Alótropos de azufre

El elemento azufre existe como muchos alótropos . En número de alótropos, el azufre es superado solo por el carbono . [1] Además de los alótropos, cada alótropo a menudo existe en polimorfos (diferentes estructuras cristalinas de las mismas moléculas S unidas covalentemente) delimitadas por prefijos griegos (α, β, etc.). [2]

Además, debido a que el azufre elemental ha sido objeto de comercio durante siglos, sus diversas formas reciben nombres tradicionales. Los primeros trabajadores identificaron algunas formas que luego resultaron ser alótropos individuales o mezclas. Algunas formas han sido nombradas por su apariencia, por ejemplo, "azufre de nácar", o alternativamente nombradas por un químico que fue preeminente en su identificación, por ejemplo, "azufre I de Muthmann" o "azufre de Engel". [2] [3]

La forma de azufre más comúnmente encontrada es el polimorfo ortorrómbico de S
8, que adopta una estructura de anillo fruncido o "corona". Se conocen otros dos polimorfos, también con estructuras moleculares casi idénticas. [4] Además del S 8 , se conocen anillos de azufre de 6, 7, 9–15, 18 y 20 átomos. [5] Al menos cinco alótropos se forman de forma única a altas presiones, dos de los cuales son metálicos. [6]

El número de alótropos de azufre refleja el enlace S−S relativamente fuerte de 265 kJ/mol. [1] Además, a diferencia de la mayoría de los elementos, los alótropos de azufre se pueden manipular en soluciones de disolventes orgánicos y se pueden analizar mediante HPLC . [7]

El diagrama de fase de presión-temperatura (PT) para el azufre es complejo (ver imagen). La región etiquetada como I (una región sólida) es α-azufre. [11]

En un estudio de alta presión a temperatura ambiente, se han caracterizado cuatro nuevas formas sólidas, denominadas II, III, IV, V, donde el α-azufre es la forma I. [11] Las formas sólidas II y III son poliméricas, mientras que las formas IV y V son metálicos (y son superconductores por debajo de 10 K y 17 K, respectivamente). [12] La irradiación láser de muestras sólidas produce tres formas de azufre por debajo de 200–300 kbar (20–30 GPa). [13]

Ciclo -octasulfuro ( ciclo -S 8 ), el alótropo de azufre más frecuente en la naturaleza.
Un diagrama de fase histórico de azufre. Un diagrama de fase de 1975, que presenta datos hasta 1970. La ordenada es la presión en kilobares (kbar). y la abscisa es la temperatura en kelvins (K). (Las temperaturas 200, 400, 600 y 800 K corresponden a las temperaturas aproximadas de -73, 127, 327 y 527 °C, respectivamente). Los números romanos I-XII se refieren a fases sólidas conocidas identificadas por "volumétrica, óptica , y técnicas de resistencia eléctrica", y letras AE a distintas "fases" líquidas putativas identificadas por análisis térmico diferencial. La información de fase se basa en el trabajo de GC Vezzoli, et al., revisado por David Young; como señala Young, "La literatura sobre la alotropía del azufre presenta la situación más compleja y confusa de todos los elementos". [8] [9] La información de fase se limita a ≤50 kbar y, por lo tanto, se omiten las fases metálicas. [10]
Ciclo-hexasulfuro, ciclo-S 6
Estructura de S 7 .
Ciclo-dodecasulfuro, ciclo-S 12
Dos cadenas de azufre monoatómicas paralelas que crecen dentro de un nanotubo de carbono de pared simple (CNT, a) Zig-zag (b) y cadenas S rectas (c) dentro de CNT de pared doble. [33]