Диоксид серы - Sulfur dioxide


Из Википедии, свободной энциклопедии
Диоксид серы
Скелетная диоксида серы формулы с различными размерами
Spacefill модель диоксида серы
Структура Льюиса диоксида серы (SO2), показывая неразделенные электронные пары.
имена
название IUPAC
Диоксид серы
Другие имена
Сернистый ангидрид
серы оксид (IV) ,
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
3535237
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
ИКГВ InfoCard 100.028.359
Номер EC 231-195-2
номер E Е220 (консерванты)
1443
KEGG
MeSH Сера диоксид +
PubChem ИДС
номер RTECS WS4550000
UNII
номер ООН 1079, 2037
свойства
ТАК
2
Молярная масса 64,066 г моль -1
Внешность Бесцветный газ
запах Едкая; похож на только что ударил матч
плотность 2.6288 кг м -3
Температура плавления -72 & deg; С; -98 ° F; 201 К
Точка кипения От -10 ° C (14 ° F, 263 К)
94 г / л
образует сернистую кислоту
Давление газа 237,2 кПа
КислотностьК ) 1,81
БазисностьК б ) 12,19
-18,2 · 10 -6 см 3 / моль
вязкость 0,403 сП (при 0 ° C)
Состав
С 2 v
дигональный
двугранный
1,62 D
термохимия
248,223 Дж.К. -1 моль -1
-296,81 кДж моль -1
опасности
СГС пиктограммы Коррозионная Пиктограмма в глобальном уровне системы классификации и маркировки химических веществ (СГС) Череп и скрещенные-пиктограммой в согласованной на глобальном уровне системы классификации и маркировки химических веществ (СГС)
сигнальное слово СГС Опасность
H314 , H331
NFPA 704
Flammability code 0: Will not burn. E.g., water Health code 3: Short exposure could cause serious temporary or residual injury. E.g., chlorine gas Reactivity code 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g., liquid nitrogen Special hazards (white): no codeNFPA 704 четыре цвета алмаза
0
3
0
Смертельная доза или концентрация ( LD , LC ):
3000 частей на миллион (мышь, 30 мин)
2520 частей на миллион (крыса, 1 час)
993 частей на миллион (крыса, 20 мин)
611 частей на миллион (крыса, 5 ч)
764 частей на миллион (мышь, 20 мин)
1000 частей на миллион (человек, 10 мин)
3000 частей на миллион (человек, 5 мин)
Пределы воздействия здоровья США ( NIOSH ):
PEL (допустимый)
TWA 5 частей на миллион (13 мг / м 3 )
REL (рекомендуется)
TWA 2 частей на миллион (5 мг / м 3 ) СТ 5 частей на миллион (13 мг / м 3 )
IDLH (Непосредственная опасность)
100 частей на миллион
Родственные соединения
Связанные серы оксиды
Сера Окись
триоксид серы
Родственные соединения
озон

Двуокись селена
сернистой кислоты
диоксид теллура

За исключением случаев, когда указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что   ?) ☑Y☒N
ссылки Infobox

Диоксид серы (также диоксид серы в британском английском ) является химическим соединением с формулой S O
2
. Это является токсичнымгазомс обожженным матчем запахом. Он выпущен естественным путемвулканической активностии производитсякачестве побочного продукта при сжиганииископаемого топливазагрязненных соединений серы и извлечения меди.

Структура и склеивание

SO 2 представляет собой молекулу с согнуты С 2v точечной симметрии группы . Теория валентных связей подход рассматривает только S и р - орбитали описывала бы склеивание с точки зрения резонанса между двумя резонансными структурами.

Две резонансные структуры диоксида серы

Связь серы и кислорода имеет порядок облигаций 1,5. Существует поддержка для этого простого подхода , который не вызывает d орбитального участия. С точки зрения электронно-счетной формализма, атом серы имеет степень окисления +4 и формальный заряд +1.

Вхождение

Синее авроральное свечение верхней атмосферы Ио вызваны вулканической двуокиси серы.

Он находится на Земле и существует в очень малых концентрациях и в атмосфере при температуре около 1 промилле.

На других планетах, его можно найти в различных концентрациях, наиболее значительная из которых в атмосфере Венеры , где он является третьим наиболее значительным атмосферным газом при 150 частях на миллионе. Там, он конденсируется, образуя облака, и является ключевым компонентом химических реакций в атмосфере планеты и способствует глобальному потеплению . Он был замешан в качестве ключевого агента потепления раннего Марса , с оценками концентраций в нижних слоях атмосферы достигает 100 частей на миллион, хотя она существует только в следовых количествах. На оба Венере и Марс, как и на Земле, ее основной источник считается вулканическими. Атмосфера Ио , естественного спутника Юпитера , составляет 90% двуокиси серы и следовые количества , как полагают, также существуют в атмосфере Юпитера .

В качестве льда, то , как полагают, существуют в изобилии на галилеевых спутников -В сублимации льда или инея на заднем полушарии Ио , а также в коре и мантии Европы , Ганимеда и Каллисто , возможно , также в жидкой форме и легко реагировать с водой.

производство

Диоксид серы в основном производятся для производства серной кислоты (см контактного процесса ). В Соединенных Штатах в 1979 году, 23,6 млн тонн (26,014,547 США коротких тонн) диоксид серы были использованы таким образом, по сравнению с 150 тыс тонн (165,347 США коротких тонн) , которые используются для других целей. Большинство двуокиси серы производится за счет сжигания элементарной серы. Некоторые диоксид серы также производится путем обжига пирита и других сульфидных руд в воздухе.

Эксперимент , показывающий сжигание серы в кислороде. Поток-камера соединена с моечной газа бутылки (заполненной раствором метилового оранжевого ) используется. Продукт диоксид серы (SO 2 ) с некоторыми следами триоксида серы (SO 3 ). «Дым» , который выходит из промывочного газа бутылки, по сути, туман серной кислоты генерируется в реакции.

маршруты сгорания

Диоксид серы является продуктом сжигания серы или сжигания материалов, содержащих серу:

S + O 2 → СО 2 , & delta ; H = -297 кДж / моль

Для облегчения горения, сжиженные серы (140-150 ° С, 284-302 ° F) , разбрызгивают через распылительное сопло для создания мелких капель серы с большой площадью поверхности. Реакция является экзотермической , и сгорание производит температуру 1000-1600 ° С, (1832-2912 ° F). Значительное количество тепла , производимого извлекают путем выработки пара , который затем может быть преобразована в электричество.

Сжигание сероводорода и органических соединений серы протекает аналогично. Например:

2 H 2 S + 3 O 2 → 2 Н 2 О + 2 SO 2

Обжарка сульфидных руд , таких как пирит , сфалерит и киноварь (сульфид ртути) также выпускает SO 2 :

4 FeS 2 + 11 O 2 → 2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2
2 ZnS + 3 O 2 → 2 ZnO + 2 SO 2
HgS + O 2 → Hg + SO 2
4 FeS + 7O 2 → 2 Fe 2 O 3 + 4 SO 2

Сочетание этих реакций отвечает за крупным источником двуокиси серы, вулканических извержений. Эти события могут выпустить миллионы тонн SO 2 .

Уменьшение высших оксидов

Диоксид серы также может быть побочным продуктом в производстве силиката кальция цемента ; CaSO 4 нагревают с коксом и песком в этом процессе:

2 CaSO 4 + 2 SiO 2 + C → 2 CaSiO 3 + 2 SO 2 + СО 2

До 1970 - х годов, коммерческие количества серной кислоты и цемента не были получены в результате этого процесса в Whitehaven , Англия. После смешивания с сланцем или мергелем , и жареным, сульфат освободила газообразный диоксид серы, используемый в производстве серной кислоты, реакция также произвела силикат кальция, предшественник в производстве цемента.

В лабораторном масштабе, действие горячей концентрированной серной кислоты на медных стружек производит диоксид серы.

Cu + 2 Н 2 SO 4 → CuSO 4 + SO 2 + 2 Н 2 О

Из сульфита

Сульфитной результаты реакции водного основания и диоксида серы. Обратная реакция включает подкисление метабисульфит натрия :

H 2 SO 4 + Na 2 S 2 O 5 → 2 SO 2 + Na 2 SO 3 + H 2 O

Реакции

Промышленные реакции

Лечение основных растворов с диоксидом серы дает сульфит соли (например , сульфит натрия ):

SO 2 + 2 NaOH → Na 2 SO 3 + H 2 O

Благодаря серы в состоянии окисления +4, диоксид серы является восстанавливающим агентом . Это окисляется галогенами , чтобы дать сульфурилгалогениды, такие как сульфурилхлорид :

SO 2 + Cl 2 → SO 2 Cl 2

Диоксид серы является окислителем в процессе Клауса , который проводится в крупном масштабе в нефтеперерабатывающих заводах . Здесь, диоксид серы восстанавливают сероводородом с получением элементарной серы:

SO 2 + 2 H 2 S → 3 S + 2 H 2 O

Последовательное окисление диоксида серы с последующим ее гидратации используется в производстве серной кислоты.

2 SO 2 + 2 Н 2 O + O 2 → 2 Н 2 SO 4

Лабораторные реакции

Диоксид серы является одним из немногих общих кислых еще восстановительных газов. Оказывается влажную лакмусовую розовый ( к кислой среде), затем белый (из - за его отбеливающим эффектом). Он может быть идентифицирован путем барботажа его через бихромат раствор, превращая раствор от оранжевого до зеленого цвета (Cr 3+ (водно)). Оно может также уменьшить ионы трехвалентного железа до двухвалентного.

Диоксид серы может вступать в реакцию с определенными 1,3- диенов в cheletropic реакции с образованием циклических сульфонов . Эта реакция эксплуатируются в промышленном масштабе для синтеза сульфолана , что является важным растворителем в нефтехимической промышленности.

Cheletropic реакция бутадиена с SO2.svg

Диоксид серы может связываться с ионами металлов в качестве лиганда с образованием комплексов диоксида серы металла , как правило , в котором переходный металл находится в состоянии окисления 0 или +1. Много различных режимы склеивания (геометрии) распознаются, но в большинстве случаев, лиганд представляет собой монодентатный, прикрепленный к металлу через серу, которая может быть либо плоской и пирамидальные η 1 .

Пользы

Предшественник к серной кислоте

Диоксид серы является промежуточным продуктом в производстве серной кислоты, превращаясь в триоксид серы , а затем олеум , который выполнен в серную кислоту. Диоксид серы для этой цели производится , когда сера соединяется с кислородом. Способ превращения диоксида серы в серную кислоту называется контактным процессом . Несколько миллиардов килограммов ежегодно производится для этой цели.

В качестве консерванта

Диоксид серы иногда используется в качестве консерванта на сушеные абрикосы , сушеные инжир и другие сушеные фрукты , благодаря своим противомикробным свойствам, так и называется Е 220 , когда используется таким образом в Европе. В качестве консерванта, он сохраняет красочный внешний вид фруктов и предотвращает гниение . Он также добавил к sulfured патоки .

В виноделии

Диоксид серы впервые был использован в виноделии римлян, когда они обнаружили , что горение свечи серы внутри пустых винных сосудов держат их свежими и свободные от уксуса запаха.

Это по - прежнему является важным соединением в виноделии, и измеряется в частях на миллион ( частей на миллион ) в вине. Он присутствует даже в так называемом unsulfurated вина в концентрации до 10 мг / л. Он служит в качестве антибиотика и антиоксиданта , защищая вино от порчи бактерий и окисления - явление , которое приводит к потемнению вина и потере культиваров конкретных вкусов. Его противомикробное действие также помогает свести к минимуму летучих кислот. Вина , содержащие диоксид серы , как правило , помечены « содержащих сульфиты ».

Диоксид серы существует в вине в свободных и связанных форм, а также комбинации упоминаются как общая SO 2 . Связывание, например , к карбонильной группе ацетальдегида , изменяется в зависимости от вина в вопросе. Свободная форма существует в равновесии между молекулярным SO 2 (в виде растворенного газа) и бисульфит - иона, который в свою очередь в равновесии с сульфита иона. Эти равновесия зависят от рН вина. Нижний рН сдвигает равновесие в сторону молекулярной (газообразный) SO 2 , который является активной формой, в то время как при более высоком рН более SO 2 находится в неактивном сульфита и бисульфита форм. Молекулярное SO 2 активен в качестве антимикробного средства и антиоксиданта, и это также форма , которая может быть воспринята как едкий запах при высоких уровнях. Вина с общей SO 2 концентрации ниже 10 частей на миллион , не требуют «содержит сульфиты» на этикетке в соответствии с законами США и ЕС. Верхний предел общего количества SO 2 допускается вино в США составляет 350 частей на миллион; в ЕС она составляет 160 частей на миллион для красной вины и 210 частей на миллион для белых и розовых вин. В низких концентрациях, SO 2 в основном не обнаруживается в вине, но на свободных SO 2 концентрации более 50 частей на миллион, SO 2 становится очевидным в запах и вкус вина.

SO 2 также является очень важным соединением в винзавод санитарии. Винзаводы и оборудование должны содержаться в чистоте, а также потому , что отбеливатель не может быть использован в винном заводе из - за риск пробки налета , смеси СО 2 , вода и лимонная кислота обычно используются для очистки и дезинфекции оборудования. Озон (O 3 ) в настоящее время широко используется для дезинфекции в винодельческих благодаря своей эффективности, и потому , что он не влияет на вино или большую часть оборудования.

В качестве восстанавливающего агента

Диоксид серы является также хорошим восстановителем . В присутствии воды, диоксид серы способен обесцветить вещества. В частности, он является полезным сокращением отбеливателя для бумаг и хрупких материалов , таких как одежда. Этот эффект отбеливания обычно не длится очень долго. Кислород в атмосфере reoxidizes уменьшенных красителей, восстанавливая цвет. В городских сточных вод, диоксид серы используется для лечения хлорированного сточных вод до их выпуска. Диоксид серы уменьшает свободный и комбинированный хлор хлорид .

Диоксид серы является достаточно растворим в воде, и как ИК и спектроскопии комбинационного рассеяния; гипотетическая сернистая кислота, Н 2 SO 3 , нет какого - либо степени. Однако такие решения показывают спектры сульфита иона водорода, HSO 3 - , в результате реакции с водой, и это на самом деле фактический восстанавливающий агент присутствует:

SO 2 + H 2 O ⇌ HSO 3 - + Н +

Биохимические и медико-биологические роли

Диоксид серы является токсичным в больших количествах. Это или его сопряженное основание бисульфита получают биологически в качестве промежуточного продукта в обоих сульфатредуцирующих организмов и в окисляющих серу бактерий, а также. Роль диоксида серы в биологии млекопитающих еще не изучена. Блоки диоксида серы нервные сигналы от легочных рецепторов растяжения и устраняет инфляцию рефлекс Геринга-Breuer .

Было показано , что эндогенный диоксид серы играет роль в уменьшении экспериментальных легких повреждений , вызванные олеиновой кислотой . Эндогенный диоксид серы понижен перекисное окисление липидов, образование свободных радикалов, окислительный стресс и воспаление в ходе экспериментального повреждения легкого. И наоборот, успешное поражение легкого вызвало значительное снижение эндогенного производства диоксида серы, а также увеличение перекисного окисления липидов, образование свободных радикалов, окислительный стресс и воспаление. Кроме того, блокада с ферментом , который производит эндогенные SO 2 значительно возросло количество легких повреждений ткани в эксперименте. И наоборот, при добавлении ацетилцистеина или глутатиона в рацион крыс увеличились количество эндогенного SO 2 , полученным и уменьшил повреждение легкого, образование свободных радикалов, оксидативный стресс, воспаление и апоптоз.

Считаются , что эндогенный диоксид серы играет важную физиологическую роль в регуляции кардиологического и кровеносные сосуды функции и аберрантный или недостающий метаболизм диоксида серы может внести свой вклад в нескольких различных сердечно - сосудистых заболеваниях, такие как артериальная гипертензия , атеросклероз , легочная артериальной гипертензия , стенокардия .

Было показано , что у детей с легочной артериальной гипертензией вследствие врожденных пороков сердца уровня гомоцистеина выше , а уровень эндогенного диоксида серы ниже , чем у нормальных детей управления. Кроме того, эти биохимические показатели сильно коррелируют с тяжестью легочной артериальной гипертензии. Авторы считали гомоцистеин быть одним из полезных биохимических маркеров тяжести заболевания и метаболизм серы диоксида , чтобы быть одним из потенциальных терапевтических мишеней в этих больных.

Эндогенный диоксид серы , также было показано , чтобы снизить пролиферацию скорость эндотелиальных гладких мышечных клеток в кровеносных сосудах, с помощью опускания МАРК активности и активации аденилатциклазы и протеинкиназы А . Гладкая пролиферации мышечных клеток является одним из важных механизмов гипертонического ремоделирования кровеносных сосудов и их стеноза , так что является важным патогенетическим механизмом при артериальной гипертензии и атеросклерозе.

Эндогенный диоксида серы в низких концентрациях вызывает эндотелий-зависимую вазодилатацию . В более высоких концентрациях он вызывает эндотелий-независимой вазодилатации и имеет отрицательный инотропный эффект на сердечную функцию вывода, таким образом , эффективно снижая кровяное давление и потребление кислорода миокардом. Сосудорасширяющие и бронхолитические эффекты диоксида сер опосредованы через АТФ-зависимые кальциевые каналы и L-тип ( «дигидропиридин») кальциевые каналы. Эндогенный диоксид серы также является мощным противовоспалительным, антиоксидантным и цитопротективный агентом. Он снижает артериальное давление и замедляет гипертонического ремоделирования кровеносных сосудов, особенно утолщение их интиме. Он также регулирует липидный обмен.

Эндогенный диоксид серы также уменьшает повреждение миокарда, вызванного изопротеренол адренергической гиперстимуляции, и усиливает антиоксидантную миокарда запас защиты.

В качестве хладагента

Будучи легко конденсируется и обладающие высокой теплотой испарения , диоксид серы является кандидатом материал для холодильных агентов. До разработки хлорфторуглеродов , диоксид серы используют в качестве хладагента в домашних холодильниках .

В качестве реагента и растворителя в лаборатории

Диоксид серы является универсальным инертный растворитель , широко используемый для растворения солей с высокой окислительной способностью . Он также используется иногда в качестве источника сульфонильной группы в органическом синтезе . Лечение арила солей диазония с диоксидом серы и хлорида одновалентной меди получают соответствующий хлорид арилсульфонил, например:

Получение м-trifluoromethylbenzenesulfonyl chloride.svg

Предлагаемое использование в климатической технике

Инъекции диоксида серы в стратосферу было предложено в климатической технике . Охлаждающий эффект будет подобен тому , что наблюдалось после большого взрывного извержения вулкана на горе Пинатубо в 1991 году эта форма геоинженерии будет иметь неопределенные региональные последствия выпадении осадков, например , в муссонных регионах.

В качестве загрязнителя воздуха

Столб диоксида серы из вентиляционного отверстия Halema'uma'u , светится в ночное время

Диоксид серы является заметным компонентом в атмосфере, особенно после вулканических извержений. По данным Агентства по охране окружающей среды Соединенных Штатов , количество двуокиси серы выпущена в США в год было:

Коллекция оценок прошлого и будущих антропогенных глобальных выбросы двуокиси серы. Кофала и др. оценки для исследований чувствительности на SO 2 политики выбросов, ДЗ: Действующее законодательство, MFR: максимально возможное сокращение. СКТ (Представительная Концентрация Путь) используется в ПССМ5 моделировании для последнего отчета об оценке МГЭИКА 5 (2013-2014).
Год SO 2
1970 31,161,000 коротких тонн (28,3 Мт)
1980 25,905,000 коротких тонн (23,5 Мт)
1990 23,678,000 коротких тонн (21,5 Мт)
1996 18,859,000 коротких тонн (17,1 Мт)
1997 19,363,000 коротких тонн (17,6 Мт)
1998 19,491,000 коротких тонн (17,7 Мт)
1999 18,867,000 коротких тонн (17,1 Мт)

Диоксид серы является одним из основных загрязнителей воздуха и оказывает значительное воздействие на здоровье человека. Кроме того, концентрация диоксида серы в атмосфере может повлиять на пригодность для обитания растительных сообществ, а также жизнь животных. Выбросы диоксида серы являются предшественником кислотных дождей и атмосферных частиц. В значительной степени благодаря США ЕРА программы кислотных дождей , США имел снижение на 33% выбросов между 1983 и 2002. Это усовершенствование привело части из дымового газа от сернистых соединений , технология , которая позволяет SO 2 , чтобы быть химически связаны в электростанциях горения серосодержащие уголь или нефть . В частности, оксид кальция (известь) реагирует с диоксидом серы с образованием сульфита кальция :

СаО + СО 2 → CaSO 3

Аэробные окисление CaSO 3 дает CaSO 4 , ангидрита . Наиболее гипс продается в Европе происходит от дымовых газов десульфурации.

Сера может быть удалена из угля во время горения при использовании известняка в качестве материала слоя в сжигании в псевдоожиженном слое .

Сера также может быть удален из топлива перед сжиганием, предотвращая образование SO 2 , когда топливо сгорает. Процесс Клауса используется на нефтеперерабатывающих заводах для производства серы в качестве побочного продукта. Процесс Стрэтфорда был также использован для удаления серы из топлива. Редокс также могут быть использованы процессы , использующие оксиды железа, например, Lo-Cat или Sulferox.

Диоксид серы в мире по 15 апреля 2017. Следует отметить, что движется двуокиси серы в атмосфере с господствующих ветров и распределения, таким образом, местные двуокиси серы варьируются изо дня в день с погоды и сезонности.

Топливные добавки , такие как кальций добавка и карбоксилат магния могут быть использованы в судовых двигателях , чтобы снизить выброс диоксида серы газов в атмосферу.

В 2006 году Китай был крупнейшим в мире загрязнителем диоксид серы, с выбросами 2005 оценивается в 25,490,000 коротких тонн (23,1 Мт). Эта сумма представляет собой увеличение на 27% с 2000 года, и примерно сопоставим с выбросами США в 1980 году.

безопасности

Геологическая служба США добровольца испытание диоксида серы после 2018 года нижней Пуны извержения

ингаляция

Вдох двуокиси серы связано с увеличением респираторных симптомов и заболеваний, затруднение дыхания и преждевременной смерти. В 2008 году Американская конференция государственных специалистов по промышленной гигиене снизило краткосрочный предел воздействия до 0,25 частей на миллион (частей на миллион). OSHA PEL в настоящее время составляет 5 частей на миллион (13 мг / м 3 ) взвешенная по времени среднего. НИОТПГ установил IDLH на 100 частей на миллион. В 2010 году EPA «пересмотрел первичные SO 2 НСКОВ путем создания нового один-часовой стандарт на уровне 75 частей на миллиард (частей на миллиард) . EPA отменил два существующих первичных стандартов , поскольку они не обеспечивают дополнительную защиту здоровья населения по заданному один час стандарт на уровне 75 частей на миллиард «.

2011 систематический обзор пришел к выводу , что воздействие двуокиси серы связано с преждевременными родами .

прием пищи

В Соединенных Штатах, Центр науки в интересах общества перечисляет два пищевых консерванты, диоксид серы и бисульфит натрия , как безопасные для потребления человека , для некоторых , кроме астматических лиц , которые могут быть чувствительны к ним, особенно в больших количествах. Симптомы чувствительности к sulfiting агентов, включая двуокись серы, проявленные как потенциально опасная для жизни проблемы с дыханием в течение нескольких минут после приема препарата.

Смотрите также

Рекомендации

внешняя ссылка