DWUTLENEK SIARKI (SO2): STRUKTURA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA, ZAGROŻENIA - CHEMIA - 2026

Dwutlenek siarki jest gazowym związek nieorganiczny składa się z siarką (S) i tlen (O) i o wzorze chemicznym SO ₂ . 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 wytwarzana w dużych ilościach w wyniku pewnych działań człowieka, takich jak rafinacja ropy naftowej i spalanie paliw kopalnych (na przykład węgla lub oleju napędowego).

Dwutlenek siarki SO ₂ jest emitowany przez wulkany podczas erupcji. Brocken Inaglory. Źródło: Wikimedia Commons.

SO ₂ jest środkiem redukującym, który pozwala na zachowanie białej masy papierniczej po bieleniu innymi związkami. Służy również do usuwania śladów chloru z wody poddanej obróbce tą substancją chemiczną.

Służy do konserwowania niektórych rodzajów żywności, do 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.

Obecny w atmosferze SO ₂ jest szkodliwy dla wielu roślin, w wodzie oddziałuje na ryby, a także jest jednym z odpowiedzialnych za „kwaśne deszcze”, które powodują korozję materiałów stworzonych przez człowieka.

Struktura

Cząsteczka dwutlenku siarki jest symetryczna i tworzy kąt. Kąt ten wynika z faktu, że SO ₂ ma samotną parę elektronów, to znaczy elektrony, 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. 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, czyli gęstość wody = 1).

Rozpuszczalność

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

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

pH

Wodne roztwory SO ₂ są kwaśne.

Właściwości chemiczne

SO ₂ jest silnym środkiem redukującym i utleniającym. W obecności powietrza i katalizatora utlenia się do SO ₃ .

SO ₂ + O ₂ → SO ₃

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

Jeśli SO ₂ ma postać gazu i jest suchy, nie atakuje żelaza, stali, stopów miedzi i niklu ani niklu-chromu-żelaza. Jeśli jednak jest w stanie ciekłym lub mokrym, powoduje korozję tych metali.

Ciekły SO ₂ zawierający 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 SO

SO ₂ jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie. Przez długi czas uważano, że w wodzie tworzy kwas siarkowy H ₂ SO ₃ , ale istnienie tego kwasu nie zostało wykazane.

W roztworach SO ₂ w wodzie zachodzą następujące równowagi:

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 ⁺

Gdzie HSO ₃ ^- to jon wodorosiarczynowy, a SO ₃ ^2- to jon siarczynowy. Jon siarczynowy SO ₃ ^2- jest wytwarzany głównie wtedy, gdy do roztworu SO ₂ dodawany jest alkalia .

Wodne roztwory SO ₂ mają właściwości redukujące, zwłaszcza jeśli są alkaliczne.

Inne właściwości

- Jest wyjątkowo stabilny na ciepło, nawet do 2000 ° C

- Nie jest palny.

Otrzymywanie

SO ₂ jest otrzymywany przez spalanie siarki (S) w powietrzu, chociaż powstają również niewielkie ilości SO ₃ .

S + O ₂ → SO ₂

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

W przypadku pirytu żelaza po utlenieniu _{otrzymuje się} tlenek żelaza (iii) i SO ₂ :

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

Obecność w przyrodzie

SO ₂ jest uwalniany do atmosfery w wyniku działania wulkanów (9%), ale jest również spowodowany innymi naturalnymi działaniami (15%) i działaniami człowieka (76%).

Wybuchowe erupcje wulkanów powodują znaczne roczne wahania lub zmiany SO ₂ w atmosferze. Szacuje się, że 25% SO ₂ emitowanego przez wulkany jest wymywane przez deszcz, zanim dotrze 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 ją 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 SO ₂ . Adrem68. 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

Jednym z najważniejszych zastosowań SO ₂ jest otrzymywanie kwasu siarkowego H ₂ SO ₄ .

2 SO ₂ + 2 H ₂ O + O ₂ → 2 H ₂ SO ₄

W przemyśle spożywczym

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 mającego kontakt z artykułami spożywczymi, sprzętu fermentacyjnego, np. W browarach i winiarniach, pojemników na żywność itp.

Pozwala na konserwację owoców i warzyw, wydłuża ich żywotność na półce w supermarkecie, zapobiega utracie koloru i smaku oraz pomaga w zatrzymywaniu witaminy C (kwas askorbinowy) i karotenów (prekursorów witaminy A).

Suszone owoce są wolne od grzybów i bakterii dzięki SO ₂ . 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 SO ₂ . 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

SO ₂ jest również używany:

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

- Do produkcji wodorosiarczynów.

- do wybielania masy celulozowej i papieru, gdyż umożliwia stabilizację masy włóknistej po bieleniu nadtlenkiem wodoru H ₂ O ₂ ; SO ₂ działa niszcząc pozostały H ₂ O _2, a tym samym utrzymując jasność pulpy, ponieważ H ₂ O ₂ może powodować odwrócenie jasności.

- Do wybielania włókien tekstylnych i wyrobów z wikliny.

- Uzdatnianie 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 operacyjnego

Badania wykazały, że SO ₂ endogenny lub wytwarzany w organizmie ma korzystny wpływ na układ sercowo-naczyniowy, w tym regulację pracy serca i rozkurcz naczyń krwionośnych.

Kiedy SO ₂ jest wytwarzany w organizmie, przekształca się go w pochodne wodorosiarczyn HSO ₃ ^- i siarczyn SO ₃ ^2- , które wywierają działanie rozkurczające naczynia krwionośne na tętnice.

Endogenny SO ₂ zmniejsza nadciśnienie, zapobiega rozwojowi miażdżycy i chroni serce przed uszkodzeniem mięśnia sercowego. Ma również działanie przeciwutleniające, hamuje stany zapalne i apoptozę (programowaną śmierć komórki).

Z tych powodów uważa się, że może to być możliwa nowa terapia chorób sercowo-naczyniowych.

Serce może czerpać korzyści z SO ₂ wytwarzanego przez organizm. Autor: OpenClipart -ectors. Źródło: Pixabay.

Ryzyka

- Narażenie na gazowy SO ₂ 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 komórek ludzkich.

- Jest żrący. 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 tak zwanego „kwaśnego deszczu”, który jest szkodliwy dla organizmów wodnych, ryb, roślinności lądowej i korozji materiałów wytworzonych przez człowieka.

Pomnik uszkodzony przez kwaśne deszcze. Nino Barbieri. Źródło: Wikimedia Commons.

SO ₂ jest toksyczny dla ryb. Rośliny zielone są niezwykle wrażliwe na atmosferyczny SO ₂ . 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 SO ₂ jest nieszkodliwy dla zdrowych ludzi, stosowany w stężeniach zalecanych przez autoryzowane agencje zdrowia, SO ₂ może wywoływać astmę u wrażliwych osób, które przyjmują go z pożywieniem.

Osoby wrażliwe mogą cierpieć na astmę podczas spożywania pokarmów zawierających niewielkie ilości SO ₂ . Suraj w Wikipedii w języku malajalam. Źródło: Wikimedia Commons.

Żywność, która zwykle go zawiera, to suszone owoce, sztuczne napoje bezalkoholowe i napoje alkoholowe.

Bibliografia

1. Amerykańska Narodowa Biblioteka Medyczna. (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 biologii. 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, BJ (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). Przegląd chemii, stosowania pestycydów i losów dwutlenku siarki w środowisku w stanie Kalifornia. W przeglądzie skażenia środowiska i toksykologii. Tom 246. Odzyskany z link.springer.com.