En el Siglo VIII, el imperio árabe se había expandido por el Mediterráneo en una muestra de dominio indiscutible. Pocas ciudades resistieron...Excepto una. Constantinopla, antigua Bizancio, se mantenía firme.
¿Por qué? Si preguntásemos a alguien de hace unos 1300 años, la respuesta sería la magia.
La magia del fuego griego. La obra del arquitecto y alquimista Kainikos de Heliópolis.
Una mezcla de misteriosos ingredientes más ligera que el agua y capaz de producir un fuego resistente al líquido elemento (hoy, compuesto). Pero no era magia, ¡era Ciencia!
Hoy, la Química nos ha permitido saber cuales serían los constituyentes del fuego griego a partir de la interpretación de algunos textos históricos de la época.
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| ¿Quién no teme al fuego griego? |
El famoso fuego griego era una mezcla de naftas (fracción del petróleo que actúa como combustible, lo que explicaría su inflamabilidad y que fuese más ligero que el agua), resinas (su viscosidad permitía que quedasen adheridas al casco de las naves a las que llegaban las "bolas de fuego" lanzadas desde los muros de Constantinopla), salitre (nitrato potásico, al descomponerse térmicamente libera oxígeno que aviva la combustión), cal (óxido cálcico, el responsable de que añadir agua para apagar el fuego griego supusiera un intento inútil ya que el óxido cálcico en presencia de agua da lugar a una reacción altamente exotérmica en la que se forma el correspondiente hidróxido cálcico) y una sustancia más.
Un elemento químico con el que se inaugura el segundo trimestre en El cuaderno de Calpurnia Tate.
Un elemento químico que se añadía a la mezcla para favorecer la combustión del salitre...¡El azufre!
La Química nos ha ayudado a explicar este hecho histórico (siempre envuelto en una nube de leyenda).
Un hecho muy desafortunado, pues la Química nunca ha de emplearse en perjuicio de ningún ser humano.
Las guerras son una muestra de lo realmente peligroso que puede ser el ser humano. Una muestra de intolerancia. Intolerancia como la que se vivió en Europa bajo el temor la Inquisición.
No había químicos en aquella época. Los alquimistas trabajan en sus laboratorios para descifrar el mecanismo de la transmutación, de la transformación de los metales en oro.
El metal dorado y frío. Frío como el mercurio, amarillo como el azufre...¡Un momento!
¿Podremos obtener oro mezclando ambas sustancias?
Si fuéramos un alquimista posiblemente diríamos que sí. Pero nos encontraríamos con un problema
. Un problema con el que se encontraron los alquimistas desde el siglo VIII hasta casi el siglo XV, fin de la alquimia. ¡Azufre y mercurio no se mezclan! Hoy sabemos que es posible conseguirlo empleando
disulfuro de carbono (CS2) como disolvente, pero dicho disolvente era desconocido en la época.
La piedra filosofal sería por tanto aquella sustancia capaz de conseguir que el azufre
y el mercurio se mezclasen y formaran el oro).
El deseado oro. Por tanto, el azufre sería un elemento de común utilización en el laboratorio de todo alquimista. Lástima que sea un elemento infernal...
¿Por qué un elemento infernal? ¡Vayamos a la biblia! Abrámosla por el libro de Apocalipsis de San Juan,
capítulo 21, versículo 8:
Pero los cobardes e incrédulos, los abominables y homicidas, los fornicarios y hechiceros
(aquí estaríamos los químicos de ahora, alquimistas de aquel tiempo), los idólatras y todos los mentirosos tendrán su parte en el lago que arde con fuego y azufre, que es la muerte segunda.
Si en el infierno, residencia oficial del diablo, existían lagos de azufre y el laboratorio de un alquimista olía a azufre (un olor muy característico y desagradable)...¡Pobre de él! Habría conjurado al mismísimo Lucifer y eso se pagaba caro... Curioso que hace unos días supiéramos que el propio Vaticano emplea el elemento infernal para obtener el humo negro (junto con antraceno y perclorato potásico) que indicaría la no elección del nuevo Papa tal y como pudimos leer en muchas noticias y medios de comunicación.
Vemos pues que este infernal elemento está presente en la historia de la humanidad desde tiempos muy remotos. Tan remotos que el origen de su nombre, sulphur en latín (lo que concuerda con que su símbolo químico sea S), es aún hoy desconocido. Algunos autores piensan que procede del término indoeuropeo swel (el que arde con lentitud) mientras que otras piensan que deriva del término sánscrito sulvere (el enemigo del cobre).
Pero en el estudio del azufre no sólo es complejo conocer el origen de su nombre, ¡también lo es su Química! Y es que para el anfígeno (elementos del grupo 16 , grupo del oxígeno en la Tabla Periódica, antiguamente llamados calcógenos) de número atómico Z=16 y masa atómica 32, 065 uma existen más de 50 formas alotrópicas diferentes de las cuales no son muchas las que están bien caracterizadas.
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| En el centro de la imagen y con color amarillo encontramos una muestra real de azufre. Esta foto fue hecha por un servidor el pasado mes de agosto de 2012 en el Hall of Minerals del American Natural History Museum de Nueva York. |
En la gran mayoría de problemas de Química de Educación Secundaria y Bachillerato, en cuanto aparece el azufre en una reacción química consideramos como fórmula química del elemento S.
Sin embargo, en todo rigor, en estado sólido podemos decir que el azufre no suele encontrarse formado por átomos de azufre (lo que sí ocurre en el vapor) sino que está formado por moléculas S8 entre las cuales se dan fuerzas intermoleculares, es decir, se trata de un sólido molecular.
Estas moléculas se disponen ordenadas en el sólido, es decir, se trata también de un sólido cristalino en el que son posibles dos formas cristalinas:rómbica o alfa y monoclínica o beta.
Esta descripción corresponde a las formas más estables en condiciones ordinarias en estado sólido.
A 95,5 ºC se produce la transición de la forma alfa a la beta (un poco menos densa), ambas formadas por moléculas de S8 y con distinta estructura cristalina (distinta disposición de dichas moléculas en el sólido).
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| Como buen heredero de la alquimia, esta molécula de azufre está en mi habitación. |
Estas moléculas están formadas por 8 átomos de azufre unidos por enlace covalente (sencillo) de tal modo que cada átomo de azufre está unido a otros dos átomos (distancia de enlace S-S= 0,206 nm) formando un anillo de ocho átomos que tiene forma de corona.
Cada átomo de azufre dispone de 4 orbitales híbridos sp3 no equivalentes.
Dos de ellos (los de mayor participación p) participan en el enlace con los dos átomos vecinos, mientras que los otros dos orbitales híbridos quedan como orbitales no enlazantes (mayor participación s) contribuyendo a distorsionar el ángulo S-S-S que lejos de ser 109,5º (ángulo de un tetraedro perfecto, correspondiente a orbitales sp3 puros no distorsionados) toma un valor de 108º.
Si miramos la "corona" desde arriba, tal y como puedes ver en la imagen inferior, veríamos dos cuadrados
(los vértices de sendos cuadrados serían átomos de azufre) en distintos planos, girado uno respecto
al otro en un ángulo de 45º.
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| La molécula de S8 tiene forma de corona que vista desde arriba corresponde a dos planos cuadrados S4 girados 45º (izquierda) las cuales se ordenan en estado sólido interaccionando entre sí por fuerzas intermoleculares (derecha). |
En estado sólido, el azufre también puede encontrarse constituido pormoléculas S6, S7, S9, S10 y S12
(menos habituales que la especie S8) así como por cadenas Sn en las que los átomos de los extremos presentan cada uno un electrón desapareado tal y como ponen de manifiesto las medidas de suceptibilidad magnética.
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| Molécula de S8 y cadenas de átomos de S, ambas presentes en el azufre sólido. |
Las cadenas se forman cuando se funde el azufre sólido (119ºC), produciéndose la ruptura de uno de los enlaces S-S en las moléculas de S8.
La existencia de electrones desapareados en los extremos permite que las cadenas crezcan hasta alcanzar una composición Sn; es decir, estarán constituidas por un número indefinido de átomos de azufre (¡por tanto no son moléculas!), todos ellos con hibridación sp3.
La distancia de enlace S-S en las cadena es prácticamente igual a la del enlace S-S en la molécula de S8, pero el ángulo S-S-S se hace algo menor pasando de 108º a 106º.
También es posible que en la fusión, además de las cadenas se formen moléculas S4 si en vez de un único enlace S-S en el anillo S8, se rompen dos.
Cuando el fundido constituido por las cadenas Snsolidifica, formará un sólido en el que las cadenas Sn se disponen paralelas estando cada una rodeada por otras seis con las que interacciona por fuerzas de Van der Waals. Si seguimos aumentando la temperatura llegaremos al estado gaseoso (444 ºC) donde el azufre se encuentra como moléculas S8 (las que no se hayan fragmentado al ir aumentado la temperatura), S4 y S2 (700ºC) así como en forma deátomos de S aislados (2000ºC). Si a 400 ºC y baja presión se lleva a cabo un enfriamiento brusco (por ejemplo, con nitrógeno líquido), se obtiene un sólido diamagnético
de color morado formado por moléculas de S4.
Como ampliación se acompaña el siguiente esquema donde se pueden observar algunas de los cambios de una forma alotrópica a otra al variar la temperatura para el azufre en estado sólido y líquido.
Ya podemos apreciar que el estudio de la alotropía del azufre no es nada sencillo...
Viendo toda la variedad de formas alotrópicas entendemos por qué en los libros de Química General, cuando se habla del azufre suele escribirse S y no S8 (aunque en estado sólido sea la forma más relevante de azufre). También cabe señalar que aunque hemos dicho que entre las moléculas S8 se dan fuerzas de Van der Waals, y por tanto, fuerzas de no enlace; las interacciones entre las moléculas de S8 pueden ser algo más complejas...
Al lago de azufre; una piscina rellena del elemento infernal.
