ДИОКСИД СЕРЫ (SO2): СОСТАВ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ, РИСКИ - ХИМИЯ - 2026

Диоксид серы представляет собой газообразное неорганическое соединение , состоящее из серы (S) и кислород (O), и его химическая формула SO ₂ . Это бесцветный газ с раздражающим и удушающим запахом. Кроме того, он растворим в воде, образуя кислотные растворы. Вулканы выбрасывают его в атмосферу во время извержений.

Он является частью биологического и геохимического цикла серы, но в больших количествах он производится в результате определенных видов деятельности человека, таких как переработка нефти и сжигание ископаемого топлива (например, угля или дизельного топлива).

Двуокись серы SO ₂ выбрасывается вулканами во время извержений. Brocken Inaglory. Источник: Wikimedia Commons.

SO ₂ - это восстановитель, который позволяет бумажной массе оставаться белой после отбеливания другими соединениями. Он также служит для удаления следов хлора из воды, обработанной этим химическим веществом.

Он используется для консервирования некоторых продуктов, для дезинфекции контейнеров, в которых производится ферментация виноградного сока для производства вина или ячменя для производства пива.

Он также используется в качестве фунгицида в сельском хозяйстве, для получения серной кислоты, в качестве растворителя и промежуточного продукта в химических реакциях.

SO _2, присутствующий в атмосфере, вреден для многих растений, в воде он влияет на рыб, а также является одним из тех, кто вызывает «кислотные дожди», которые разъедают материалы, созданные людьми.

Структура

Молекула диоксида серы симметрична и образует угол. Угол возникает из-за того, что SO ₂ имеет неподеленную пару электронов, то есть электронов, которые не образуют связи с каким-либо атомом, но являются свободными.

Льюисовская структура диоксида серы, где наблюдается его угловатая форма и пара свободных электронов. WhittleMario. Источник: Wikimedia Commons.

Номенклатура

- Диоксид серы

- ангидрид серы

- Оксид серы.

свойства

Физическое состояние

Бесцветный газ.

Молекулярный вес

64,07 г / моль

Температура плавления

-75,5 ºC

Точка кипения

-10,05 ºC

плотность

Газ: 2,26 при 0 ° C (относительно воздуха, то есть плотность воздуха = 1). Это значит, что он тяжелее воздуха.

Жидкость: от 1,4 до -10 ° C (по отношению к воде, то есть плотность воды = 1).

Растворимость

Растворим в воде: 17,7% при 0 ° C; 11,9% при 15 ° С; 8,5% при 25 ° С; 6,4% при 35 ° С.

Растворим в этаноле, диэтиловом эфире, ацетоне и хлороформе. Менее растворим в неполярных растворителях.

pH

Водные растворы SO ₂ кислые.

Химические свойства

SO ₂ - мощный восстановитель и окислитель. В присутствии воздуха и катализатора окисляется до SO ₃ .

SO ₂ + O ₂ → SO ₃

Неподеленные пары электронов иногда заставляют его вести себя как основание Льюиса, другими словами, он может реагировать с соединениями, в которых есть атом, у которого отсутствуют электроны.

Если SO ₂ находится в виде газа и сухой, он не разрушает железо, сталь, медно-никелевые сплавы или никель-хром-железо. Однако, если он находится в жидком или влажном состоянии, он вызывает коррозию этих металлов.

Жидкий SO ₂ с 0,2% воды или более вызывает сильную коррозию железа, латуни и меди. Он вызывает коррозию алюминия.

В жидком состоянии он также может разъедать некоторые пластмассы, резину и покрытия.

Водные растворы SO

SO ₂ хорошо растворяется в воде. Долгое время считалось, что в воде она образует сернистую кислоту H ₂ SO ₃ , но существование этой кислоты не было доказано.

В растворах SO ₂ в воде возникают следующие равновесия:

SO ₂ + H ₂ O ⇔ SO ₂ .H ₂ O

SO ₂ .H ₂ O ⇔ HSO ₃ ^- + H ₃ O ⁺

HSO ₃ ^- + H ₂ O ⇔ SO ₃ ^2- + H ₃ O ⁺

Где HSO ₃ ^- это бисульфит-ион, а SO ₃ ^2- - сульфит-ион. Сульфит-ион SO ₃ ^2- образуется в основном при добавлении щелочи в раствор SO ₂ .

Водные растворы SO ₂ обладают восстанавливающими свойствами, особенно если они щелочные.

Другие свойства

- Он чрезвычайно устойчив к нагреванию, даже до 2000 ° C.

- Не горюч.

получение

SO ₂ получают сжиганием серы (S) на воздухе, хотя также образуются небольшие количества SO ₃ .

S + O ₂ → SO ₂

Его также можно получить путем нагревания различных сульфидов на воздухе, сжигания минералов пирита и минералов, содержащих сульфиды, среди прочего.

В случае пирита железа при окислении _{получают} оксид железа (iii) и SO ₂ :

4 FeS ₂ + 11 O ₂ → 2 Fe ₂ O ₃ + 8 SO ₂ ↑

Присутствие в природе

SO ₂ выбрасывается в атмосферу в результате деятельности вулканов (9%), но это также вызвано другими видами естественной деятельности (15%) и деятельностью человека (76%).

Взрывные извержения вулканов вызывают значительные годовые колебания или колебания SO ₂ в атмосфере. По оценкам, 25% SO _2, выбрасываемого вулканами, смывается дождем, прежде чем достигнет стратосферы.

Природные источники наиболее многочисленны и связаны с биологическим круговоротом серы.

В городских и промышленных районах преобладают человеческие источники. Основная деятельность человека, производящая его, - это сжигание ископаемых видов топлива, таких как уголь, бензин и дизельное топливо. Другие человеческие источники - это нефтеперерабатывающие, химические и газовые заводы.

Деятельность человека, такая как сжигание угля для получения электроэнергии, является источником загрязнения SO ₂ . Adrem68. Источник: Wikimedia Commons.

У млекопитающих он вырабатывается эндогенно, то есть в организме животных и человека за счет метаболизма серосодержащих аминокислот (S), особенно L-цистеина.

Приложения

При производстве серной кислоты

Одним из наиболее важных применений SO ₂ является получение серной кислоты H ₂ SO ₄ .

2 SO ₂ + 2 H ₂ O + O ₂ → 2 H ₂ SO ₄

В пищевой промышленности

Диоксид серы используется в качестве консерванта и стабилизатора пищевых продуктов, в качестве агента контроля влажности, а также в качестве модификатора вкуса и текстуры в некоторых пищевых продуктах.

Он также используется для дезинфекции оборудования, которое контактирует с пищевыми продуктами, оборудования для ферментации, например, на пивоваренных и винных заводах, пищевых контейнеров и т. Д.

Он позволяет сохранять фрукты и овощи, увеличивает срок их хранения на полке супермаркета, предотвращает потерю цвета и вкуса и помогает удерживать витамин С (аскорбиновая кислота) и каротины (предшественники витамина А).

Благодаря SO _{2 в} сухофруктах не появляются грибки и бактерии . Автор: Изабель Роденас. Источник: Pixabay.com

Он используется для консервирования вина, так как уничтожает бактерии, грибки и нежелательные дрожжи. Он также используется для стерилизации и предотвращения образования нитрозаминов в пиве.

Оборудование для ферментации ячменя для получения пива стерилизовано SO ₂ . Автор: Cerdadebbie. Источник: Pixabay.

Он также используется для замачивания кукурузных зерен, для отбеливания свекольного сахара и в качестве противомикробного средства при производстве кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы.

Как растворитель и реагент

Он широко используется в качестве неводного растворителя. Хотя он не является ионизирующим растворителем, он полезен в качестве растворителя, не содержащего протонов, для определенных аналитических приложений и химических реакций.

Он используется как растворитель и реагент в органическом синтезе, промежуточный продукт при производстве других соединений, таких как диоксид хлора, ацетилхлорид, а также при сульфировании масел.

В качестве восстановителя

Несмотря на то, что он не такой сильный, он используется в качестве восстановителя, а в щелочном растворе образуется ион сульфита, который является более энергичным восстановителем.

В различных приложениях

SO ₂ также используется:

- В сельском хозяйстве как фунгицид и консервант винограда после сбора урожая.

- Для производства гидросульфитов.

- для отбеливания древесной массы и бумаги, так как это позволяет стабилизировать целлюлозу после отбеливания перекисью водорода H ₂ O ₂ ; SO ₂ работает, разрушая оставшуюся H ₂ O ₂ и таким образом поддерживая белизну целлюлозы, поскольку H ₂ O ₂ может вызвать изменение белизны.

- Для отбеливания текстильных волокон и плетеных изделий.

- Для обработки воды, поскольку он удаляет остаточный хлор, который остается после хлорирования питьевой воды, сточных вод или технической воды.

- При рафинировании минералов и металлов в качестве восстановителя железа при переработке минералов.

- В нефтепереработке для улавливания кислорода и замедления коррозии, а также в качестве экстракционного растворителя.

- Как антиоксидант.

- Как нейтрализатор щелочей при производстве стекла.

- В литиевых батареях как окислитель.

Влияние ОС

Исследования показали, что эндогенный или производимый организмом SO ₂ благотворно влияет на сердечно-сосудистую систему, включая регуляцию сердечной функции и расслабление кровеносных сосудов.

Когда SO ₂ вырабатывается в организме, он превращается в его производные бисульфит HSO ₃ ^- и сульфит SO ₃ ^2- , которые оказывают сосудорасширяющее действие на артерии.

Эндогенный SO ₂ снижает артериальную гипертензию, предотвращает развитие атеросклероза и защищает сердце от повреждения миокарда. Он также обладает антиоксидантным действием, подавляет воспаление и апоптоз (запрограммированную гибель клеток).

По этим причинам считается, что это может быть возможным новым методом лечения сердечно-сосудистых заболеваний.

Сердце может получить пользу от SO _2, производимого организмом. Автор: OpenClipart-Vectors. Источник: Pixabay.

риски

- Воздействие газообразного SO ₂ может привести к ожогам глаз, кожи, горла и слизистых оболочек, повреждению бронхов и легких.

- Некоторые исследования сообщают о потенциальном риске повреждения генетического материала клеток млекопитающих и человека.

- Это едко. Не горюч.

Экотоксичность

Двуокись серы - наиболее распространенный загрязняющий газ в атмосфере, особенно в городских и промышленных районах.

Его присутствие в атмосфере способствует так называемым «кислотным дождям», которые вредны для водных организмов, рыб, наземной растительности и вызывают коррозию материалов, созданных человеком.

Памятник поврежден кислотным дождем. Нино Барбьери. Источник: Wikimedia Commons.

SO ₂ токсичен для рыб. Зеленые растения чрезвычайно чувствительны к атмосферному SO ₂ . Люцерна, хлопок, ячмень и пшеница повреждаются при низких уровнях окружающей среды, тогда как картофель, лук и кукуруза гораздо более устойчивы.

Последствия приема внутрь с пищей

Несмотря на то, что он безвреден для здоровых людей, при использовании в концентрациях, рекомендованных уполномоченными органами здравоохранения, SO ₂ может вызвать астму у чувствительных людей, которые принимают его с пищей.

Чувствительные люди могут страдать астмой при употреблении в пищу продуктов с небольшим содержанием SO ₂ . Сурадж в малаяламской Википедии. Источник: Wikimedia Commons.

Продукты, которые обычно содержат его, - это сухофрукты, искусственные безалкогольные напитки и алкогольные напитки.

Ссылки

1. Национальная медицинская библиотека США. (2019). Диоксид серы. Получено с pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Huang, Y. et al. (2016). Эндогенный диоксид серы: новый член семейства газотрансмиттеров в сердечно-сосудистой системе. Oxid Med Cell Longev. 2016; 2016: 8961951. Получено с ncbi.nlm.nih.gov.
3. Коттон, Ф. Альберт и Уилкинсон, Джеффри. (1980). Продвинутая неорганическая химия. Четвертое издание. Джон Вили и сыновья.
4. Windholz, M. et al. (редакторы) (1983). Индекс Merck. Энциклопедия химикатов, лекарств и биологических препаратов. Издание десятое. Merck & CO., Inc.
5. Пан, X. (2011). Оксиды серы: источники, воздействия и воздействие на здоровье. Влияние оксидов серы на здоровье. В Энциклопедии гигиены окружающей среды. Восстановлено с sciencedirect.com.
6. Трикер Р. и Трикер С. (1999). Загрязняющие и загрязняющие вещества. Диоксид серы. В требованиях к окружающей среде для электромеханического и электронного оборудования. Восстановлено с sciencedirect.com.
7. Блем, В. (2017). Кислотно-основная химия. Оксиды серы. В химии почвы и окружающей среды (второе издание). Восстановлено с sciencedirect.com.
8. Фридман, Б. Дж. (1980). Диоксид серы в пищевых продуктах и ​​напитках: его использование в качестве консерванта и его влияние на астму. Br J Dis Chest. 1980; 14 (2): 128-34. Восстановлено с ncbi.nlm.nih.gov.
9. Крейг, К. (2018). Обзор химии, использования пестицидов и экологической судьбы диоксида серы, используемого в Калифорнии. В обзорах загрязнения окружающей среды и токсикологии. Том 246. Восстановлено с link.springer.com.