Solfuro: solubilità, pH

Lo ione solfuro S^2- è presente in molti minerali tra cui la galena PbS, la calcocite Cu₂S, la millerite NiS, la sfalerite FeS e ZnS e il cinabro HgS.

Il solfuro forma sali molti dei quali poco solubili con i metalli ma si trova legato a gruppi alchilici formando composti organici come i tioeteri e i tioli noti come mercaptani.
Un esempio di tioetere è il dimetilsolfuro CH₃SCH₃ mentre un esempio di tiolo è l’etantiolo CH₃CH₃SH.

Solubilità

Una soluzione acquosa di un solfuro solubile contiene una bassissima quantità di ione solfuro a causa della sua idrolisi secondo l’equilibrio:
S^2-+ H₂O ⇄ HS^– + OH^–

La  costante K_b2 è piuttosto alta essendo pari a K_w/K_a2 = 10^-14/1.3 · 10^-13 = 0.077 e ciò implica che l’equilibrio è spostato a destra. Le soluzioni contenenti lo ione solfuro caratterizzate dal tipico odore di uova marce sono quindi basiche.

La solubilità dei solfuri metallici poco solubili è influenzata dal pH infatti aumenta al diminuire del pH ovvero all’aumentare della concentrazione dello ione H⁺.

I solfuri sono presenti nell’ambiente a causa di processi naturali e industriali. In natura il solfuro di idrogeno H₂S si forma per decomposizione delle proteine contenenti zolfo ad opera dei solfobatteri e quindi si trova nei gas di palude, nel petrolio, nel gas naturale e nei sistemi di raccolta delle acque reflue.

Le fonti artificiali di H₂S sono costituite da processi di raffinamento di materiali naturali contenenti zolfo.

Le acque reflue contenenti una quantità di solfuro maggiore di 1 mg/L devono essere purificate prima di poter essere rilasciate nell’ambiente.

Il solfuro deve quindi essere ossidato o a zolfo elementare o a ione solfato utilizzando, ad esempio, perossido di idrogeno.

Ossidazione

A seconda del pH della soluzione l’ossidazione del solfuro con perossido di idrogeno segue due strade diverse:

• In ambiente neutro o debolmente acido si forma zolfo elementare che si presenta sotto forma colloidale ed è di colore bianco se l’ossidazione è stata completa mentre è di colore giallo in caso di ossidazione incompleta:
  H₂S + H₂O₂ → S + 2 H₂O

Lo zolfo può essere rimosso per flocculazione con un polimero anionico seguita da filtrazione

• In ambiente alcalino per valori di pH maggiori di 9.2 si forma lo ione solfato:
  S^2- +4 H₂O₂ → SO₄^2- + 4 H₂O

• Per valori di pH tra 7 e 9 si può formare sia lo zolfo elementare che il solfato. A seconda delle necessità si possono utilizzare catalizzatori come nichel e per ottenere lo zolfo mentre ferro, rame e manganese  favoriscono la formazione del solfato.