Žveplov dioksid - fizikalne lastnosti, priprava in uporaba

Žveplov dioksid ima molekularno strukturo, podobno ozonu. Atom žvepla, ki se nahaja v središču molekule, je vezan na dva kisikova atoma. Ta plinasti produkt oksidacije žvepla nima barve, proizvaja močan vonj, in ko se razmere spremenijo, se zlahka kondenzira v čisto tekočino. Snov je dobro topna v vodi, ima antiseptične lastnosti. SO _{2 se} proizvaja v velikih količinah v kemični industriji, in sicer v proizvodnem ciklu žveplove kisline. Plin se pogosto uporablja za predelavo kmetijskih in živilskih proizvodov, beljenje tkanin v tekstilni industriji.

Sistematična in trivialna imena snovi

Treba je razumeti raznolikost izrazov, povezanih z isto spojino. Uradno ime spojine, katere kemična sestava odraža formulo SO ₂ , je žveplov dioksid. IUPAC priporoča uporabo tega izraza in njegovega angleškega ekvivalenta - Žveplov dioksid. Učbeniki za šole in univerze pogosteje omenjajo tako ime - žveplov oksid (IV). Rimska številka v oklepaju označuje valenco atoma S. Kisik v tem oksidu je bivalenten, oksidacijsko število žvepla pa +4. Tehnična literatura uporablja tako zastarele izraze kot žveplov dioksid, žveplovi anhidrid kisline (produkt njegove dehidracije).

Sestava in molekularna struktura SO2

Molekula SO2 tvorita en atom žvepla in dva kisikova atoma. Med kovalentnimi vezmi je kot 120 °. Hibridizacija sp2 nastopi v atomu žvepla - poravnana sta v obliki in energiji oblaka ene s in dveh p-elektronov. Vključeni so v izobraževanje. kovalentna vez med žveplom in kisikom. V paru O - S je razdalja med atomi 0,143 nm. Kisik je bolj elektronegativen element kot žveplo, kar pomeni, da se vezni pari elektronov premaknejo od središča do zunanjih vogalov. Tudi celotna molekula je polarizirana, negativni pol je O atom, pozitiven je atom S.

Nekateri fizikalni parametri žveplovega dioksida

Oksid tetravalentnega žvepla v normalnih okoljskih pogojih ohranja agregatno stanje plinov. Formula žveplovega dioksida omogoča določanje njene relativne molekulske in molske mase: Mr (SO ₂ ) = 64,066, M = 64,066 g / mol (lahko se zaokroži na 64 g / mol). Ta plin je skoraj 2,3-krat težji od zraka (M (zrak) = 29 g / mol). Dioksid ima oster, specifičen vonj po gorenju žvepla, ki ga je težko zamenjati z drugimi. To je neprijetno, draži sluznice oči, povzroča kašelj. Vendar pa žveplov oksid (IV) ni tako strupen kot vodikov sulfid.

Pod pritiskom pri sobni temperaturi se plinski žveplov dioksid utekočinja. Pri nizkih temperaturah je snov v trdnem stanju, topi se pri –72 ... –75,5 ° C. Z nadaljnjim povišanjem temperature se pojavi tekočina, pri -10,1 ° C pa se ponovno oblikuje plin. Molekule SO ₂ so termično stabilne, razgradnja na atomsko žveplo in molekularni kisik pri zelo visokih temperaturah (okoli 2800 ºS).

Topnost in interakcija z vodo

Žveplov dioksid, ko se raztopi v vodi, delno reagira z njim, da tvori zelo šibko žveplovo kislino. Ob prevzemu se takoj razgradi v anhidrid in vodo: SO2 + H20O2H2S03. Rešitev dejansko ni prisotna žveplove kisline in hidriranih molekul SO2. Plinski dioksid bolje sodeluje s hladno vodo, njegova topnost pa se zmanjšuje z naraščanjem temperature. V normalnih pogojih se lahko raztopi v 1 volumskem delu vode do 40 volumskih delov plina.

Žveplov dioksid v naravi

Med vulkanskimi plini in lavo se med izbruhi sproščajo znatne količine žveplovega dioksida. Številne vrste človeških dejavnosti prav tako vodijo v povečanje koncentracije SO ₂ v atmosferi.

Sulfurni anhidrid se v zrak dostavljajo metalurškim obratom, kjer izpušni plini niso ujeti med žganjem rude. Številne vrste fosilnih goriv vsebujejo žveplo, zaradi česar se v atmosferski zrak sproščajo znatne količine žveplovega dioksida, ko se izgoreva premog, olje in plin, ki iz njih izhaja. Žveplov dioksid postane strupen za ljudi pri koncentracijah v zraku, ki presegajo 0,03%. Pri osebi se začne dihanje, lahko se pojavijo simptomi, kot so bronhitis in pljučnica. Zelo visoke koncentracije žveplovega dioksida v ozračju lahko povzročijo hudo zastrupitev ali smrt.

Žveplov dioksid - proizvodnja v laboratoriju in v industriji

Laboratorijske metode:

1. Ko žveplo spali v bučki s kisikom ali zrakom, dobimo dioksid s formulo: S + O ₂ = SO ₂ .
2. Možno je delovati na soli žveplove kisline z močnejšimi anorganskimi kislinami, bolje je, da vzamemo klorovodikovo kislino, vendar pa je mogoče raztopiti žveplo:

• Na2S03 + 2HCl = 2NaCl + H2SO3;
• Na2S03 + H2S04 (d) = Na2S04 + H2S03;
• H2S03 = H20 + S02.

3 Ko baker sodeluje s koncentrirano žveplovo kislino, se ne sprošča vodik, ampak žveplov dioksid:

2H2S04 (konc.) + Cu = CuS04 + 2H2O + SO2.

Sodobne metode industrijske proizvodnje žveplovega dioksida:

1. Oksidacija naravnega žvepla pri sežiganju v posebnih pečeh: S + O ₂ = SO ₂ .
2. Žganje železovega pirita (pirit).

Osnovne kemijske lastnosti žveplovega dioksida

Žveplov dioksid je kemično aktivna spojina. Pri redoks procesih ta snov pogosto deluje kot reducent. Na primer, pri interakciji molekularnega broma z žveplovim dioksidom so reakcijski produkti žveplove kisline in vodikov bromid. Oksidativne lastnosti SO2 se pojavijo, ko ta plin prehaja skozi vodikove sulfidne vode. Posledično se sprosti žveplo, zgodi se samo-oksidacija-samo-redukcija: SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O.

Žveplov dioksid ima kisle lastnosti. Ustreza eni najšibkejših in najbolj nestabilnih kislin - žveplovih. Ta spojina ne obstaja v čisti obliki, saj je mogoče s kazalniki odkriti kisle lastnosti raztopine žveplovega dioksida (lakmus je rožnat). Žveplova kislina daje povprečne soli - sulfite in kisline - hidrosulfite. Med njimi so stabilne spojine.

Proces oksidacije žvepla v dioksidu v heksavid v žveplovi kislini je katalitičen. Nastala snov se močno raztopi v vodi, reagira z molekulami H ₂ O. Reakcija je eksotermna, nastane žveplova kislina ali bolje hidratizirana oblika.

Praktična uporaba žveplovega dioksida

Glavna metoda industrijske proizvodnje žveplove kisline, ki zahteva element dioksid, ima štiri faze:

1. Pridobivanje žveplovega dioksida s sežiganjem žvepla v posebnih pečeh.
2. Čiščenje nastalega žveplovega dioksida iz vseh vrst nečistoč.
3. Nadaljnja oksidacija v šestvalentno žveplo v prisotnosti katalizatorja.
4. Absorpcija žveplovega trioksida v vodi.

Pred tem je bil skoraj ves žveplov dioksid, potreben za proizvodnjo žveplove kisline v industrijskem obsegu, pridobljen s praženjem pirita kot stranskega produkta pri izdelavi jekla. Nove vrste predelave metalurških surovin porabijo manj kurjenja rude. Zato je v zadnjih letih naravni žveplo postal glavni vir za proizvodnjo žveplove kisline. Pomembne globalne zaloge te surovine nam omogočajo, da organiziramo obsežno predelavo.

Žveplov dioksid se pogosto uporablja ne samo v kemični industriji, ampak tudi v drugih industrije. Tekstilni mlini uporabljajo to snov in produkte njene kemične interakcije za beljenje svile in volnene tkanine. To je ena od vrst beljenja brez klora, pri katerem se vlakna ne uničijo.

Žveplov dioksid ima odlične lastnosti dezinfekcije, ki se uporablja v boju proti glivam in bakterijam. Žveplov anhidrid se zaplini s skladiščenjem kmetijskih proizvodov, vinskih sodov in kleti. SO2 se uporablja v živilski industriji kot konzervans in antibakterijska snov. Dodajte ga sirupom, v njih namočite sveže sadje. Sulfitizacija
Sok sladkorne pese spremeni barvo in razkuži surovine. Konzervirani zelenjavni pireji in sokovi vsebujejo tudi žveplov dioksid kot antioksidant in konzervans.