S/Zwavel

Toepassingen

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:

$16 {\mathrm{KNO}}_3 + 21 \mathrm{C} + 4 \mathrm{S} \to 5 {\mathrm{K}}_2{\mathrm{CO}}_3 + 2 {\mathrm{K}}_2{\mathrm{SO}}_3 + {\mathrm{K}}_2\mathrm{S} + 9 {\mathrm{CO}}_2 +{\mathrm{SO}}_2 +7 \mathrm{CO} + 8{\mathrm{N}}_{2 }$

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:

$2 \mathrm{S}+2 {\mathrm{O}}_2 \to 2 {\mathrm{SO}}_2$

Het zo verkregen zwaveldioxide wordt bij 500 °C omgezet in het trioxide:

$2 {\mathrm{SO}}_{2 }+{\mathrm{O}}_2 \to 2 {\mathrm{SO}}_3$

Dit lost men op in zwavelzuur. Hierbij ontstaat rokend zwavelzuur, dat na mengen met water geconcentreerd zwavelzuur oplevert:

${\mathrm{SO}}_3 + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \to {\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4$

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:
  ${\mathrm{Ca}}_3{\left({\mathrm{PO}}_4\right)}_2 + 2 {\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4 \to \mathrm{Ca}{\left({\mathrm{H}}_2{\mathrm{PO}}_4\right)}_2 + 2 {\mathrm{CaSO}}_4$

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):

$\mathrm{xxxxx}–\mathrm{S}....\mathrm{S}–\mathrm{xxxxx} + 2 {\mathrm{CH}}_2\mathrm{SH}–\mathrm{COOH} \to 2 \mathrm{xxxxx}–\mathrm{SH} + \mathrm{HOOC}–{\mathrm{CH}}_2\mathrm{S}–{\mathrm{SCH}}_2–\mathrm{COOH}$

.

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:

$2 \mathrm{xxxxx}–\mathrm{SH} \to \mathrm{xxxxxS}....\mathrm{S}–\mathrm{xxxxx}$

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