Oxid siřičitý - fyzikální vlastnosti, příprava a použití

Oxid siřičitý má molekulární strukturu podobnou ozonu. Atom síry umístěný ve středu molekuly je vázán na dva atomy kyslíku. Tento plynný produkt oxidace síry nemá žádnou barvu, vytváří silný zápach a při změnách podmínek snadno kondenzuje do čiré kapaliny. Látka je dobře rozpustná ve vodě, má antiseptické vlastnosti. SO _{2 se} vyrábí ve velkém množství v chemickém průmyslu, a sice ve výrobním cyklu kyseliny sírové. Plyn je široce používán pro zpracování zemědělských a potravinářských výrobků, bělících textilií v textilním průmyslu.

Systematické a triviální názvy látek

Je třeba pochopit rozmanitost pojmů souvisejících s touto sloučeninou. Úřední název sloučeniny, jejíž chemické složení odráží vzorec SO ₂ , je oxid siřičitý. IUPAC doporučuje používat tento termín a jeho anglický ekvivalent - oxid siřičitý. Učebnice pro školy a univerzity častěji uvádějí takové jméno - oxid síry (IV). Římská číslice v závorkách označuje valenci atomu S. Kyslík v tomto oxidu je bivalentní a oxidační číslo síry je +4. V technické literatuře se používají zastaralé pojmy jako oxid siřičitý, anhydrid kyseliny sírové (produkt jeho dehydratace).

Složení a molekulární struktura SO2

Molekula SO2 _je tvořena jedním atomem síry a dvěma atomy kyslíku. Mezi kovalentními vazbami je úhel 120 °. Sp2 hybridizace se vyskytuje v atomu síry - jsou uspořádány ve formě a energii mraku jednoho s a dvou p-elektronů. Jsou zapojeni do vzdělávání. kovalentní vazbu mezi sírou a kyslíkem. V páru O - S je vzdálenost mezi atomy 0,143 nm. Kyslík je více elektronegativní prvek než síra, což znamená, že vazebné páry elektronů jsou posunuty ze středu do vnějších rohů. Celá molekula je také polarizovaná, záporný pól je atomy O, pozitivní je atom S.

Některé fyzikální parametry oxidu siřičitého

Oxid čtyřmocné síry za normálních okolních podmínek zachovává agregaci v plynném stavu. Vzorec oxidu siřičitého umožňuje stanovit jeho relativní molekulární a molární hmotnost: Mr (SO ₂ ) = 64,066, M = 64,066 g / mol (lze zaokrouhlit na 64 g / mol). Tento plyn je téměř 2,3krát těžší než vzduch (M (vzduch) = 29 g / mol). Oxid má ostrý, specifický zápach hořící síry, který se obtížně mýlí s ostatními. Je to nepříjemné, dráždí sliznice očí, způsobuje kašel. Ale oxid síry (IV) není tak toxický jako sirovodík.

Pod tlakem při pokojové teplotě se plynný oxid siřičitý zkapalňuje. Při nízkých teplotách je látka v pevném stavu, taje při -72 ... -75,5 ° C. Při dalším zvyšování teploty se objevuje kapalina a při -10,1 ° C dochází k úpravě plynu. SO ₂ molekuly jsou tepelně stabilní, rozklad na atomovou síru a molekulární kyslík se vyskytuje při velmi vysokých teplotách (asi 2800 ° C).

Rozpustnost a interakce s vodou

Oxid siřičitý, když je rozpuštěn ve vodě, částečně reaguje s ním, aby vytvořil velmi slabou kyselinu sírovou. V okamžiku jeho příjmu se okamžitě rozkládá na anhydrid a vodu: SO ₂ + H ₂ O ↔ H ₂ SO ₃ . Ve skutečnosti není řešení přítomno kyselina sírová a hydratované molekuly SO2. Plynný oxid interaguje lépe s chladnou vodou, jeho rozpustnost se s rostoucí teplotou snižuje. Za normálních podmínek se může rozpustit v 1 objemu vody na 40 objemů plynu.

Oxid siřičitý v přírodě

Významné množství oxidu siřičitého se uvolňuje při výbuchů se vulkanickými plyny a lávou. Mnoho typů antropogenních činností také vede k nárůstu koncentrace SO ₂ v atmosféře.

Síranový anhydrid je dodáván do ovzduší metalurgickými zařízeními, kde odpadní plyny nejsou zachyceny při spalování rudy. Mnoho druhů fosilních paliv obsahuje síru, a proto se do atmosférického vzduchu uvolňuje značné množství oxidu siřičitého, když se spaluje uhlí, ropa a plyn, který z nich pochází. Oxid siřičitý se stává toxickým pro člověka při koncentracích ve vzduchu nad 0,03%. U člověka začíná dýchavičnost, mohou se objevit příznaky jako bronchitida a pneumonie. Velmi vysoké koncentrace oxidu siřičitého v atmosféře mohou vést k těžké otravě nebo smrti.

Oxid siřičitý - výroba v laboratoři av průmyslu

Laboratorní metody:

1. Když se síra spaluje v baňce s kyslíkem nebo vzduchem, získá se oxid uhličitý podle vzorce: S + O ₂ = SO ₂ .
2. Je možné působit na soli kyseliny sírové se silnějšími anorganickými kyselinami, je lepší vzít chlorovodík, ale je možné zředit sírovou kyselinu:

• Na2S03 + 2HCl = 2NaCl + H2S03;
• Na2S03 + H2S04 (d) = Na2S04 + H2S03;
• H 2SO ₃ = H 2O + SO ₂ .

3 Když měď reaguje s koncentrovanou kyselinou sírovou, není uvolňován vodík, ale oxid siřičitý:

2H2S04 (konc.) + Cu = CuS04 + 2H20 + SO2.

Moderní metody průmyslové výroby oxidu siřičitého:

1. Oxidace přírodní síry při spalování ve speciálních pecích: S + O ₂ = SO ₂ .
2. Pyrit z pyré (pyrit).

Základní chemické vlastnosti oxidu siřičitého

Oxid siřičitý je chemicky aktivní sloučenina. Při redoxních procesech tato látka často působí jako redukční činidlo. Například při interakci molekulárního bromu s oxidem siřičitým jsou reakční produkty kyselina sírová a bromovodík. Oxidační vlastnosti SO2 se objevují, když tento plyn prochází vodíkem sifonem. V důsledku toho se uvolňuje síra, dochází k autooxidaci - vlastní redukci: SO ₂ + 2H ₂ S = 3S + 2H ₂ O.

Oxid siřičitý vykazuje kyselé vlastnosti. Odpovídá jedné z nejslabších a nejstabilnějších kyselin - síry. Tato sloučenina neexistuje ve své čisté formě, je možné detekovat kyselé vlastnosti roztoku oxidu siřičitého za použití indikátorů (lakmus je růžový). Kyselina sírová poskytuje průměrné soli - siřičitany a kyselé hydrosulfity. Mezi nimi jsou stabilní sloučeniny.

Způsob oxidace síry v dioxidu do hexavalentního stavu anhydridu kyseliny sírové je katalytický. Výsledná látka se intenzivně rozpouští ve vodě, reaguje s molekulami vody. Reakce je exotermní, vytváří se kyselina sírová nebo její hydratovaná forma.

Praktické využití oxidu siřičitého

Hlavní metoda průmyslové výroby kyseliny sírové, která vyžaduje oxid uhličitý, má čtyři stupně:

1. Získání oxidu siřičitého spalováním síry ve speciálních pecích.
2. Čištění výsledného oxidu siřičitého od všech druhů nečistot.
3. Další oxidace na hexavalentní síru v přítomnosti katalyzátoru.
4. Absorpce oxidu siřičitého vodou.

Dříve téměř všechen oxid siřičitý potřebný pro výrobu kyseliny sírové v průmyslovém měřítku byl získán pražením pyritu jako vedlejšího produktu při výrobě oceli. Nové typy zpracování hutních surovin méně využívají hoření rudy. Proto se v posledních letech stala přírodní síra hlavním výchozím materiálem pro výrobu kyseliny sírové. Významné globální rezervy této suroviny, její dostupnost nám umožňuje organizovat rozsáhlé zpracování.

Oxid siřičitý je široce používán nejen v chemickém průmyslu, ale i v jiných oblastech průmyslu. Textilní mlýny používají tuto látku a produkty její chemické interakce k bělení hedvábí a vlněné tkaniny. Jedná se o jeden typ bělení bez chlóru, ve kterém vlákna nejsou zničena.

Oxid siřičitý má vynikající dezinfekční vlastnosti, který se používá v boji proti houbám a bakteriím. S anhydridem síry je fumigováno skladování zemědělských produktů, vinných sudů a sklepů. Použité SO ₂ v potravinářském průmyslu jako konzervační a antibakteriální látka. Přidejte ji do sirupů, namočte do ní čerstvé ovoce. Sulfitizace
cukrová řepa zabarvuje a dezinfikuje suroviny. Konzervované zeleninové pyré a džusy také obsahují oxid siřičitý jako antioxidant a konzervační činidlo.