Tačka topljenja sumpor-oksida 4. Sumpor-dioksid - fizička svojstva, proizvodnja i primjena
Vodonik sulfid – H2S
Jedinjenja sumpora -2, +4, +6. Kvalitativne reakcije na sulfide, sulfite, sulfate.
Račun nakon interakcije:
1. vodonik sa sumporom na t – 300 0
2. kada djeluje na sulfide mineralnih kiselina:
Na 2 S+2HCl =2 NaCl+H 2 S
Fizička svojstva:
bezbojni plin, mirisa pokvarenih jaja, otrovan, teži od zraka, rastvarajući se u vodi, stvara slabu sumporovodičnu kiselinu.
Hemijska svojstva
Kiselinsko-bazna svojstva
1. Otopina sumporovodika u vodi - sulfidna kiselina - je slaba dvobazna kiselina, pa se disocijacija postepeno:
H 2 S ↔ HS - + H +
HS - ↔ H - + S 2-
2. Sumporovodikova kiselina ima opšta svojstva kiselina, reaguje sa metalima, bazičnim oksidima, bazama, solima:
H 2 S + Ca = CaS + H 2
H 2 S + CaO = CaS + H 2 O
H 2 S + 2NaOH = Na 2 S + 2H 2 O
H 2 S + CuSO 4 = CuS↓ + H 2 SO 4
Sve kisele soli - hidrosulfidi - su visoko rastvorljive u vodi. Normalne soli - sulfidi - otapaju se u vodi na različite načine: sulfidi alkalnih i zemnoalkalnih metala su visoko rastvorljivi, sulfidi drugih metala su nerastvorljivi u vodi, a sulfidi bakra, olova, žive i nekih drugih teških metala nisu rastvorljivi ni u kiseline (osim azotne kiseline)
CuS+4HNO 3 =Cu(NO 3) 2 +3S+2NO+2H 2 O
Rastvorljivi sulfidi se podvrgavaju hidrolizi - na anjonu.
Na 2 S ↔ 2Na + + S 2-
S 2- +HOH ↔HS - +OH -
Na 2 S + H 2 O ↔ NaHS + NaOH
Kvalitativna reakcija na sulfidnu kiselinu i njene rastvorljive soli (tj. na sulfidni ion S 2-) je njihova interakcija sa rastvorljivim solima olova, što rezultira stvaranjem crnog taloga PbS
Na 2 S + Pb(NO 3) 2 = 2NaNO 3 + PbS↓
Pb 2+ + S 2- = PbS↓
Pokazuje samo obnavljajuća svojstva, jer atom sumpora ima najniže oksidaciono stanje -2
1. kisikom
a) sa nedostatkom
2H 2 S -2 +O 2 0 = S 0 +2H 2 O -2
b) sa viškom kiseonika
2H 2 S+3O 2 =2SO 2 +2H 2 O
2. sa halogenima (promjenjivanje boje bromne vode)
H 2 S -2 +Br 2 =S 0 +2HBr -1
3. sa konc. HNO3
H 2 S+2HNO 3 (k) = S+2NO 2 +2H 2 O
b) sa jakim oksidantima (KMnO 4, K 2 CrO 4 u kiseloj sredini)
2KMnO 4 +3H 2 SO 4 +5H 2 S = 5S+2MnSO 4 +K 2 SO 4 +8H 2 O
c) hidrosulfidna kiselina se oksidira ne samo jakim oksidantima, već i slabijim, na primjer soli željeza (III), sumpornom kiselinom itd.
2FeCl 3 + H 2 S = 2FeCl 2 + S + 2HCl
H 2 SO 3 + 2H 2 S = 3S + 3H 2 O
Potvrda
1. sagorevanje sumpora u kiseoniku.
2. sagorevanje vodonik sulfida u višku O 2
2H 2 S+3O 2 = 2SO 2 +2H 2 O
3. oksidacija sulfida
2CuS+3O2 = 2SO2 +2CuO
4. interakcija sulfita sa kiselinama
Na 2 SO 3 +H 2 SO 4 =Na 2 SO 4 +SO 2 +H 2 O
5. interakcija metala u nizu aktivnosti nakon (H 2) sa konc. H2SO4
Cu+2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 +2H 2 O
Fizička svojstva
Gas, bezbojan, zagušljivog mirisa na spaljeni sumpor, otrovan, više od 2 puta teži od vazduha, dobro rastvorljiv u vodi (na sobnoj temperaturi se u jednoj zapremini rastvori oko 40 zapremina gasa).
Hemijska svojstva:
Kiselinsko-bazna svojstva
SO2 je tipičan kiseli oksid.
1.sa alkalijama, formirajući dvije vrste soli: sulfite i hidrosulfite
2KOH+SO2 = K2SO3 +H2O
KOH+SO 2 = KHSO 3 +H 2 O
2.sa osnovnim oksidima
K 2 O+SO 2 = K 2 SO 3
3. sa vodom nastaje slaba sumporna kiselina
H 2 O+SO 2 = H 2 SO 3
Sumporna kiselina postoji samo u rastvoru i slaba je kiselina.
ima sva opšta svojstva kiselina.
4. kvalitativna reakcija na sulfit - jon - SO 3 2 - djelovanje mineralnih kiselina
Na 2 SO 3 +2HCl= 2Na 2 Cl+SO 2 +H 2 O miris izgorelog sumpora
Redox svojstva
U ORR-u može biti i oksidacijski i redukcijski agens, jer atom sumpora u SO 2 ima srednje oksidacijsko stanje od +4.
Kao oksidaciono sredstvo:
SO 2 + 2H 2 S = 3S + 2H 2 S
Kao redukciono sredstvo:
2SO 2 +O 2 = 2SO 3
Cl 2 +SO 2 +2H 2 O = H 2 SO 4 +2HCl
2KMnO 4 +5SO 2 +2H 2 O = K 2 SO 4 +2H 2 SO 4 +2MnSO 4
Sumporov oksid (VI) SO 3 (sumporni anhidrid)
Potvrda:
Oksidacija sumpor dioksida
2SO 2 + O 2 = 2SO 3 ( t 0 , kat)
Fizička svojstva
Bezbojna tečnost, na temperaturama ispod 17 0 C pretvara se u bijelu kristalnu masu. Termički nestabilno jedinjenje, potpuno se raspada na 700 0 C. Vrlo je rastvorljivo u vodi i bezvodnoj sumpornoj kiselini i reaguje sa njom u oleum
SO 3 + H 2 SO 4 = H 2 S 2 O 7
Hemijska svojstva
Kiselinsko-bazna svojstva
Tipičan kiseli oksid.
1.sa alkalijama, formirajući dvije vrste soli: sulfate i hidrosulfate
2KOH+SO 3 = K 2 SO 4 + H 2 O
KOH+SO 3 = KHSO 4 +H 2 O
2.sa osnovnim oksidima
CaO+SO 2 = CaSO 4
3. vodom
H 2 O + SO 3 = H 2 SO 4
Redox svojstva
Sumporov oksid (VI) je jak oksidant, obično reduciran na SO2
3SO 3 + H 2 S = 4SO 2 + H 2 O
Sumporna kiselina H 2 SO 4
Priprema sumporne kiseline
U industriji se kiselina proizvodi kontaktnom metodom:
1. pečenje pirita
4FeS 2 +11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
2. oksidacija SO 2 u SO 3
2SO 2 + O 2 = 2SO 3 ( t 0 , kat)
3. rastvaranje SO 3 u sumpornoj kiselini
n SO 3 + H 2 SO 4 = H 2 SO 4 ∙ n SO 3 (oleum)
H2SO4∙ n SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4
Fizička svojstva
H 2 SO 4 je teška uljasta tečnost, bez mirisa i boje, higroskopna. Miješa se s vodom u bilo kojem omjeru kada se koncentrirana sumporna kiselina otopi u vodi, oslobađa se velika količina topline, pa se mora pažljivo sipati u vodu, a ne obrnuto (prvo voda, pa kiselina, inače će se dogoditi velike nevolje)
Otopina sumporne kiseline u vodi sa sadržajem H 2 SO 4 manjim od 70% obično se naziva razrijeđena sumporna kiselina, više od 70% - koncentrirana.
Hemijska svojstva
Acid-base
Razrijeđena sumporna kiselina pokazuje sva karakteristična svojstva jakih kiselina. Disocira u vodenom rastvoru:
H 2 SO 4 ↔ 2H + + SO 4 2-
1. sa osnovnim oksidima
MgO + H 2 SO 4 = MgSO 4 + H 2 O
2. sa osnovama
2NaOH +H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O
3. sa solima
BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2HCl
Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ (bijeli talog)
Kvalitativna reakcija na sulfatni jon SO 4 2-
Zbog svoje više tačke ključanja, u poređenju sa drugim kiselinama, sumporna kiselina ih, kada se zagreje, istiskuje iz soli:
NaCl + H 2 SO 4 = HCl + NaHSO 4
Redox svojstva
U razblaženom H 2 SO 4 oksidanti su H + joni, a u koncentrovanom H 2 SO 4 oksidanti su SO 4 2 sulfatni joni.
Metali u nizu aktivnosti do vodika otapaju se u razrijeđenoj sumpornoj kiselini, nastaju sulfati i oslobađa se vodik
Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2
Koncentrirana sumporna kiselina je snažan oksidant, posebno kada se zagrije. Oksidira mnoge metale, nemetale, neorganske i organske tvari.
H 2 SO 4 (k) oksidant S +6
S aktivnijim metalima, sumporna kiselina se može reducirati na različite proizvode ovisno o koncentraciji
Zn + 2H 2 SO 4 = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O
4Zn + 5H 2 SO 4 = 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
Koncentrirana sumporna kiselina oksidira neke nemetale (sumpor, ugljik, fosfor, itd.), redukujući se u sumporov oksid (IV)
S + 2H 2 SO 4 = 3SO 2 + 2H 2 O
C + 2H 2 SO 4 = 2SO 2 + CO 2 + 2H 2 O
Interakcija sa nekim složenim supstancama
H 2 SO 4 + 8HI = 4I 2 + H 2 S + 4 H 2 O
H 2 SO 4 + 2HBr = Br 2 + SO 2 + 2H 2 O
Soli sumporne kiseline
2 vrste soli: sulfati i hidrosulfati
Soli sumporne kiseline imaju sva opšta svojstva soli. Njihov odnos prema toploti je poseban. Sulfati aktivnih metala (Na, K, Ba) se ne razgrađuju ni pri zagrijavanju iznad 1000 0 C, soli manje aktivnih metala (Al, Fe, Cu) se raspadaju i pri blagom zagrijavanju
Sumpor je rasprostranjen u zemljinoj kori i zauzima šesnaesto mjesto među ostalim elementima. Nalazi se i u slobodnom i u vezanom obliku. Nemetalna svojstva su karakteristična za ovaj hemijski element. Njegovo latinsko ime je "Sumpor", označeno simbolom S. Element je dio različitih ionskih spojeva koji sadrže kisik i/ili vodik, tvori mnoge tvari koje pripadaju klasama kiselina, soli i nekoliko oksida, od kojih se svaki može nazvati sumporov oksid sa simbolima dodavanja koji označavaju valenciju. Stanja oksidacije koje ispoljava u različitim jedinjenjima su +6, +4, +2, 0, -1, -2. Poznati su oksidi sumpora sa različitim stepenom oksidacije. Najčešći su sumpor-dioksid i trioksid. Manje su poznati sumpormonoksid, kao i viši (osim SO3) i niži oksidi ovog elementa.
Sumpor monoksid
Neorgansko jedinjenje koje se zove sumporov oksid II, SO, je bezbojni gas po izgledu. U kontaktu sa vodom ne otapa se, već reaguje sa njom. Ovo je vrlo rijetko jedinjenje koje se nalazi samo u okruženju razrijeđenog plina. Molekula SO je termodinamički nestabilna i u početku se pretvara u S2O2 (nazvan disumporni plin ili sumpor peroksid). Zbog rijetke pojave sumpormonoksida u našoj atmosferi i niske stabilnosti molekula, teško je u potpunosti utvrditi opasnosti ove tvari. Ali u kondenziranom ili koncentriranijem obliku, oksid se pretvara u peroksid, koji je relativno toksičan i kaustičan. Ovo jedinjenje je takođe vrlo zapaljivo (po ovom svojstvu podsjeća na metan, proizvodi sumpor dioksid, otrovni plin); Sumporov oksid 2 je otkriven u blizini Io (jedna od atmosfera Venere i međuzvjezdani medij. Na Io se vjeruje da nastaje vulkanskim i fotohemijskim procesima. Glavne fotohemijske reakcije su sljedeće: O + S2 → S + SO i SO2 → SO + O.
Sumpor dioksid
Sumporov oksid IV, ili sumpor dioksid (SO2), je bezbojni plin zagušljivog, oštrog mirisa. Na temperaturi od minus 10 C prelazi u tečno stanje, a na temperaturi od minus 73 C očvršćava. Na 20C, oko 40 zapremina SO2 rastvori se u 1 litru vode.
Ovaj oksid sumpora, rastvarajući se u vodi, stvara sumpornu kiselinu, budući da je njen anhidrid: SO2 + H2O ↔ H2SO3.
U interakciji je sa bazama i 2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O i SO2 + CaO → CaSO3.
Sumpor dioksid karakteriziraju svojstva i oksidacijskog i reduktivnog agensa. Atmosferskim kiseonikom se oksidira u sumporni anhidrid u prisustvu katalizatora: SO2 + O2 → 2SO3. Sa jakim redukcionim agensima kao što je sumporovodik, igra ulogu oksidacionog sredstva: H2S + SO2 → S + H2O.
Sumpor dioksid se u industriji uglavnom koristi za proizvodnju sumporne kiseline. Sumpor-dioksid se proizvodi spaljivanjem sumpora ili željeznih pirita: 11O2 + 4FeS2 → 2Fe2O3 + 8SO2.
Sumporni anhidrid
Sumporov oksid VI, ili sumpor trioksid (SO3) je međuproizvod i nema nezavisno značenje. Po izgledu je bezbojna tečnost. Kipi na temperaturi od 45 C, a ispod 17 C pretvara se u bijelu kristalnu masu. Ovaj sumpor (sa oksidacijskim stanjem atoma sumpora + 6) je izuzetno higroskopan. Sa vodom stvara sumpornu kiselinu: SO3 + H2O ↔ H2SO4. Kada se otopi u vodi, oslobađa veliku količinu topline i, ako se velika količina oksida doda ne postepeno, već odmah, može doći do eksplozije. Sumpor trioksid se dobro otapa u koncentrovanoj sumpornoj kiselini i formira oleum. Sadržaj SO3 u oleumu dostiže 60%. Ovo jedinjenje sumpora ima sva svojstva
Viši i niži oksidi sumpora
Sumpori su grupa hemijskih jedinjenja sa formulom SO3 + x, gde x može biti 0 ili 1. Monomerni oksid SO4 sadrži perokso grupu (O-O) i karakteriše ga, kao i oksid SO3, oksidacionim stanjem sumpora +6 . Ovaj oksid sumpora može se proizvesti na niskim temperaturama (ispod 78 K) reakcijom SO3 i/ili fotolizom SO3 pomiješanog s ozonom.
Niži oksidi sumpora su grupa hemijskih jedinjenja koja uključuju:
- SO (oksid sumpora i njegov dimer S2O2);
- monoksidi sumpora SnO (ciklična su jedinjenja koja se sastoje od prstenova formiranih od atoma sumpora, dok n može biti od 5 do 10);
- S7O2;
- polimer oksidi sumpora.
Povećano je interesovanje za niže okside sumpora. To je zbog potrebe proučavanja njihovog sadržaja u zemaljskim i vanzemaljskim atmosferama.
Sumpor(IV) oksid ima kisela svojstva, koja se manifestuju u reakcijama sa supstancama koje pokazuju bazna svojstva. Kisela svojstva se pojavljuju u interakciji s vodom. Tako nastaje otopina sumporne kiseline:
Stepen oksidacije sumpora u gasovitom sumpor-dioksidu (+4) određuje redukciona i oksidaciona svojstva gasa sumpor-dioksida:
vo-tel: S+4 – 2e => S+6
ok-tel: S+4 + 4e => S0
Reduktivna svojstva se manifestuju u reakcijama sa jakim oksidantima: kiseonikom, halogenima, azotnom kiselinom, kalijum permanganatom i dr. na primjer:
2SO2 + O2 = 2SO3
S+4 – 2e => S+6 2
O20 + 4e => 2O-2 1
Sa jakim redukcionim agensima, gas pokazuje oksidaciona svojstva. Na primjer, ako pomiješate sumpor-dioksid i vodonik sulfid, oni međusobno djeluju u normalnim uvjetima:
2H2S + SO2 = 3S + 2H2O
S-2 – 2e => S0 2
S+4 + 4e => S0 1
Sumporna kiselina postoji samo u rastvoru. Nestabilan je i razlaže se na sumpor dioksid i vodu. Sumporna kiselina nije jaka kiselina. To je kiselina srednje jačine koja se postepeno disocira. Kada se lužina doda sumpornoj kiselini, nastaju soli. Sumporna kiselina proizvodi dvije serije soli: srednje sulfite i kisele hidrosulfite.
Sumpor(VI) oksid
Sumpor trioksid pokazuje kisela svojstva. Burno reaguje sa vodom, oslobađajući veliku količinu toplote. Ova reakcija se koristi za proizvodnju najvažnijeg proizvoda hemijske industrije - sumporne kiseline.
SO3 + H2O = H2SO4
Budući da sumpor u sumpor trioksidu ima najveće oksidaciono stanje, sumpor(VI) oksid pokazuje oksidaciona svojstva. Na primjer, oksidira halogenide, nemetale niske elektronegativnosti:
2SO3 + C = 2SO2 + CO2
S+6 + 2e => S+4 2
C0 – 4e => C+4 2
Sumporna kiselina prolazi kroz tri vrste reakcija: acidobazne, jonske izmjene i redoks. Također aktivno stupa u interakciju s organskim tvarima.
Kiselo-bazne reakcije
Sumporna kiselina ispoljava kisela svojstva u reakcijama s bazama i bazičnim oksidima. Ove reakcije se najbolje izvode s razrijeđenom sumpornom kiselinom. Budući da je sumporna kiselina dvobazna, može formirati i intermedijarne soli (sulfate) i kisele (hidrogen sulfate).
Reakcije jonske izmjene
Sumpornu kiselinu karakteriziraju reakcije ionske izmjene. Istovremeno, on stupa u interakciju s otopinama soli, stvarajući precipitat, slabu kiselinu ili oslobađajući plin. Ove reakcije se javljaju brže ako koristite 45% ili čak više razrijeđene sumporne kiseline. Do razvijanja plina dolazi u reakcijama sa solima nestabilnih kiselina, koje se razlažu u plinove (ugljični, sumpor-dioksid, sumporovodik) ili u hlapljive kiseline kao što je hlorovodonična kiselina.
Redox reakcije
Sumporna kiselina svoja svojstva najjasnije ispoljava u redoks reakcijama, jer sumpor u svom sastavu ima najviše oksidacijsko stanje +6. Oksidirajuća svojstva sumporne kiseline mogu se otkriti u reakciji, na primjer, s bakrom.
Postoje dva oksidirajuća elementa u molekulu sumporne kiseline: atom sumpora sa CO. +6 i vodikovi joni H+. Bakar se ne može oksidirati vodonikom do +1 oksidacijskog stanja, ali sumpor može. To je razlog oksidacije takvog neaktivnog metala kao što je bakar sumpornom kiselinom.
Sumpor dioksid ima molekularnu strukturu sličnu ozonu. Atom sumpora u centru molekule vezan je za dva atoma kiseonika. Ovaj gasoviti proizvod oksidacije sumpora je bezbojan, emituje oštar miris i lako se kondenzuje u bistru tečnost kada se uslovi promene. Supstanca je visoko rastvorljiva u vodi i ima antiseptička svojstva. SO 2 se proizvodi u velikim količinama u hemijskoj industriji, odnosno u ciklusu proizvodnje sumporne kiseline. Plin se široko koristi za preradu poljoprivrednih i prehrambenih proizvoda, izbjeljivanje tkanina u tekstilnoj industriji.
Sistematski i trivijalni nazivi supstanci
Neophodno je razumjeti raznolikost pojmova koji se odnose na istu jedinjenju. Službeni naziv spoja, čiji se hemijski sastav odražava formulom SO 2, je sumpor dioksid. IUPAC preporučuje korištenje ovog termina i njegovog engleskog ekvivalenta - sumpor dioksid. Udžbenici za škole i univerzitete češće spominju drugo ime - sumpor (IV) oksid. Rimski broj u zagradi označava valenciju S atoma u ovom oksidu je dvovalentan, a oksidacijski broj sumpora je +4. U tehničkoj literaturi se koriste zastarjeli termini kao što su sumpor dioksid, anhidrid sumporne kiseline (proizvod njegove dehidracije).
Sastav i karakteristike molekularne strukture SO 2
Molekul SO 2 formiran je od jednog atoma sumpora i dva atoma kiseonika. Između kovalentnih veza postoji ugao od 120°. U atomu sumpora dolazi do sp2 hibridizacije – oblaci od jednog s i dva p elektrona su poređani po obliku i energiji. Oni su ti koji učestvuju u formiranju kovalentne veze između sumpora i kiseonika. U paru O–S, razmak između atoma je 0,143 nm. Kisik je elektronegativniji element od sumpora, što znači da se vezni parovi elektrona pomiču od centra prema vanjskim kutovima. Cijeli molekul je također polariziran, negativni pol su O atomi, pozitivni pol je S atom.
Neki fizički parametri sumpor-dioksida
Kvadrivalentni sumpor oksid, u normalnim uslovima okoline, zadržava gasovito agregaciono stanje. Formula sumpor-dioksida vam omogućava da odredite njegovu relativnu molekularnu i molarnu masu: Mr(SO 2) = 64,066, M = 64,066 g/mol (može se zaokružiti na 64 g/mol). Ovaj gas je skoro 2,3 puta teži od vazduha (M(vazduh) = 29 g/mol). Dioksid ima oštar, specifičan miris gorućeg sumpora, koji je teško pomiješati s bilo kojim drugim. Neprijatan je, iritira sluzokožu očiju i izaziva kašalj. Ali sumpor (IV) oksid nije tako otrovan kao vodonik sulfid.
Pod pritiskom na sobnoj temperaturi, gas sumpor dioksid se ukapljuje. Na niskim temperaturama supstanca je u čvrstom stanju i topi se na -72...-75,5 °C. Daljnjim povećanjem temperature pojavljuje se tečnost, a na -10,1 °C ponovo nastaje gas. Molekuli SO 2 su termički stabilni na atomski sumpor i molekularni kiseonik se dešava na veoma visokim temperaturama (oko 2800 ºC).
Rastvorljivost i interakcija s vodom
Sumpor dioksid, kada se otopi u vodi, djelimično reaguje sa njom i formira veoma slabu sumpornu kiselinu. U trenutku prijema se odmah raspada na anhidrid i vodu: SO 2 + H 2 O ↔ H 2 SO 3. Zapravo, u otopini nije prisutna sumporna kiselina, već hidratizirani SO 2 molekuli. Gas dioksid bolje reaguje sa hladnom vodom, a njegova rastvorljivost opada sa povećanjem temperature. U normalnim uslovima, do 40 zapremina gasa se može rastvoriti u 1 zapremini vode.
Sumpor dioksid u prirodi
Značajne količine sumpor-dioksida se oslobađaju sa vulkanskim gasovima i lavom tokom erupcija. Mnoge vrste antropogenih aktivnosti također dovode do povećane koncentracije SO 2 u atmosferi.
Sumpor dioksid ispuštaju u zrak metalurška postrojenja, gdje se otpadni plinovi ne hvataju tokom prženja rude. Mnoge vrste fosilnih goriva sadrže sumpor, kao rezultat toga, značajne količine sumpornog dioksida se oslobađaju u atmosferski zrak pri sagorijevanju uglja, nafte, plina i goriva dobivenog iz njih. Sumpor dioksid postaje toksičan za ljude pri koncentracijama u zraku iznad 0,03%. Osoba počinje osjećati kratak dah, a mogu se pojaviti simptomi koji nalikuju bronhitisu i upalu pluća. Vrlo visoke koncentracije sumpor-dioksida u atmosferi mogu dovesti do teškog trovanja ili smrti.
Sumpor dioksid - proizvodnja u laboratoriji i industriji
Laboratorijske metode:
- Kada se sumpor sagori u tikvici sa kiseonikom ili vazduhom, dobija se dioksid prema formuli: S + O 2 = SO 2.
- Na soli sumporne kiseline možete djelovati sa jačim anorganskim kiselinama, bolje je uzeti hlorovodoničnu kiselinu, ali možete koristiti razrijeđenu sumpornu kiselinu:
- Na 2 SO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 SO 3;
- Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 (razrijeđeno) = Na 2 SO 4 + H 2 SO 3;
- H 2 SO 3 = H 2 O + SO 2.
3. Kada bakar reaguje sa koncentriranom sumpornom kiselinom, ne oslobađa se vodik, već sumpor-dioksid:
2H 2 SO 4 (konc.) + Cu = CuSO 4 + 2H 2 O + SO 2.
Savremene metode industrijske proizvodnje sumpor-dioksida:
- Oksidacija prirodnog sumpora kada se spaljuje u specijalnim pećima: S + O 2 = SO 2.
- Pečenje željeznog pirita (pirita).
Osnovna hemijska svojstva sumpor-dioksida
Sumpor dioksid je hemijski aktivan spoj. U redoks procesima ova tvar često djeluje kao redukcijsko sredstvo. Na primjer, kada molekularni brom reagira sa sumpordioksidom, produkti reakcije su sumporna kiselina i bromovodik. Oksidirajuća svojstva SO 2 pojavljuju se ako se ovaj plin propušta kroz sumporovodičnu vodu. Kao rezultat, oslobađa se sumpor, dolazi do samooksidacije-samoredukcije: SO 2 + 2H 2 S = 3S + 2H 2 O.
Sumpor dioksid pokazuje kisela svojstva. Odgovara jednoj od najslabijih i najnestabilnijih kiselina - sumpornoj. Ovo jedinjenje ne postoji u svom čistom obliku, kisela svojstva rastvora sumpor-dioksida mogu se otkriti pomoću indikatora (lakmus postaje ružičast). Sumporna kiselina daje srednje soli - sulfite i kisele - hidrosulfite. Među njima postoje stabilna jedinjenja.
Proces oksidacije sumpora u dioksidu u heksavalentno stanje u sumpornom anhidridu je katalitički. Rezultirajuća tvar se snažno otapa u vodi i reagira s molekulama H 2 O. Reakcija je egzotermna i nastaje sumporna kiselina, odnosno njen hidratizirani oblik.
Praktična upotreba sumpor-dioksida
Glavna metoda industrijske proizvodnje sumporne kiseline, za koju je potreban elementarni dioksid, ima četiri faze:
- Dobivanje sumpor-dioksida spaljivanjem sumpora u specijalnim pećima.
- Pročišćavanje nastalog sumpor dioksida od svih vrsta nečistoća.
- Dalja oksidacija u heksavalentni sumpor u prisustvu katalizatora.
- Apsorpcija sumpor trioksida vodom.
Ranije se gotovo sav sumpor-dioksid potreban za proizvodnju sumporne kiseline u industrijskoj mjeri dobivao prženjem pirita kao nusproizvoda proizvodnje čelika. Novi tipovi prerade metalurških sirovina koriste manje sagorevanja rude. Stoga je prirodni sumpor posljednjih godina postao glavni polazni materijal za proizvodnju sumporne kiseline. Značajne globalne rezerve ove sirovine i njena dostupnost omogućavaju organizaciju velike prerade.
Sumpor dioksid se široko koristi ne samo u hemijskoj industriji, već iu drugim sektorima privrede. Tekstilne fabrike koriste ovu supstancu i proizvode njene hemijske reakcije za izbeljivanje svilenih i vunenih tkanina. Ovo je vrsta izbjeljivanja bez hlora koja ne uništava vlakna.
Sumpor dioksid ima odlična dezinfekcijska svojstva, koji se koristi u borbi protiv gljivica i bakterija. Sumpor dioksid se koristi za fumigaciju poljoprivrednih skladišta, vinskih bačvi i podruma. SO 2 se koristi u prehrambenoj industriji kao konzervans i antibakterijska supstanca. Dodaju je u sirupe i namaču svježe voće. Sulfitizacija
Sok od šećerne repe obezbojava i dezinfikuje sirovine. Pire i sokovi od povrća u konzervi takođe sadrže sumpor dioksid kao antioksidans i konzervans.
Struktura molekula SO2
Struktura molekula SO2 slična je strukturi molekula ozona. Atom sumpora je u stanju sp2 hibridizacije, oblik orbitala je pravilan trokut, a oblik molekula je ugao. Atom sumpora ima usamljeni par elektrona. Dužina S–O veze je 0,143 nm, a ugao veze je 119,5°.
Struktura odgovara sljedećim rezonantnim strukturama:
Za razliku od ozona, multiplicitet S–O veze je 2, odnosno glavni doprinos daje prva rezonantna struktura. Molekul se odlikuje visokom termičkom stabilnošću.
Jedinjenja sumpora +4 – ispoljavaju redoks dualnost, ali sa dominacijom redukcionih svojstava.
1. Interakcija SO2 sa kiseonikom
2S+4O2 + O 2 S+6O
2. Kada se SO2 propušta kroz sumporovodičnu kiselinu, nastaje sumpor.
S+4O2 + 2H2S-2 → 3So + 2 H2O
4 S+4 + 4 → So 1 - oksidant (redukcija)
S-2 - 2 → So 2 - redukciono sredstvo (oksidacija)
3. Sumporna kiselina se polako oksidira kisikom iz atmosfere u sumpornu kiselinu.
2H2S+4O3 + 2O → 2H2S+6O
4 S+4 - 2 → S+6 2 - redukciono sredstvo (oksidacija)
O + 4 → 2O-2 1 - oksidant (redukcija)
Potvrda:
1) sumpor (IV) oksid u industriji:
sagorevanje sumpora:
paljenje pirita:
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3
u laboratoriji:
Na2SO3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2 + H2O
Sumpor dioksid, sprečava fermentaciju, olakšava taloženje zagađivača, ostataka tkiva grožđa sa patogenom mikroflorom i omogućava obavljanje alkoholnog vrenja na čistim kulturama kvasca kako bi se povećao prinos etil alkohola i poboljšao sastav ostalih alkoholnih proizvoda fermentacije.
Uloga sumpor-dioksida stoga nije ograničena na antiseptičko djelovanje koje poboljšava okoliš, već se proteže i na poboljšanje tehnoloških uvjeta za fermentaciju i skladištenje vina.
Ovi uslovi, uz pravilnu upotrebu sumpor-dioksida (ograničavanje doziranja i vremena kontakta sa vazduhom), dovode do povećanja kvaliteta vina i sokova, njihove arome, ukusa, kao i prozirnosti i boje - osobina povezanih sa otpornost vina i soka na zamućenje.
Sumpor dioksid je najčešći zagađivač zraka. Oslobađaju ga sve elektrane pri sagorijevanju fosilnih goriva. Sumpor dioksid mogu ispuštati i metalurške fabrike (izvor: koksni ugalj), kao i brojne hemijske industrije (na primjer, proizvodnja sumporne kiseline). Nastaje razgradnjom aminokiselina koje sadrže sumpor, a koje su bile dio proteina drevnih biljaka koje su formirale naslage uglja, nafte i uljnih škriljaca.
Pronalazi primjenu u industriji za izbjeljivanje raznih proizvoda: sukna, svile, papirne mase, perja, slame, voska, čekinja, konjske dlake, prehrambenih proizvoda, za dezinfekciju voća i konzervirane hrane itd. Kao nusproizvod stvara se ugljični dioksid i ispušta se u vazduh radnih prostorija u brojnim industrijama: sumporna kiselina, celuloza, pri pečenju ruda koje sadrže sumporne metale, u salama za kiseljenje u tvornicama metala, u proizvodnji stakla, ultramarina i dr., vrlo često se sumpor sadrži u vazduhu kotlarnica i pepelnica, gde nastaje sagorevanjem uglja koji sadrži sumpor.
Kada se rastvori u vodi, slab je i nestabilan sumporna kiselina H2SO3 (postoji samo u vodenom rastvoru)
SO2 + H2O ↔ H2SO3
Sumporna kiselina se postepeno disocira:
H2SO3 ↔ H+ + HSO3- (prvi korak, formira se hidrosulfitni anion)
HSO3- ↔ H+ + SO32- (druga faza, formira se sulfitni anion)
H2SO3 formira dva niza soli - srednje (sulfiti) i kisele (hidrosulfiti).
Kvalitativna reakcija na soli sumporne kiseline je interakcija soli s jakom kiselinom, koja oslobađa plin SO2 oštrog mirisa:
Na2SO3 + 2HCl → 2NaCl + SO2 + H2O 2H+ + SO32- → SO2 + H2O
