Zwaveldioxide - fysische eigenschappen, productie en toepassing

Inhoudsopgave:

Zwaveldioxide - fysische eigenschappen, productie en toepassing
Zwaveldioxide - fysische eigenschappen, productie en toepassing
Anonim

Zwaveldioxide heeft een moleculaire structuur die lijkt op ozon. Het zwavelatoom in het midden van het molecuul is gebonden aan twee zuurstofatomen. Dit gasvormige product van zwaveloxidatie is kleurloos, geeft een penetrante geur af, condenseert gemakkelijk tot een heldere vloeistof onder veranderende omstandigheden. De stof is zeer goed oplosbaar in water, heeft antiseptische eigenschappen. SO2 wordt in grote hoeveelheden verkregen in de chemische industrie, namelijk in de cyclus van zwavelzuurproductie. Het gas wordt veel gebruikt voor de verwerking van landbouw- en voedingsproducten, het bleken van stoffen in de textielindustrie.

Systematische en triviale namen van stoffen

Het is noodzakelijk om de verscheidenheid aan termen die verband houden met dezelfde verbinding te begrijpen. De officiële naam van de verbinding, waarvan de chemische samenstelling wordt weergegeven door de formule SO2, is zwaveldioxide. IUPAC raadt het gebruik van deze term en zijn Engelse equivalent, zwaveldioxide, aan. Leerboeken voor scholen en universiteiten noemen vaak een andere naam - zwaveloxide (IV). Het Romeinse cijfer tussen haakjes geeft de valentie van het S-atoom aan. De zuurstof in dit oxide is tweewaardig en het oxidatiegetal van zwavel is +4. In de technische literatuur worden verouderde termen gebruikt zoals zwaveldioxide, zwavelzuuranhydride (een product van zijn uitdroging).

zwaveldioxide
zwaveldioxide

Samenstelling en kenmerken van de moleculaire structuur van SO2

Het SO2 molecuul wordt gevormd door één zwavelatoom en twee zuurstofatomen. Er is een hoek van 120° tussen covalente bindingen. Sp2-hybridisatie vindt plaats in het zwavelatoom - wolken van één s en twee p-elektronen zijn uitgelijnd in vorm en energie. Ze zijn betrokken bij de vorming van een covalente binding tussen zwavel en zuurstof. In het O-S-paar is de afstand tussen de atomen 0,143 nm. Zuurstof is meer elektronegatief dan zwavel, wat betekent dat de bindende elektronenparen van het centrum naar de buitenste hoeken gaan. Het hele molecuul is ook gepolariseerd, negatieve pool - O-atomen, positief - S-atoom.

zwaveldioxide formule
zwaveldioxide formule

Enkele fysische parameters van zwaveldioxide

Tetravalent zwaveloxide behoudt onder normale omgevingsomstandigheden een gasvormige aggregatietoestand. Met de formule voor zwaveldioxide kunt u de relatieve molecuul- en molmassa's bepalen: Mr(SO2)=64,066, M=64,066 g/mol (mag naar boven worden afgerond op 64 g/mol). Dit gas is bijna 2,3 keer zwaarder dan lucht (M(air)=29 g/mol). Dioxide heeft een scherpe specifieke geur van brandende zwavel, die moeilijk te verwarren is met andere. Het is onaangenaam, irriteert de slijmvliezen van de ogen, veroorzaakt een hoest. Maar zwavel(IV)oxide is niet zo giftig als waterstofsulfide.

Onder druk bij kamertemperatuur wordt gasvormig zwaveldioxide vloeibaar. Bij lage temperaturen is de stof in vaste toestand en smelt bij –72…–75,5 °C. Bij verdere temperatuurstijging ontstaat er een vloeistof en bij –10,1 °C wordt weer een gas gevormd. SO2 moleculen zijn thermisch stabiel, ontleding in atomaire zwavel en moleculaire zuurstof vindt plaats bij zeer hoge temperaturen (ongeveer 2800 ºС).

zwaveldioxide productie
zwaveldioxide productie

Oplosbaarheid en interactie met water

Zwaveldioxide, wanneer opgelost in water, interageert er gedeeltelijk mee om een zeer zwak zwavelig zuur te vormen. Op het moment van ontvangst v alt het onmiddellijk uiteen in anhydride en water: SO2 + H2O ↔ H2SO3 In feite is het niet zwaveligzuur dat in de oplossing aanwezig is, maar gehydrateerde moleculen SO2 Gasvormig dioxide interageert beter met koud water, de oplosbaarheid neemt af bij temperatuurstijging. Onder normale omstandigheden kan het oplossen in 1 volume water tot 40 volumes gas.

Sulfidegas in de natuur

Aanzienlijke hoeveelheden zwaveldioxide komen vrij met vulkanische gassen en lava tijdens uitbarstingen. Veel menselijke activiteiten verhogen ook de concentratie van SO2 in de atmosfeer.

vorming van zwaveldioxide in een vulkaan
vorming van zwaveldioxide in een vulkaan

Zwaveldioxide wordt aan de lucht geleverd door metallurgische fabrieken, waar uitlaatgassen niet worden opgevangen tijdens het roosteren van erts. Veel soorten fossiele brandstoffen bevatten zwavel, als gevolg daarvan komen aanzienlijke hoeveelheden zwaveldioxide vrij in de atmosferische lucht tijdens de verbranding van steenkool, olie, gas en de daaruit verkregen brandstof. Zwaveldioxide wordt giftig voor de mens bij concentraties in de lucht boven 0,03%. Een persoon begint kortademigheid, er kunnen verschijnselen zijn die lijken op bronchitis en longontsteking. Een zeer hoge concentratie zwaveldioxide in de atmosfeer kan leiden tot ernstige vergiftiging of de dood.

Sulfidegas - laboratorium- en industriële productie

Laboratoriummethoden:

  1. Als zwavel wordt verbrand in een kolf met zuurstof of lucht, wordt dioxide verkregen volgens de formule: S + O2=SO2.
  2. Het is mogelijk om in te werken op zouten van zwaveligzuur met sterkere anorganische zuren, het is beter om zoutzuur te nemen, maar je kunt verdund zwavelzuur gebruiken:
  • Na2SO3 + 2HCl=2NaCl + H2SO 3;
  • Na2SO3 + H2SO4(gedemonteerd)=Na2SO4 + H2SO3;
  • H2SO3=H2O + SO 2↑.

3. Wanneer koper reageert met geconcentreerd zwavelzuur, komt er geen waterstof vrij, maar zwaveldioxide:

2H2SO4 (conc.) + Cu=CuSO4 + 2H 2O + SO2↑.

Moderne methoden voor industriële productie van zwaveldioxide:

  1. Oxidatie van natuurlijke zwavel tijdens de verbranding in speciale ovens: S + O2=SO2.
  2. Ijzerpyriet (pyriet) roosteren.
grondstof
grondstof

Chemische basiseigenschappen van zwaveldioxide

Zwaveldioxide is een chemisch actieve verbinding. Bij redoxprocessen werkt deze stof vaak als reductiemiddel. Wanneer bijvoorbeeld moleculair broom een interactie aangaat met zwaveldioxide, zijn de reactieproducten zwavelzuur en waterstofbromide. De oxiderende eigenschappen van SO2 verschijnen wanneer dit gas door waterstofsulfidewater wordt geleid. Als gevolg hiervan komt zwavel vrij, zelf-oxidatie-zelfgenezing vindt plaats: SO2 + 2H2S=3S + 2H 2 O.

Zwaveldioxide vertoont zure eigenschappen. Het komt overeen met een van de zwakste en meest onstabiele zuren - zwavelhoudend. Deze verbinding bestaat niet in zijn pure vorm; het is mogelijk om de zure eigenschappen van een zwaveldioxide-oplossing te detecteren met behulp van indicatoren (lakmoes wordt roze). Zwavelachtig zuur geeft medium zouten - sulfieten en zuur - hydrosulfieten. Onder hen zijn stabiele verbindingen.

Het proces van oxidatie van zwavel in dioxide tot een zeswaardige toestand in zwavelzuuranhydride is katalytisch. De resulterende stof lost krachtig op in water, reageert met H2O moleculen. De reactie is exotherm en produceert zwavelzuur, of liever de gehydrateerde vorm ervan.

Praktisch gebruik van zuur gas

Het belangrijkste proces voor de industriële productie van zwavelzuur, waarvoor elementdioxide nodig is, bestaat uit vier fasen:

  1. Zwaveldioxide verkrijgen door zwavel te verbranden in speciale ovens.
  2. Zuivering van het resulterende zwaveldioxide van allerlei onzuiverheden.
  3. Verdere oxidatie tot zeswaardige zwavel in aanwezigheid van een katalysator.
  4. Absorptie van zwaveltrioxide door water.

Voorheen werd bijna alle zwaveldioxide die nodig was om zwavelzuur op industriële schaal te produceren, verkregen door pyriet te roosteren als bijproduct van de staalproductie. Nieuwe vormen van verwerking van metallurgische grondstoffen verbruiken minder ertsverbranding. Daarom is natuurlijke zwavel de afgelopen jaren het belangrijkste uitgangsmateriaal geworden voor de productie van zwavelzuur. Aanzienlijke wereldreserves van deze grondstof, de beschikbaarheid ervan, maken het mogelijk om grootschalige verwerking te organiseren.

zwavelzuur productie
zwavelzuur productie

Zwaveldioxide wordt veel gebruikt, niet alleen in de chemische industrie, maar ook in andere sectoren van de economie. Textielfabrieken gebruiken deze stof en de producten van zijn chemische interactie om zijde en wollen stoffen te bleken. Dit is een vorm van chloorvrij bleken die de vezels niet afbreekt.

Zwaveldioxide heeft uitstekende desinfecterende eigenschappen, die wordt gebruikt in de strijd tegen schimmels en bacteriën. Zwaveldioxide wordt gebruikt om landbouwopslagplaatsen, wijnvaten en kelders te ontsmetten. SO2 wordt in de voedingsindustrie gebruikt als conserveermiddel en antibacterieel middel. Voeg het toe aan siropen, week er vers fruit in. Sulfitiseringsuikerbietensap verkleurt en desinfecteert grondstoffen. Groentepuree en sappen uit blik bevatten ook zwaveldioxide als antioxidant en conserveermiddel.

Aanbevolen: