Struktura dwutlenku siarki (SO2), właściwości, zastosowania, zagrożenia

810
Charles McCarthy
Struktura dwutlenku siarki (SO2), właściwości, zastosowania, zagrożenia

Plik dwutlenek siarki jest gazowym związkiem nieorganicznym utworzonym przez siarkę (S) i tlen (O), którego wzór chemiczny to SOdwa. Jest to bezbarwny gaz o drażniącym i duszącym zapachu. Ponadto jest rozpuszczalny w wodzie, tworząc kwaśne roztwory. Wulkany wydalają go do atmosfery podczas erupcji.

Jest częścią biologicznego i geochemicznego cyklu siarki, ale jest wytwarzany w dużych ilościach w wyniku niektórych działań człowieka, takich jak rafinacja ropy naftowej i spalanie paliw kopalnych (na przykład węgla lub oleju napędowego).

Dwutlenek siarki SOdwa Jest emitowany przez wulkany podczas erupcji. Brocken Inaglory [CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]. Źródło: Wikimedia Commons.

SOdwa jest to środek redukujący, który pozwala na zachowanie białej masy papierniczej po wybielaniu innymi związkami. Służy również do usuwania śladów chloru z wody oczyszczonej tą substancją chemiczną.

Służy do konserwowania niektórych rodzajów żywności, dezynfekcji pojemników, w których podczas fermentacji soku winogronowego wytwarza się wino lub jęczmień do produkcji piwa..

Jest również stosowany jako fungicyd w rolnictwie, do otrzymywania kwasu siarkowego, jako rozpuszczalnik oraz jako półprodukt w reakcjach chemicznych..

SOdwa obecny w atmosferze jest szkodliwy dla wielu roślin, w wodzie oddziałuje na ryby, a także jest jednym z czynników odpowiedzialnych za „kwaśne deszcze” niszczące materiały stworzone przez człowieka.

Indeks artykułów

  • 1 Struktura
  • 2 Nazewnictwo
  • 3 Właściwości
    • 3.1 Stan fizyczny
    • 3.2 Masa cząsteczkowa
    • 3.3 Temperatura topnienia
    • 3.4 Temperatura wrzenia
    • 3.5 Gęstość
    • 3.6 Rozpuszczalność
    • 3,7 pH
    • 3.8 Właściwości chemiczne
    • 3.9 Wodne roztwory SO2
    • 3.10 Inne właściwości
  • 4 Otrzymywanie
  • 5 Obecność w przyrodzie
  • 6 zastosowań
    • 6.1 Przy produkcji kwasu siarkowego
    • 6.2 W przemyśle spożywczym
    • 6.3 Jako rozpuszczalnik i odczynnik
    • 6.4 Jako środek redukujący
    • 6.5 W różnych zastosowaniach
  • 7 Skutki endogennego SO2
  • 8 Ryzyka
    • 8.1 Ekotoksyczność
    • 8.2 Skutki spożycia z pożywieniem
  • 9 Odniesienia

Struktura

Cząsteczka dwutlenku siarki jest symetryczna i tworzy kąt. Kąt wynika z SOdwa Ma parę pojedynczych elektronów, to znaczy elektronów, które nie tworzą wiązania z żadnym atomem, ale są wolne.

Struktura Lewisa dwutlenku siarki, w której obserwuje się jego kanciasty kształt i parę wolnych elektronów. WhittleMario [CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]. Źródło: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Dwutlenek siarki

- Bezwodnik siarki

- Tlenek siarki.

Nieruchomości

Stan fizyczny

Bezbarwny gaz.

Waga molekularna

64,07 g / mol

Temperatura topnienia

-75,5 ° C

Temperatura wrzenia

-10,05 ºC

Gęstość

Gaz: 2,26 przy 0 ° C (względem powietrza, czyli gęstość powietrza = 1). Oznacza to, że jest cięższy od powietrza..

Ciecz: 1,4 do -10 ° C (względem wody, tj. Gęstość wody = 1).

Rozpuszczalność

Rozpuszczalny w wodzie: 17,7% w 0 ° C; 11,9% w 15 ° C; 8,5% w 25 ° C; 6,4% w 35 ° C.

Rozpuszczalny w etanolu, eterze dietylowym, acetonie i chloroformie. Jest mniej rozpuszczalny w rozpuszczalnikach niepolarnych.

pH

Wodne roztwory SOdwa są kwaśne.

Właściwości chemiczne

SOdwa jest silnym środkiem redukującym i utleniającym. W obecności powietrza i katalizatora utlenia się do SO3.

południowy zachóddwa + LUBdwa → SO3

Samotne pary elektronów czasami powodują, że zachowuje się jak zasada Lewisa, innymi słowy, może reagować ze związkami, w których występuje atom, w którym brakuje elektronów.

Jeśli OSdwa występuje w postaci gazu i na sucho nie atakuje żelaza, stali, miedzi z niklem ani stopów niklowo-chromowo-żelazowych. Jeśli jednak jest w stanie ciekłym lub mokrym, powoduje korozję tych metali..

SOdwa ciecz zawierająca 0,2% wody lub więcej powoduje silną korozję żelaza, mosiądzu i miedzi. Działa korodująco na aluminium.

W stanie ciekłym może również atakować niektóre tworzywa sztuczne, gumy i powłoki.

Wodne roztwory SOdwa

SOdwa jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie. Od dawna uważano, że w wodzie tworzy kwas siarkowy H.dwapołudniowy zachód3, ale istnienie tego kwasu nie zostało udowodnione.

W rozwiązaniach systemu operacyjnegodwa w wodzie występują następujące równowagi:

południowy zachóddwa + H.dwaO ⇔ SOdwa.H.dwaLUB

południowy zachóddwa.H.dwaO ⇔ HSO3- + H.3LUB+

HSO3- + H.dwaO ⇔ SO3dwa- + H.3LUB+

Gdzie HSO3- jest jon wodorosiarczynowy i SO3dwa- jest jon siarczynowy. Jon siarczynowy SO3dwa- występuje głównie po dodaniu zasady do roztworu SOdwa.

Wodne roztwory SOdwa posiadają właściwości redukujące, zwłaszcza jeśli mają odczyn zasadowy.

Inne właściwości

- Jest niezwykle stabilny termicznie, nawet do 2000 ° C.

- Nie jest łatwopalny.

Otrzymywanie

SOdwa Uzyskuje się go przez spalanie siarki (S) w powietrzu, chociaż powstają również niewielkie ilości SO3.

S + Odwa → SOdwa

Można go również wytwarzać poprzez ogrzewanie różnych siarczków w powietrzu, spalanie między innymi minerałów pirytowych i minerałów zawierających siarczki..

W przypadku pirytu żelaza po utlenieniu otrzymuje się tlenek żelaza (iii) i SO.dwa:

4 FeSdwa + 11 Odwa → 2 FedwaLUB3 + 8 SOdwa

Obecność w przyrodzie

SOdwa Jest uwalniany do atmosfery w wyniku działania wulkanów (9%), ale jest również spowodowany innymi działaniami naturalnymi (15%) i działaniami człowieka (76%).

Wybuchowe erupcje wulkanów powodują znaczne roczne wahania lub wahania SOdwa w atmosferze. Szacuje się, że 25% SOdwa emitowane przez wulkany są zmywane przez deszcz, zanim dotrą do stratosfery.

Źródła naturalne są najbardziej obfite i wynikają z biologicznego cyklu siarki.

Na obszarach miejskich i przemysłowych dominują źródła pochodzenia ludzkiego. Główną działalnością człowieka, która go wytwarza, jest spalanie paliw kopalnych, takich jak węgiel, benzyna i olej napędowy. Inne źródła pochodzenia ludzkiego to rafinerie ropy naftowej, zakłady chemiczne i produkcja gazu.

Działalność człowieka, taka jak spalanie węgla na energię elektryczną, jest źródłem zanieczyszczenia SOdwa. Adrem68 [CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]. Źródło: Wikimedia Commons.

U ssaków powstaje endogennie, czyli w organizmie zwierząt i ludzi w wyniku metabolizmu aminokwasów zawierających siarkę (S), zwłaszcza L-cysteiny..

Aplikacje

W produkcji kwasu siarkowego

Jedna z najważniejszych aplikacji systemu operacyjnegodwa zajmuje się otrzymywaniem kwasu siarkowego H.dwapołudniowy zachód4.

2 SOdwa + 2 godzdwaO + Odwa → 2 godzdwapołudniowy zachód4

W przemyśle spożywczym przetworzonym

Dwutlenek siarki jest stosowany jako środek konserwujący i stabilizujący żywność, jako środek kontrolujący wilgoć oraz jako modyfikator smaku i tekstury w niektórych produktach jadalnych..

Służy również do dezynfekcji sprzętu stykającego się z żywnością, sprzętu fermentacyjnego, np. W browarach i winiarniach, pojemników na żywność itp..

Pozwala na konserwację owoców i warzyw, wydłuża ich przydatność do spożycia, zapobiega utracie koloru i smaku oraz pomaga w zatrzymywaniu witaminy C (kwas askorbinowy) i karotenów (prekursory witaminy A).

Suszone owoce są wolne od grzybów i bakterii dzięki SOdwa. Autor: Isabel Ródenas. Źródło: Pixabay.com

Służy do konserwacji wina, ponieważ niszczy bakterie, grzyby i niepożądane drożdże. Służy również do sterylizacji i zapobiegania tworzeniu się nitrozoamin w piwie..

Sprzęt do fermentacji jęczmienia w celu uzyskania piwa jest sterylizowany SOdwa. Autor: Cerdadebbie. Źródło: Pixabay.

Jest również używany do namaczania ziaren kukurydzy, do wybielania cukru buraczanego oraz jako środek przeciwbakteryjny w produkcji wysokofruktozowego syropu kukurydzianego..

Jako rozpuszczalnik i odczynnik

Jest szeroko stosowany jako rozpuszczalnik niewodny. Chociaż nie jest to rozpuszczalnik jonizujący, jest przydatny jako rozpuszczalnik wolny od protonów w niektórych zastosowaniach analitycznych i reakcjach chemicznych..

Jest stosowany jako rozpuszczalnik i odczynnik w syntezie organicznej, półprodukt przy produkcji innych związków, takich jak dwutlenek chloru, chlorek acetylu oraz w sulfonowaniu olejów..

Jako środek redukujący

Jest stosowany jako środek redukujący, mimo że nie jest tak silny, aw roztworze alkalicznym powstaje jon siarczynowy, który jest bardziej energetycznym środkiem redukującym..

W różnych zastosowaniach

SOdwa jest również używany:

- W rolnictwie jako środek grzybobójczy i konserwujący winogrona po zbiorach.

- Aby wytworzyć wodorosiarczyny.

- Do wybielania masy celulozowej i papieru, gdyż umożliwia stabilizację masy włóknistej po bieleniu nadtlenkiem wodoru H.dwaLUBdwa; SOdwa działa niszcząc H.dwaLUBdwa pozostałą, a tym samym zachować jasność miazgi, ponieważ H.dwaLUBdwa może spowodować odwrócenie jasności.

- Do wybielania włókien tekstylnych i wyrobów z wikliny.

- Do uzdatniania wody, ponieważ usuwa resztkowy chlor, który pozostaje po chlorowaniu wody pitnej, ścieków lub wody przemysłowej.

- W rafinacji minerałów i metali, jako reduktor żelaza podczas przeróbki minerałów.

- W rafinacji ropy naftowej w celu zatrzymania tlenu i opóźnienia korozji oraz jako rozpuszczalnik ekstrakcyjny.

- Jako przeciwutleniacz.

- Jako neutralizator zasad w produkcji szkła.

- W bateriach litowych jako środek utleniający.

Efekty systemu operacyjnegodwa endogenny

Niektóre badania wykazały, że SOdwa endogenny lub wytwarzany przez sam organizm ma korzystny wpływ na układ sercowo-naczyniowy, w tym regulację pracy serca i rozkurcz naczyń krwionośnych.

Kiedy SO jest wytwarzane w cieledwa staje się jego pochodnymi wodorosiarczynem HSO3- i siarczyn SO3dwa-, które wywierają działanie rozkurczające naczynia krwionośne na tętnice.

SOdwa endogennie obniża nadciśnienie, zapobiega rozwojowi miażdżycy oraz chroni serce przed uszkodzeniem mięśnia sercowego. Działa również przeciwutleniająco, hamuje stany zapalne i apoptozę (programowana śmierć komórki).

Z tych powodów uważa się, że może to być możliwa nowa terapia chorób układu krążenia..

Serce może skorzystać na SOdwa wytwarzane przez organizm. Autor: OpenClipart -ectors. Źródło: Pixabay.

Ryzyka

- Ekspozycja na SOdwa gaz może prowadzić do oparzeń oczu, skóry, gardła i błon śluzowych, uszkodzenia oskrzeli i płuc.

- Niektóre badania wskazują, że stwarza potencjalne ryzyko uszkodzenia materiału genetycznego komórek ssaków i ludzi.

- Działa korodująco. Nie jest łatwopalny.

Ekotoksyczność

Dwutlenek siarki jest najczęściej występującym gazem zanieczyszczającym atmosferę, zwłaszcza na obszarach miejskich i przemysłowych..

Jego obecność w atmosferze przyczynia się do powstawania tzw. „Kwaśnych deszczy”, które są szkodliwe dla organizmów wodnych, ryb, roślinności lądowej oraz korozji materiałów wytworzonych przez człowieka..

Pomnik uszkodzony przez kwaśne deszcze. Nino Barbieri [CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]. Źródło: Wikimedia Commons.

SOdwa jest toksyczny dla ryb. Rośliny zielone są niezwykle wrażliwe na SOdwa atmosferyczny. Lucerna, bawełna, jęczmień i pszenica są niszczone przy niskim poziomie środowiska, podczas gdy ziemniaki, cebula i kukurydza są znacznie bardziej odporne.

Skutki spożycia z jedzeniem

Chociaż jest nieszkodliwy dla zdrowych ludzi, stosowany w stężeniach zalecanych przez upoważnione agencje zdrowia, SOdwa może wywoływać astmę u wrażliwych osób, które spożywają ją z pożywieniem.

Osoby wrażliwe mogą cierpieć na astmę podczas spożywania pokarmów zawierających niewielkie ilości SOdwa. Suraj w Wikipedii w języku malajalam [domena publiczna]. Źródło: Wikimedia Commons.

Pokarmy, które zwykle go zawierają, to suszone owoce, sztuczne napoje bezalkoholowe i napoje alkoholowe.

Bibliografia

  1. NAS. National Library of Medicine. (2019). Dwutlenek siarki. Odzyskany z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  2. Huang, Y. i in. (2016). Endogenny dwutlenek siarki: nowy członek rodziny gazotransmiterów w układzie sercowo-naczyniowym. Oxid Med Celi Longev. 2016; 2016: 8961951. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
  3. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
  4. Windholz, M. i in. (redaktorzy) (1983). Indeks Merck. Encyklopedia chemikaliów, leków i środków biologicznych. Wydanie dziesiąte. Merck & CO., Inc.
  5. Pan, X. (2011). Tlenki siarki: źródła, narażenia i skutki zdrowotne. Skutki zdrowotne tlenków siarki. W Encyklopedii Zdrowia Środowiskowego. Odzyskany z sciencedirect.com.
  6. Tricker, R. i Tricker, S. (1999). Zanieczyszczenia i zanieczyszczenia. Dwutlenek siarki. W Wymagania środowiskowe dotyczące sprzętu elektromechanicznego i elektronicznego. Odzyskany z sciencedirect.com.
  7. Bleam, W. (2017). Chemia kwasowo-zasadowa. Tlenki siarki. W chemii gleby i środowiska (wydanie drugie). Odzyskany z sciencedirect.com.
  8. Freedman, B.J. (1980). Dwutlenek siarki w żywności i napojach: jego zastosowanie jako konserwant i wpływ na astmę. Br J Dis Chest. 1980; 14 (2): 128–34. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
  9. Craig, K. (2018). A Review of the Chemistry, Pesticide Use, and Environmental Fate of Sulphur Dioxide, as used in California. W przeglądzie skażenia środowiska i toksykologii. Tom 246. Odzyskany z link.springer.com.

Jeszcze bez komentarzy