Priče o elementima #12: Sumpor – poznat i nepoznat, smrdljiv, jedak, svakakav

Sumpor je element iz pakla. Ili, da to kažem znanstvenije, sumpor je element kojeg su oduvijek vezali s paklom, mjestom vječne boli i patnje. Razlog? Očito u geologiji, jer vulkanski dimovi sadrže sumporne spojeve i, štoviše, u blizini se vulkana često nađe samorodni sumpor, sumpor u elementarnom stanju. Uzrok tome je jedinstvena kemija tog kemijskog elementa. Sumpor se naime nalazi u pet oksidacijskih stanja (-II, 0, II, IV i VI) – svi parni brojevi od -2 do 6 – koja, to je važno, lako prelaze jedna u drugo. Djelovanjem vodene pare na sulfidne minerale nastaje sumporovodik (H₂S), a oksidacijom sumporovodika može nastati sumporni dioksid (SO₂) ali i elementarni sumpor (S_x). Sumporni dioksid ili sumporov(IV) oksid može nastati i gorenjem elementarnog sumpora, sumpora(0). Na kraju sumporov(IV) oksid se može oksidirati u sumporov(VI) oksid, sumporni trioksid (SO₃), ali to ne ide bez katalizatora.

Kome se nije zavrtilo u glavi od silnih imena i formula, nego je pažljivo pročitao ono što sam napisao, primijetit će da nisam spomenuo sumpor u oksidacijskom stanju II, recimo kemijski spoj formule SO. Takav oksid, sumporov monoksid, doduše postoji, ali je vrlo nestabilan. To se pak ne bi moglo reći za organske spojeva u kojima je kisik zamijenjen sumporom. Dok alkoholi imaju funkcijsku skupinu -OH, tioalkoholi ili tioli imaju funkcijsku skupinu -SH. Ti spojevi, tioli, lako vežu živu (jer živa i sumpor vole se jako) pa se zovu i merkaptani (od lat. mercurium captans = onaj koji hvata živu). Najjednostavniji merakaptan, metantiol (CH₃SH), svi poznajemo: on se dodaje prirodnom plinu da bi mirisom (vrlo neugodnim) upozorio da plin negdje curi. Još je gori iperit, bojni otrov formule (ClCH₂CH₂)₂S, koji također sadrži sumpor, ali nije tioalkohol, nego tioeter, eter u kojem je atom kisika zamijenjen atomom sumpora.

Sumpor je uz ugljik (o kojem sam pisao u 6. nastavku) jedan od samo dva nemetala poznatih od davnina. To nas ne bi trebalo čuditi jer se, kao što rekoh, samorodni sumpor nalazi u blizini vulkana, a usto se žutom bojom ističe među stijenjem i kamenjem. Grci su ga zvali apiron (vatrom netaknut) – zato što je dobro gorio! Kao dječak zaljubljen u kemiju često sam palio sumpor (koji gori plavim plamenom) i nitko mi ne treba govoriti kakav je plin što nastaje njegovim izgaranjem. Nije da smrdi, da mu je miris izrazito neugodan (poput smrada H₂S, koji ima miris na trula jaja i zahodsku jamu), no jako draži na kašalj, draži tako jako da misliš da ćeš pluća kroz dušnik izbaciti. To su jamačno znali i stari Grci, no znali su da sumporni dim ne škodi samo ljudima nego i životinjama, pa su sumporom uništavali gamad u kući, a apiron su upotrebljavali i za bijeljenje tkanina. Naročito su bila važna nalazišta na Siciliji – u blizini Etne – za koja su poslije praštale puške i topovi Talijana i Engleza punjeni njihovim sumporom, jer crni barut nije drugo nego smjesa drvenog ugljena, salitre (kalijeva nitrata, KNO₃) i sumpora.

Na stolu mi leži mineral, samorodni sumpor. Kakav je? Žut je, dakako, svjetlucav i pomalo praškast, a usto se na njemu uočavaju laminarne strukture, poput svilenih niti. Jesam li ga dobro opisao? Možda jesam, ali od toga čitatelj neće imati mnogo koristi jer, kažu mineralozi, samorodni se sumpor pojavljuje u čak 56 oblika, habitusa. Može se pojavljivati u obliku iglica i niti ili pak dobro formiranih kristala, ali i u obliku praha. To je sumpor prirodno pročišćen sublimacijom, sličan onome što ga kupuju vinogradari (kao sredstvo protiv peronospore) i pčelari (da bi tjerali pčele sa saća) te ljekarnici (Sulphur sublimatum) da bi od njega priređivali sapun protiv bubuljica i mast protiv svraba.

Taljenje sumpora čudo je za sebe. Sumpor nije poput leda, da prijeđe u (tekuću) vodu čim se zagrije na 0 ^oC, pa gotova stvar. Talište sumpora, piše u mojoj tablici periodnog sustava, iznosi 113, a vrelište 445 ^oC. Tako piše, pa neka piše, jer mora tako, kratko pisati. A priča o taljenju sumpora je duga, duga, preduga.

Problem s taljenjem sumpora, i sumporom općenito, je što sumpor sam sa sobom gradi mnoštvo molekula. Gradi, poput kisika, dvoatomne molekule (S₂), no i prstenaste molekule od šest (S₆) ili osam atoma (S₈), a može se i polimerizirati, stvarajući lance s više od tisuću atoma (μ-sumpor). Zbog toga se događa nešto vrlo čudno: kada se sumor rastali on je židak i svijetložut, no kada se talina zagrije na 160 ^oC sumpor postaje smeđ i gust – viskoznost mu se poveća za tisuću puta („plastični sumpor“). Razlog tome je prelazak sumpora iz S₈ u S_x, drugim riječima iz prstenastog u polimerni oblik.

Nema sumnje da je sumpor fascinirao alkemičare i to ne samo zbog ovakvog, krajnje čudnog ponašanja njegove taline. Sumpor se lako spaja s metalima (željezom, olovom, srebrom, živom…), a usto je jedina tvar koja se gorenjem sva pretvara u dim, iza koje ne zaostaje pepeo. Čini se da grčka riječ theion (sumpor) vodi riječ od theios (božanski) jer bog kažnjava grešnike sumporom: „Jahve zapljušti s neba na Sodomu i Gomoru sumpornim ognjem, i uništi one gradove, i svu onu ravnicu, sve žitelje gradske i sve raslinstvo na zemlji“ – piše u Bibliji (Pos. 19:24-25).

„Sumporni oganj“ nije drugo, rekao bi kemičar, nego SO₂, sirovina za proizvodnju sumporne kiseline. No od te sirovine do konačnog proizvoda, od SO₂ do H₂SO₄, dug je put, jer SO₂ treba prvo oksidirati u SO₃, sumporov trioksid, a potom ga spojiti s vodom u sumpornu kiselinu (SO₃ + H₂O → H₂SO₄). Je li baš tako? Rekao bih da nije, jer treba provesti samo dvije kemijske reakcije, prevesti smjesu zraka i sumpornog dioksida preko katalizatora, a potom dobiveni sumporni trioksid otopiti u vodi. Zvuči jednostavno, no tek su u 20. stoljeću kemičari pronašli katalizator koji to može činiti, a dotada su se snalazili svakako i svakojako. Sumporni su dioksid oksidirali nitratima i dušičnom kiselinom (metoda olovnih komora), u slijedu nepoznatih reakcija. (Kada se tako proizvodila sumporna kiselina kemičari nisu znali do kraja istražiti kemizam, a danas kada bi ga znali razjasniti nemaju više interesa, jer se sumporna kiselina tako ne proizvodi!). Još ranije, sumporna se kiselina proizvodila žarenjem sulfata. Zvali su je oleum vitrioli (vitriolno ulje, ulje od galice) ili samo oleum (ulje), kako se i danas znade zvati, zbog velike gustoće i viskoznosti, koncentrirana sumporna kiselina.

I što na kraju reći? Sumporna kiselina je najprodavaniji proizvod kemijske industrije (godišnje je se proizvede oko 260 milijuna tona) jer se upotrebljava za sve i sva, pa čak – čitam u nekoj staroj knjizi – za kiseljenje krastavaca. (Nemojte to činiti!) Sumporne kiseline ima i u zraku. Sumporni dioksid, nastao izgaranjem fosilnih goriva, oksidira se na lebdećim česticama u sumporni trioksid, jer one očito služe kao katalizator, a potom se spaja s vodom i u obliku razrijeđene sumporne kiseline, „kisele kiše“, razjeda pročelja zgrada i uništava šume. Eto ti sumporne kiseline gdje je ne treba. Baš kao što reče Maupassant: „Drvo je tvar koja lako gori u našim šumama, a tako teško u našim pećima.“

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951., je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik časopisa Priroda i urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Piše za časopis Čovjek i svemir, te mrežne stranice Panopticum i, naravno, Bug-online. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, od kojih treba izvojiti „Kemijski leksikon u stripu“, „Metali života – metali smrti“ te „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.