmetica

• dermatologische middelen                                                               
• geneeskrachtige baden tegen jicht, psoriasis, eczeem, ontstekingen                     
• preparaten tegen acne en roos                     

In verbindingen

• aardolieraffinage                                                                               H₂SO₄
• accuzuur                                                                                            H₂SO₄
• badzout                                                                                             MgSO₄
• bleek- en reinigingsmiddel                                                                K­H­S­O₅
• bleekmiddel, o.a. voor suikers                                                           Na₂S₂O₄
• bleekmiddel voor papier, wol, stro en zijde                                       SO₂    
• blusmiddel                                                                                         K₂SO₄, MgSO₄
• brandwerend en waterafstotend maken van textiel                           Zr­(SO₄)₂
• cement                                                                                              MgSO₄
• deodorant (toevoeging)                                                                     ZnSO₄
• desinfectiemiddel                                                                              FeSO₄, MnSO₄
• fluorescerende (kleur)stof                                                                 CuS, BaS, SrS, CuCNS
• fotocel                                                                                                Tl₂S
• fris houden van bloemen                                                                   NiSO₄
• halfgeleider                                                                                        InS₆, PbS, Tl₂S
• houtconservering                                                                               FeSO₄, HSO₃Cl
• inktbereiding                                                                                      FeSO₄.7H₂O
• insecticide                                                                                         Cu­SO₄
• kunstzijde-  en cellulosebereiding                                                     CS₂
• laxeermiddel                                                                                      MgSO₄
• leerlooien                                                                                           Zr(SO₄)₂
• lichtecht maken van textiel                                                                CuSO₄
• maagfoto (???bariumpap???)                                                                    BaSO₄
• meststof                                                                                             MnSO_4, MgSO₄
• onkruidbestrijding                                                                              FeSO₄
• ontharing van huiden in de leerlooierij                                              BaS, NaHS
• ontharingsmiddel                                                                               CaS
• tegen stankoverlast                                                                           FeSO₄
• verven kunstzijde                                                                              Cu(CNS)₂
• wasmiddelen                                                                                     sulfonzuren
• waterafstotend maken van textiel                                                      Al₂(SO₄)₃
• wijnbereiding                                                                                     K₂S₂O₅
• zeep(toevoeging)                                                                              SeS₂
• zuiveren van olie                                                                               H₂SO₄

Naam

Over de herkomst van de naam zwavel bestaan verschillende theo­rieën. Zo zouden zwavel en (het Latijnse) sulfur (sulphurium: 'de steen die brandt') van het­zelfde woord afstammen, evenals ons woord suf. Dat laatste zou dan weer wijzen op de bedwel­mende werking van zwaveldampen. In het Sanskriet is de naam voor zwavel: shulbari (wat 'vijand van koper' betekent), in het Oudsak­sisch: sweval of swebal.

Ontdekking

Zwavel en koolstof zijn de enige niet-metalen die lang vóór onze jaartel­ling al bekend waren. Het werd in de Oudheid al als geneesmiddel gebruikt. Homerus vermeldt het gebruik van zwavel als ontsmettingsmiddel; de Romeinen gebruikten het als dermatologisch geneesmiddel.

De Franse chemicus Louis Joseph Gay-Lussac was de eerste die zwavel als element beschouwde.

Voorkomen

Zwavel vervult een belangrijke rol in levende cellen en is onderdeel van twee aminozuren. Het menselijk lichaam bevat ongeveer 0,2% zwavel, dat is gemiddeld zo'n 120 gram.

Zwavel staat op plaats 16 in de ranglijst van meest voorkomende elementen in de aardkorst. Het heeft een aandeel van 3,5.10^-2 % op basis van gewicht. Ook oceanen bevatten veel zwavel. Het gewichtsaandeel is daar 0,1%.

In elementaire vorm vind je zwavel in vulkaan­afzet­tin­gen (foto) en in zoutkoepels.

Als verbin­ding vind je het hoofdzakelijk in gipsafzet­tin­gen (CaSO₄) en in mineralen,

als sulfaat:

• anglesiet                                             PbSO₄
• bariet                                                  BaSO₄
• chalcanthiet                                        CuSO₄.5H₂O
• epsomiet                                             MgSO₄.7H₂O                                     
• kieseriet                                              MgSO₄.H₂O
• mirabiliet                                             Na₂SO₄.10H₂O                 

als sulfide:

• argentiet of zilver­glans                       Ag₂S
• bismutiniet of bismutglans                  Bi₂S₃                                                             
• chalcosien of koperglans                   Cu₂S
• cinnaber                                             HgS
• covellien                                             CuS
• galena, loodglans of loodspies           PbS
• milleriet                                               NiS
• pyriet                                                  FeS₂
• sfaleriet of zinkblende                       (Zn,Fe)S
• tungsteniet                                         WS₂ 

Daarnaast is het in de natuur aan te treffen in organi­sche zwavel­verbin­dingen (bijvoorbeeld in aardolie, en in amino­zuren) en als zwavelwa­terstof (bijvoorbeeld in aardgas en vulkanische gassen).

Winning

De belangrijkste wingebieden van zwavel liggen in Canada (Alberta), Polen, China, Italië (Sicilië), de Verenigde Staten van Amerika (Louisiana en Texas), Mexico, Oekraïne, Rusland, Turkmenistan, Oezbekistan, Afghanistan, Irak, Peru, Bolivia, Japan, de Filippijnen, de Kourillen, Kamchatka, Chili, Duitsland en Frankrijk.

In veel gevallen wordt direct elemen­tair zwavel gewonnen, maar men wint ook zwavel uit zwavelverbin­dingen verkregen uit vulkaanafzettingen en uit gas (bijvoorbeeld Canada, Duitsland, Frankrijk) of olie (bijvoorbeeld Verenigde Staten, Japan, Nederland).

Het voor de zwavelzuurbereiding belangrijke zwaveldioxi­de wordt tevens op vrij grote schaal verkregen bij het roosten van zwavelhoudende ertsen.

Vroeger

Al sinds mensenheugenis graaft men elementair zwavel af. Zonodig werd het gezuiverd door enkele malen om te smelten. Later werd zwavel ook gedestilleerd.

Tegenwoordig

Zwavel wordt op verschillende manieren gewonnen:

Via dagbouw en uit sulfiden en sulfaten. Het aandeel van deze methoden daalt sterk.

Via het Frasch-proces, voor zwavel dat zich in diepere aardlagen bevindt (meestal 20 - 40 % S). Hierbij wordt een schacht geboord met daarin een systeem van drie concentrische pijpen. Eerst wordt oververhit water (165 °C) in de betreffende aardlaag gebracht, waardoor het aanwezige zwavel smelt (smeltpunt 119 °C) en naar het diepste punt bij de pijp vloeit. Via perslucht in een andere pijp wordt het omhoog gebracht. Op deze wijze is zwavel te winnen in een gebied van ongeveer 0,5 ha rond de schacht. De verkregen zwavel is vrij zuiver (99,5 - 99,9 %) en wordt meestal in vloeibare vorm getransporteerd (per pijpleiding, trein of schip).

De ontzwaveling van aardolie in moderne raffinaderijen levert grote hoeveelheden zwavel op. Het wordt eerst omgezet in waterstofsulfide, dat vervolgend wordt gereduceerd:
2 H₂S  +  3 O₂        -->   2 SO₂ + 2 H₂O
4 H₂S  +  2 SO₂      -->   6 S  + 4 H₂O