Azufre de cal

La reacción química exacta que conduce a la síntesis de azufre de cal es poco conocida y generalmente se escribe como:

Ca(OH)
2 + x S → subproductos CaSx + (S
2O2−
3, SO2−
3, SO2−
4) donde el valor x = 2-8 y x se encuentra a menudo alrededor de 5, calcio pentasulfuro, un polisulfuro

según se informa en un documento del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA).

Esta reacción vaga es desconcertante porque implica la reducción de azufre elemental y no aparece reductor en la ecuación mencionada anteriormente, mientras que también se mencionan productos de oxidación de azufre. El pH inicial de la solución impuesto por la cal hidratada poco soluble es alcalino (pH = 12,5), mientras que el pH final está en el rango de 11-12, típico de los sulfuros que también son bases fuertes.

Sin embargo, el azufre elemental puede sufrir una reacción de desproporción, también llamada dismutación. La reacción aquí arriba se asemeja a una reacción de desproporción. La reacción de comproporción inversa es la reacción que se produce en el proceso Claus utilizado para la desulfuración de productos de petróleo y gas crudo en la industria de refinación.

Proceso Claus:

2 H2S + 3 O2 → 2 SO2 + 2 H2O 4 H2S + 2 SO2 → 3 S2 + 4 H2O

Reescribiendo la última reacción en la dirección inversa, se obtiene una reacción consistente con lo que se observa en la reacción global de azufre de cal:

3 S2 + 4 H2O → 4 H2S + 2 SO2

En condiciones alcalinas, se obtiene:

3 S2 + 4 H2O + 12 OH– → 4 S2– + 2 SO32– + 10 H2O

y después de la simplificación, o más exactamente el reciclaje, de las moléculas de agua en la reacción anterior:

3 S2 + 12 OH– → 4 S2– + 2 SO32– + 6 H2O

añadiendo 6 Ca2+ cationes de cal hidratada para el bien de la electroneutralidad, se obtiene la reacción global.

Reacción de azufre de cal:

3 S2 + 6 Ca (OH) 2 → 4 CaS + 2 CaSO3 + 6 H2O

Esta última reacción es consistente con la reacción global de azufre de cal mencionada en el documento del USDA. Sin embargo, no da cuenta de todos los detalles, a.o., la producción de tiosulfato y sulfato entre los productos finales de la reacción. Mientras tanto, es una buena aproximación de primer orden y destaca útilmente el esquema general de reacción de azufre de cal porque la química de las formas reducidas o parcialmente oxidadas de azufre es particularmente compleja y todos los pasos intermedios o mecanismos involucrados son difíciles de desentrañar. Además, una vez expuesto al oxígeno atmosférico y a la actividad microbiana, el sistema de azufre de cal sufrirá una oxidación rápida y sus diferentes productos continuarán evolucionando y finalmente entrarán en el ciclo natural del azufre.

La presencia de tiosulfato en la reacción de azufre de cal puede explicarse por la reacción entre sulfito y azufre elemental (o con sulfuro y polisulfuros) y la del sulfato por la oxidación completa de sulfito o tiosulfato siguiendo un esquema de reacción más complejo. Se ha descrito más información sobre la producción de tiosulfato de calcio en una patente registrada por Hajjatie et al. (2006).

Hajjatie et al. (2006) escribieron la reacción de azufre de cal de varias maneras dependiendo del grado de polimerización de polisulfuros de calcio, pero la siguiente reacción es probablemente la más simple de su serie:

3 Ca (OH)
2 + 6 S → 2 CaS
2 + CaS
2O