СЯРЕН ДИОКСИД (SO2): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИЛОЖЕНИЯ, РИСКОВЕ - ХИМИЯ - 2025

На серен диоксид е газообразен неорганично съединение, състояща се от сяра (S) и кислород (О), и неговата химична формула SO ₂. Това е безцветен газ с дразнеща и задушаваща миризма. В допълнение, той е разтворим във вода, образувайки киселинни разтвори. Вулканите го изхвърлят в атмосферата по време на изригвания.

Той е част от биологичния и геохимичен цикъл на сярата, но се произвежда в големи количества от определени човешки дейности като рафиниране на нефт и изгаряне на изкопаеми горива (въглища или дизел например).

Серен диоксид SO ₂ се излъчва от вулкани по време на изригвания. Brocken Inaglory. Източник: Wikimedia Commons.

SO ₂ е редуциращ агент, който позволява на хартиената каша да остане бяла след избелване с други съединения. Той също така служи за премахване на следи от хлор във вода, която е била обработена с този химикал.

Използва се за консервиране на някои видове храна, за дезинфекция на контейнери, където се произвежда ферментацията на гроздов сок, за да се получи вино или ечемик, за да се направи бира.

Използва се и като фунгицид в селското стопанство, за получаване на сярна киселина, като разтворител и като междинно съединение при химически реакции.

Присъстващият в атмосферата SO ₂ е вреден за много растения, във водата влияе на рибата и също така е един от тези, които са отговорни за "киселинния дъжд", който разяжда материалите, създадени от хората.

структура

Молекулата на серен диоксид е симетрична и образува ъгъл. Ъгълът се дължи на факта, че SO ₂ има свободна двойка електрони, който е електрони, които не формират връзка с всеки атом но са свободни.

Структура на Луис на серен диоксид, където се наблюдават неговата ъглова форма и двойката свободни електрони. WhittleMario. Източник: Wikimedia Commons.

номенклатура

- Сярен диоксид

- Серен анхидрид

- Сярен оксид.

Имоти

Физическо състояние

Безцветен газ.

Молекулно тегло

64,07 g / mol

Точка на топене

-75,5 ºC

Точка на кипене

-10.05 ºC

плътност

Газ: 2,26 при 0 ° С (по отношение на въздуха, тоест плътността на въздуха = 1). Това означава, че е по-тежък от въздуха.

Течност: 1,4 до -10 ° С (по отношение на водата, тоест плътността на водата = 1).

разтворимост

Разтворим във вода: 17,7% при 0 ° С; 11,9% при 15 ° С; 8,5% при 25 ° С; 6,4% при 35 ° С.

Разтворим в етанол, диетилов етер, ацетон и хлороформ. Той е по-малко разтворим в неполярни разтворители.

рН

Водните разтвори на SO ₂ са кисели.

Химични свойства

SO ₂ е мощен редуциращ и окисляващ агент. В присъствието на въздух и катализатор той се окислява до SO ₃.

SO ₂ + O ₂ → SO ₃

Самотните двойки електрони го карат понякога да се държи като база на Луис, с други думи, той може да реагира със съединения, където има атом, на който липсват електрони.

Ако SO ₂ е под формата на газ и суха, не атакува желязо, стомана, мед-никелови сплави, или никел-хром-желязо. Ако обаче е в течно или влажно състояние, това причинява корозия на тези метали.

Течният SO ₂ с 0,2% вода или повече произвежда силна корозия на желязо, месинг и мед. Корозивен е за алуминия.

Когато е течен, той може да атакува и някои пластмаси, каучуци и покрития.

Водни SO разтвори

SO ₂ е много разтворим във вода. Дълго време се смяташе, че във вода образува сярна киселина H ₂ SO ₃, но съществуването на тази киселина не е доказано.

В разтворите на SO ₂ във вода възникват следните 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 ⁺

Където HSO ₃ ^- е бисулфитният йон и SO ₃ ^2- е сулфитният йон. Йон сулфит SO ₃ ^2- се произвежда главно когато алкален се добавя към SO ₂ разтвор.

Водните разтвори на SO ₂ имат редуциращи свойства, особено ако са алкални.

Други свойства

- Той е изключително стабилен срещу горещина, дори до 2000 ° C.

- Не е запалим.

Получаване

SO ₂ се получава чрез изгаряне на сяра (S) във въздуха, въпреки че се образуват и малки количества SO ₃.

S + O ₂ → SO ₂

Той може да се получи и чрез нагряване на различни сулфиди във въздуха, изгаряне на пиритни минерали и минерали, съдържащи сулфиди, наред с други.

В случая на железен пирит, когато се окислява, се получават железен оксид (iii) и SO ₂:

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

Присъствие в природата

SO ₂ се освобождава в атмосферата от активността на вулкани (9%), но също така се причинява от други природни дейности (15%) и от човешки действия (76%).

Експлозивните вулканични изригвания причиняват значителни годишни колебания или колебания на SO ₂ в атмосферата. Смята се, че 25% от емисиите на SO _2, излъчвани от вулкани, се отмиват от дъжд преди да достигнат стратосферата.

Природните източници са най-обилни и се дължат на биологичния цикъл на сярата.

В градските и индустриалните райони преобладават човешките източници. Основната човешка дейност, която го произвежда, е изгарянето на изкопаеми горива, като въглища, бензин и дизел. Други човешки източници са нефтени рафинерии, химически заводи и производство на газ.

Човешките дейности като изгарянето на въглища за електричество са източник на замърсяване на SO ₂. Adrem68. Източник: Wikimedia Commons.

При бозайниците той се генерира ендогенно, тоест в тялото на животни и хора поради метаболизма на съдържащи сяра аминокиселини (S), особено L-цистеин.

Приложения

При производството на сярна киселина

Един от най-важните приложения на SO ₂ е за получаване на сярна киселина H ₂ SO ₄.

2 SO ₂ + 2 H ₂ O + O ₂ → 2 H ₂ SO ₄

В преработената хранителна промишленост

Серен диоксид се използва като консервант и стабилизатор на храната, като средство за контрол на влагата и като модификатор на вкуса и текстурата в някои ядливи продукти.

Използва се и за дезинфекция на оборудване, което влиза в контакт с хранителни продукти, ферментационно оборудване, като тези в пивоварните и винарните, контейнерите за храна и др.

Тя ви позволява да консервирате плодове и зеленчуци, увеличава живота им на рафта на супермаркета, предотвратява загубата на цвят и аромат и помага при задържането на витамин С (аскорбинова киселина) и каротини (прекурсори на витамин А).

Сушените плодове се пазят без гъбички и бактерии благодарение на SO ₂. Автор: Изабел Роденас. Източник: Pixabay.com

Използва се за консервиране на виното, тъй като унищожава бактерии, гъбички и нежелани дрожди. Използва се и за стерилизиране и предотвратяване на образуването на нитрозамини в бирата.

Ечемик ферментация оборудване за получаване на бира се стерилизира с SO ₂. Автор: Cerdadebbie. Източник: Pixabay

Използва се и за накисване на царевични ядки, за избелване на захар от цвекло и като антимикробно средство при производството на царевичен сироп с високо съдържание на фруктоза.

Като разтворител и реагент

Той се използва широко като неводен разтворител. Въпреки че не е йонизиращ разтворител, той е полезен като разтворител без протони за някои аналитични приложения и химически реакции.

Използва се като разтворител и реагент в органичния синтез, като междинно съединение в производството на други съединения като хлорен диоксид, ацетил хлорид и при сулфиране на масла.

Като редуциращ агент

Използва се като редуциращ агент, въпреки че не е толкова силен, а в алкален разтвор се образува сулфитният йон, който е по-енергиен редуциращ агент.

В различни приложения

SO ₂ се използва също:

- В селското стопанство като фунгицид и консервант за гроздето след прибиране на реколтата.

- за производство на хидросулфити.

- за избелване на дървесна маса и хартия, тъй като позволява да се стабилизира пулпата след избелване с водороден прекис H ₂ O ₂; SO ₂ произведения от унищожаване на останалите H ₂ O ₂ яркост и по този начин се поддържа целулоза, тъй H ₂ O ₂ може да доведе до обръщане на яркост.

- За избелване на текстилни влакна и плетени изделия.

- Да се ​​третира водата, тъй като тя елиминира остатъчния хлор, който остава след хлорирането на питейна, отпадни или промишлени води.

- При рафинирането на минерали и метали, като редуциращо средство за желязо по време на обработката на минерали

- При рафиниране на масло за улавяне на кислорода и забавяне на корозията, и като разтворител за екстракция.

- Като антиоксидант.

- Като алкален неутрализатор в производството на стъкло.

- В литиеви батерии като окислител.

Ефекти на ОС

Проучванията показват, че ендогенният или произведен от организма SO ₂ има благоприятен ефект върху сърдечно-съдовата система, включително регулирането на сърдечната функция и отпускането на кръвоносните съдове.

Когато SO ₂ се произвежда в тялото, той се превръща в неговите производни бисулфит HSO ₃ ^- и сулфит SO ₃ ^2-, който упражнява вазо-релаксиращ ефект върху артериите.

Ендогенният SO ₂ намалява хипертонията, предотвратява развитието на атеросклероза и предпазва сърцето от увреждане на миокарда. Освен това има антиоксидантно действие, инхибира възпалението и апоптозата (програмирана клетъчна смърт).

Поради тези причини се смята, че може да е възможна нова терапия за сърдечно-съдови заболявания.

Сърцето може да се възползва от SO _2, произведен от тялото. Автор: OpenClipart-Vectors. Източник: Pixabay

Рискове

- Излагането на газообразни SO ₂ може да доведе до изгаряния на очите, кожата, гърлото и лигавиците, увреждане на бронхиалните тръби и белите дробове.

- Някои проучвания съобщават, че има потенциален риск от увреждане на генетичния материал на клетките на бозайниците и човека.

- Корозивен е. Не е запалим.

екотоксичност

Серен диоксид е най-разпространеният замърсител в атмосферата, особено в градските и индустриалните райони.

Наличието му в атмосферата допринася за така наречения „киселинен дъжд“, който е вреден за водните организми, рибите, сухоземната растителност и корозията за материали, създадени от човека.

Паметник, повреден от киселинен дъжд. Нино Барбиери. Източник: Wikimedia Commons.

SO ₂ е токсичен за рибите. Зелените растения са изключително чувствителни към атмосферния SO ₂. Люцерна, памук, ечемик и пшеница са повредени при ниски нива на околната среда, докато картофите, лукът и царевицата са много по-устойчиви.

Ефекти от поглъщането му с храна

Въпреки че е безвреден за здравите хора, когато се използва в концентрациите, препоръчани от оторизирани здравни агенции, SO ₂ може да предизвика астма при чувствителни хора, които го приемат с храна.

Чувствителните хора могат да страдат от астма, когато ядат храни с малки количества SO ₂. Сурай в Малаялам Уикипедия. Източник: Wikimedia Commons.

Храните, които обикновено го съдържат, са сушени плодове, изкуствени безалкохолни напитки и алкохолни напитки.

Препратки

1. Национална медицинска библиотека на САЩ. (2019). Сярен диоксид. Възстановени от pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Huang, Y. et al. (2016 г.). Ендогенен серен диоксид: нов член на семейство Газотрансмитери в сърдечно-съдовата система. Oksid Med Cell Longev. 2016; 2016: 8961951. Възстановени от ncbi.nlm.nih.gov.
3. Котън, Ф. Алберт и Уилкинсън, Джефри. (1980 г.). Разширена неорганична химия. Четвърто издание. John Wiley & Sons.
4. Windholz, M. et al. (редактори) (1983). Индексът на Merck Енциклопедия на химикали, лекарства и биологични вещества. Десето издание. Merck & CO., Inc.
5. Пан, X. (2011). Серни оксиди: източници, експозиция и въздействие върху здравето. Ефекти върху здравето на серните оксиди върху здравето. В Енциклопедия на здравето на околната среда. Възстановени от sciencedirect.com.
6. Tricker, R. и Tricker, S. (1999). Замърсители и замърсители. Сярен диоксид. В екологичните изисквания за електромеханично и електронно оборудване. Възстановени от sciencedirect.com.
7. Bleam, W. (2017). Киселинно-основна химия. Сярни оксиди. В почвата и околната среда химия (второ издание). Възстановени от sciencedirect.com.
8. Freedman, BJ (1980). Серен диоксид в храни и напитки: употребата му като консервант и ефектът му при астма. Br J Dis Сандък. 1980; 14 (2): 128-34. Възстановени от ncbi.nlm.nih.gov.
9. Крейг, К. (2018). Преглед на химията, употребата на пестициди и околната среда на серен диоксид, както се използва в Калифорния. В отзиви за замърсяване на околната среда и токсикология. Том 246. Възстановен от link.springer.com.