El disulfuro de carbono (también escrito como disulfuro de carbono ) es un compuesto inorgánico con la fórmula química CS2 y la estructura S=C=S . También se considera como el anhídrido del ácido tiocarbónico . [8] Es un líquido incoloro, inflamable y neurotóxico que se utiliza como un componente básico en la síntesis orgánica. El disulfuro de carbono puro tiene un olor agradable, similar al del éter o el cloroformo , pero las muestras comerciales suelen ser amarillentas y suelen estar contaminadas con impurezas malolientes. [9]
En 1796, el químico alemán Wilhelm August Lampadius (1772-1842) preparó por primera vez disulfuro de carbono calentando pirita con carbón húmedo. Lo llamó "azufre líquido" ( flüssig Schwefel ). [10] La composición del disulfuro de carbono fue finalmente determinada en 1813 por el equipo del químico sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) y el químico suizo-británico Alexander Marcet (1770-1822). [11] Su análisis fue consistente con una fórmula empírica de CS 2 . [12]
Las erupciones volcánicas y los pantanos liberan pequeñas cantidades de disulfuro de carbono . El CS2 se fabricaba antiguamente combinando carbono (o coque ) y azufre a 800–1000 °C. [13]
Una reacción a menor temperatura, que requiere solo 600 °C, utiliza gas natural como fuente de carbono en presencia de catalizadores de gel de sílice o alúmina : [9]
La reacción es análoga a la combustión del metano .
La producción y el consumo mundial de disulfuro de carbono es de aproximadamente un millón de toneladas, de las cuales China consume el 49%, seguida por la India con el 13%, principalmente para la producción de fibra de rayón. [14] La producción de los Estados Unidos en 2007 fue de 56.000 toneladas. [15]
El disulfuro de carbono puede disolver una variedad de productos químicos no polares , incluidos fósforo , azufre, selenio , bromo , yodo , grasas , resinas , caucho y asfalto . [16]
En marzo de 2024, el telescopio espacial James Webb probablemente detectó rastros de CS 2 en la atmósfera del miniplaneta templado TOI-270 d . [17]
La combustión de CS2 produce dióxido de azufre según esta estequiometría ideal:
Por ejemplo, las aminas producen ditiocarbamatos : [18]
Los xantatos se forman de manera similar a partir de alcóxidos : [18]
Esta reacción es la base de la fabricación de celulosa regenerada , principal ingrediente de la viscosa , el rayón y el celofán . Tanto los xantatos como los tioxantatos relacionados (derivados del tratamiento del CS2 con tiolatos de sodio ) se utilizan como agentes de flotación en el procesamiento de minerales.
Tras el tratamiento con sulfuro de sodio , el disulfuro de carbono produce tritiocarbonato : [18]
El disulfuro de carbono no se hidroliza fácilmente, aunque el proceso es catalizado por una enzima llamada disulfuro de carbono hidrolasa .
En comparación con el dióxido de carbono isoelectrónico , el CS2 es un electrófilo más débil . Sin embargo, si bien las reacciones de los nucleófilos con CO2 son altamente reversibles y los productos solo se aíslan con nucleófilos muy fuertes, las reacciones con CS2 son termodinámicamente más favorecidas, lo que permite la formación de productos con nucleófilos menos reactivos. [19]
La reducción del disulfuro de carbono con sodio produce 1,3-ditiol-2-tiona-4,5-ditiolato de sodio junto con tritiocarbonato de sodio : [20]
La cloración del CS2 proporciona una ruta hacia el tetracloruro de carbono : [9]
Esta conversión se produce por intermedio del tiofosgeno , CSCl 2 .
El CS2 es un ligando para muchos complejos metálicos, formando complejos pi. Un ejemplo es Cp Co( η 2 -CS2 ) (P Me 3 ). [21]
El CS2 se polimeriza por fotólisis o bajo alta presión para dar un material insoluble llamado car-sul o "negro de Bridgman", llamado así por el descubridor del polímero, Percy Williams Bridgman . [22] Los enlaces tritiocarbonato (-SC(S)-S-) comprenden, en parte, la estructura principal del polímero, que es un semiconductor . [23]
Los principales usos industriales del disulfuro de carbono, que consume el 75% de la producción anual, son la fabricación de rayón viscosa y películas de celofán . [24]
También es un intermediario valioso en la síntesis química del tetracloruro de carbono . Se utiliza ampliamente en la síntesis de compuestos organosulfurados como los xantatos , que se utilizan en la flotación por espuma , un método para extraer metales de sus minerales. El disulfuro de carbono también es un precursor de los ditiocarbamatos , que se utilizan como fármacos (por ejemplo, el metam sodio ) y en la química del caucho .
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Se puede utilizar en la fumigación de almacenes herméticos, almacenes herméticos planos, contenedores, elevadores de granos , vagones de ferrocarril , bodegas de barcos, barcazas y molinos de cereales. [25] El disulfuro de carbono también se utiliza como insecticida para la fumigación de granos, material de vivero, en la conservación de frutas frescas y como desinfectante del suelo contra insectos y nematodos . [26]
También se puede utilizar para la reacción del perro que ladra .
El disulfuro de carbono se ha relacionado con formas agudas y crónicas de intoxicación , con una gama diversa de síntomas. [27]
Concentraciones de 500–3000 mg/m 3 causan intoxicaciones agudas y subagudas. Estas incluyen un conjunto de síntomas principalmente neurológicos y psiquiátricos, llamados encefalopatía sulfocarbónica. Los síntomas incluyen psicosis aguda ( delirio maníaco , alucinaciones ), ideas paranoicas , pérdida de apetito, trastornos gastrointestinales y sexuales, polineuritis , miopatía y cambios de humor (incluyendo irritabilidad e ira). Los efectos observados a concentraciones más bajas incluyen problemas neurológicos ( encefalopatía , trastornos psicomotores y psicológicos, polineuritis , anormalidades en la conducción nerviosa), problemas auditivos , problemas de visión (ardor en los ojos, reacciones anormales a la luz, aumento de la presión oftálmica ), problemas cardíacos (aumento de muertes por enfermedad cardíaca, angina de pecho , presión arterial alta ), problemas reproductivos (aumento de abortos espontáneos , esperma inmóvil o deformado ) y disminución de la respuesta inmune. [28] [29]
La exposición ocupacional al disulfuro de carbono también está asociada con enfermedades cardiovasculares , en particular accidentes cerebrovasculares . [30]
En 2000, la OMS consideró que era improbable que se produjeran daños a la salud a niveles inferiores a 100 μg/m 3 , y lo estableció como nivel de referencia. [ necesita actualización ] El disulfuro de carbono se puede oler a niveles superiores a 200 μg/m 3 , y la OMS recomendó una referencia sensorial de menos de 20 μg/m 3 . Está bien establecido que la exposición al disulfuro de carbono es perjudicial para la salud en concentraciones de 30 mg/m 3 o más . Se han observado cambios en la función del sistema nervioso central a concentraciones de 20-25 mg/m 3 . También hay informes de daños a la salud a 10 mg/m 3 , para exposiciones de 10 a 15 años, pero la falta de buenos datos sobre los niveles de exposición anteriores hace que la asociación de estos daños con los hallazgos de concentraciones de 10 mg/m 3 sea incierta. La concentración medida de 10 mg/m 3 puede ser equivalente a una concentración en el entorno general de 1 mg/m 3 . [28]
La principal fuente de disulfuro de carbono en el medio ambiente son las fábricas de rayón . [28] La mayoría de las emisiones globales de disulfuro de carbono provienen de la producción de rayón, a partir de 2008. [31] Otras fuentes incluyen la producción de celofán , tetracloruro de carbono , [31] negro de carbono y recuperación de azufre. La producción de disulfuro de carbono también emite sulfuro de hidrógeno. [32]
En 2004 [actualizar], se emitían aproximadamente 250 g de disulfuro de carbono por kilogramo de rayón producido, aproximadamente 30 g de disulfuro de carbono por kilogramo de negro de carbono producido y aproximadamente 0,341 g de disulfuro de carbono por kilogramo de azufre recuperado. [32]
Japón ha reducido las emisiones de disulfuro de carbono por kilogramo de rayón producido, pero en otros países productores de rayón, incluida China, se supone que las emisiones no están controladas (según modelos globales y mediciones de concentración en aire libre a gran escala). La producción de rayón es constante o está disminuyendo, excepto en China, donde está aumentando, a partir de 2004. [actualizar][ 32] La producción de negro de carbono en Japón y Corea utiliza incineradores para destruir aproximadamente el 99% del disulfuro de carbono que de otro modo se emitiría. [32] Cuando se utiliza como disolvente , las emisiones japonesas son aproximadamente el 40% del disulfuro de carbono utilizado; en otros lugares, el promedio es de aproximadamente el 80%. [32]
La mayor parte de la producción de rayón utiliza sulfuro de carbono. [33] [34] Una excepción es el rayón fabricado mediante el proceso de lyocell , que utiliza un solvente diferente; a partir de 2018, [actualizar]el proceso de lyocell no se usa ampliamente, porque es más caro que el proceso de viscosa. [35] [36] El rayón de cupramonio tampoco utiliza disulfuro de carbono.
Los trabajadores industriales que trabajan con disulfuro de carbono corren un alto riesgo. Las emisiones también pueden perjudicar la salud de las personas que viven cerca de las plantas de rayón. [28]
Las preocupaciones sobre la exposición al disulfuro de carbono tienen una larga historia. [24] [37] [38] : 79 Alrededor de 1900, el disulfuro de carbono comenzó a usarse ampliamente en la producción de caucho vulcanizado . La psicosis producida por altas exposiciones fue inmediatamente evidente (se ha informado con 6 meses de exposición [28] ). Sir Thomas Oliver contó una historia sobre una fábrica de caucho que puso rejas en sus ventanas para que los trabajadores no saltaran hacia su muerte . [38] : 17 El uso de disulfuro de carbono en los EE. UU. como un veneno de madriguera más pesado que el aire para la ardilla terrestre de Richardson también condujo a informes de psicosis. No se publicó ningún estudio médico sistemático del tema y el conocimiento no se transfirió a la industria del rayón. [33]
El primer estudio epidemiológico a gran escala sobre trabajadores del rayón se realizó en Estados Unidos a finales de los años 30 y se detectaron efectos bastante graves en el 30% de los trabajadores. En los años 60 se publicaron datos sobre el aumento de los riesgos de ataques cardíacos y accidentes cerebrovasculares. Courtaulds , un importante fabricante de rayón, trabajó arduamente para evitar la publicación de estos datos en el Reino Unido. [33] Las concentraciones promedio en las plantas de rayón muestreadas se redujeron de aproximadamente 250 mg/m3 en 1955-1965 a aproximadamente 20-30 mg/m3 en los años 80 (¿sólo cifras de Estados Unidos? [ centradas en Estados Unidos ] ). [28] Desde entonces, la producción de rayón se ha trasladado en gran medida al mundo en desarrollo, especialmente a China, Indonesia e India. [34] [33]
Las tasas de discapacidad[actualizar] en las fábricas modernas son desconocidas , a partir de 2016. [34] [39] Los fabricantes actuales que utilizan el proceso de viscosa no proporcionan ninguna información sobre los daños a sus trabajadores. [33] [34]
En 1915,...[de 16] casos de envenenamiento por disulfuro de carbono... un trabajador había sido internado brevemente en un asilo y varios otros habían experimentado problemas del sistema nervioso...
