Sumporni dioksid - fizikalna svojstva, priprema i uporaba

Sumporni dioksid ima molekularnu strukturu sličnu ozonu. Atom sumpora smješten u središtu molekule vezan je za dva atoma kisika. Ovaj plinoviti proizvod oksidacije sumpora nema boju, proizvodi jak miris, a kada se uvjeti promijene lako se kondenzira u bistru tekućinu. Tvar je dobro topljiva u vodi, ima antiseptička svojstva. SO2 _se proizvodi u velikim količinama u kemijskoj industriji, točnije u ciklusu proizvodnje sumporne kiseline. Plin se široko koristi za preradu poljoprivrednih i prehrambenih proizvoda, tkanina za izbjeljivanje u tekstilnoj industriji.

Sustavna i trivijalna imena tvari

Potrebno je razumjeti raznolikost izraza koji se odnose na isti spoj. Službeni naziv spoja čiji kemijski sastav odražava formulu SO2 je sumporni dioksid. IUPAC preporučuje korištenje ovog pojma i njegovog engleskog ekvivalenta - Sumpor dioksid. Udžbenici za škole i sveučilišta češće spominju takav naziv - sumpor-oksid (IV). Rimski broj u zagradama označava valenciju atoma S. Kisik u ovom oksidu je bivalentan, a oksidacijski broj sumpora je +4. Tehnička literatura koristi tako zastarjele termine kao sumporni dioksid, sumporasti kiselinski anhidrid (produkt njegove dehidracije).

Sastav i molekularna struktura SO2

Molekulu SO2 tvore jedan atom sumpora i dva atoma kisika. Između kovalentnih veza postoji kut od 120 °. Sp2 hibridizacija se javlja u atomu sumpora - oni su poravnani u obliku i energiji oblaka od jednog s i dva p-elektrona. Uključeni su u obrazovanje. kovalentnu vezu između sumpora i kisika. U paru O - S udaljenost između atoma je 0,143 nm. Kisik je elektronegativniji element od sumpora, što znači da su vezni parovi elektrona pomaknuti od središta prema vanjskim kutovima. Cijela molekula je također polarizirana, negativni pol je O atom, pozitivan je S atom.

Neki fizikalni parametri sumpornog dioksida

Oksid tetravalentnog sumpora u normalnim uvjetima okoline čuva plinovito agregatno stanje. Formula sumpornog dioksida omogućuje određivanje njegove relativne molekularne i molarne mase: Mr (SO2) = 64,066, M = 64,066 g / mol (može se zaokružiti na 64 g / mol). Ovaj plin je gotovo 2,3 puta teži od zraka (M (zrak) = 29 g / mol). Dioksid ima oštar, specifičan miris gorućeg sumpora, koji je teško zbuniti s bilo kojim drugim. To je neugodno, iritira sluznice očiju, uzrokuje kašalj. Međutim, sumporni oksid (IV) nije toliko otrovan kao sumporovodik.

Pod tlakom na sobnoj temperaturi, plinoviti sumporni dioksid se ukapljuje. Na niskim temperaturama, tvar je u krutom stanju, topi se na -72 ... –75,5 ° C. S daljnjim povećanjem temperature pojavljuje se tekućina, a na -10,1 ° C nastaje plin. Molekule SO2 termički su stabilne, a razgradnja na atomski sumpor i molekularni kisik nastaju na vrlo visokim temperaturama (oko 2800 ºS).

Topljivost i interakcija s vodom

Sumporni dioksid, kada se otopi u vodi, djelomično reagira s njom kako bi stvorio vrlo slabu sumpornu kiselinu. U vrijeme primitka, on se odmah razgrađuje u anhidrid i vodu: SO2 + H20O2H2S03. Zapravo, rješenje nije prisutno sumporna kiselina i hidratirane SO2 molekule. Plinoviti dioksid bolje reagira s hladnom vodom, a njezina topljivost opada s porastom temperature. Pod normalnim uvjetima, može se otopiti u 1 volumenu vode do 40 volumena plina.

Sumpor dioksid u prirodi

Značajne količine sumpornog dioksida ispuštaju se s vulkanskim plinovima i lavom tijekom erupcija. Mnoge vrste ljudskih aktivnosti također dovode do povećanja koncentracije SO ₂ u atmosferi.

Sumporni anhidrid se u zrak isporučuje u metalurškim postrojenjima, gdje ispušni plinovi nisu zarobljeni tijekom pečenja rude. Mnoge vrste fosilnih goriva sadrže sumpor, zbog čega se znatne količine sumpornog dioksida ispuštaju u atmosferski zrak kada se ugljen, nafta i plin iz njih izgaraju. Sumporni dioksid postaje toksičan za ljude pri koncentracijama u zraku većim od 0,03%. Kod osobe počinje kratak dah, mogu se pojaviti simptomi poput bronhitisa i upale pluća. Vrlo visoke koncentracije sumpornog dioksida u atmosferi mogu dovesti do ozbiljnog trovanja ili smrti.

Sumporni dioksid - proizvodnja u laboratoriju i industriji

Laboratorijske metode:

1. Kada se sumpor sagorijeva u tikvici s kisikom ili zrakom, dobiva se dioksid pomoću formule: S + O2 = SO2.
2. Moguće je djelovati na soli sumporne kiseline s jačim anorganskim kiselinama, bolje je uzeti solnu kiselinu, ali je moguće razrijediti sumpornu kiselinu:

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

3. Kada bakar djeluje s koncentriranom sumpornom kiselinom, ne oslobađa se vodik, već sumporni dioksid:

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

Suvremene metode industrijske proizvodnje sumpornog dioksida:

1. Oksidacija prirodnog sumpora kada se spali u posebnim pećima: S + O ₂ = SO ₂ .
2. Paljenje željeznog pirita (pirita).

Osnovna kemijska svojstva sumpornog dioksida

Sumporni dioksid je aktivni spoj kemijski. U redoks procesima, ova tvar često djeluje kao redukcijsko sredstvo. Na primjer, u interakciji molekularnog broma sa sumpornim dioksidom, reakcijski produkti su sumporna kiselina i bromovodik. Oksidacijska svojstva SO2 nastaju kada se taj plin propušta kroz vodik sulfidnu vodu. Kao rezultat, oslobađa se sumpor, javlja se samo-oksidacija-samo-redukcija: SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O.

Sumporni dioksid pokazuje kiselinska svojstva. Odgovara jednoj od najslabijih i najnestabilnijih kiselina - sumpornoj. Ovaj spoj ne postoji u svom čistom obliku, moguće je detektirati kisela svojstva otopine sumpornog dioksida pomoću indikatora (lakmus je ružičast). Sumporna kiselina daje prosječne soli - sulfite i kiseline - hidrosulfite. Među njima su stabilni spojevi.

Proces oksidacije sumpora u dioksidu u heksavid u sumpornoj kiselini je katalitički. Dobivena tvar je snažno otopljena u vodi, reagira s molekulama H2O Reakcija je egzotermna, nastaje sumporna kiselina, odnosno hidratizirani oblik.

Praktična uporaba sumpornog dioksida

Glavna metoda industrijske proizvodnje sumporne kiseline, koja zahtijeva element dioksid, ima četiri faze:

1. Dobivanje sumpornog dioksida spaljivanjem sumpora u posebnim pećima.
2. Pročišćavanje dobivenog sumpornog dioksida iz svih vrsta nečistoća.
3. Daljnja oksidacija u heksavalentni sumpor u prisutnosti katalizatora.
4. Apsorpcija sumpornog trioksida vodom.

Ranije je gotovo sav sumporni dioksid potreban za proizvodnju sumporne kiseline u industrijskom mjerilu dobiven prženjem pirita kao nusproizvoda proizvodnje čelika. Nove vrste prerade metalurških sirovina manje koriste sagorijevanje rude. Stoga je prirodni sumpor posljednjih godina postao glavni izvor za proizvodnju sumporne kiseline. Značajne globalne rezerve ove sirovine, njezina dostupnost omogućuje nam da organiziramo obradu velikih razmjera.

Sumporni dioksid se široko koristi ne samo u kemijskoj industriji, već iu drugim sektori gospodarstva. Tekstilne mlinice koriste ovu tvar i proizvode njezine kemijske interakcije za izbjeljivanje svile i vunene tkanine. To je jedna od vrsta izbjeljivanja bez klora u kojoj vlakna nisu uništena.

Sumporni dioksid ima izvrsna dezinfekcijska svojstva, koja se koriste u borbi protiv gljivica i bakterija. Sumporni anhidrid se fumigira skladištenjem poljoprivrednih proizvoda, vinskih bačava i podruma. Koristi se SO2 u prehrambenoj industriji kao konzervans i antibakterijska tvar. Dodajte ga sirupima, upijte svježe voće. Sulfitizatsiya
sok od šećerne repe mijenja boju i dezinficira sirovine. Konzervirani pirei od povrća i sokovi također sadrže sumporni dioksid kao antioksidans i konzervans.