ثاني أكسيد الكبريت - الخصائص الفيزيائية والإنتاج والتطبيق

جدول المحتويات:

ثاني أكسيد الكبريت - الخصائص الفيزيائية والإنتاج والتطبيق
ثاني أكسيد الكبريت - الخصائص الفيزيائية والإنتاج والتطبيق
Anonim

ثاني أكسيد الكبريت له بنية جزيئية مشابهة للأوزون. ذرة الكبريت في وسط الجزيء مرتبطة بذرتين من الأكسجين. هذا المنتج الغازي لأكسدة الكبريت عديم اللون ، وتنبعث منه رائحة نفاذة ، ويتكثف بسهولة في سائل صافٍ في ظل الظروف المتغيرة. المادة عالية الذوبان في الماء ولها خصائص مطهرة. يتم الحصول على SO2بكميات كبيرة في الصناعة الكيميائية ، وبالتحديد في دورة إنتاج حامض الكبريتيك.يستخدم الغاز على نطاق واسع لمعالجة المنتجات الزراعية والغذائية وتبييض الأقمشة في صناعة النسيج.

أسماء منهجية وتافهة للمواد

من الضروري فهم مجموعة متنوعة من المصطلحات المتعلقة بنفس المركب. الاسم الرسمي للمركب ، الذي تنعكس تركيبته الكيميائية بالصيغة SO2، هو ثاني أكسيد الكبريت. توصي IUPAC باستخدام هذا المصطلح وما يعادله باللغة الإنجليزية ، وهو ثاني أكسيد الكبريت. غالبًا ما تذكر الكتب المدرسية للمدارس والجامعات اسمًا آخر - أكسيد الكبريت (IV). يشير الرقم الروماني بين قوسين إلى تكافؤ ذرة S. والأكسجين في هذا الأكسيد ثنائي التكافؤ ، وعدد أكسدة الكبريت هو +4. تستخدم الأدبيات الفنية مصطلحات عفا عليها الزمن مثل ثاني أكسيد الكبريت ، أنهيدريد الكبريت (أحد منتجات الجفاف).

ثاني أكسيد الكبريت
ثاني أكسيد الكبريت

تكوين وخصائص التركيب الجزيئي لـ SO2

جزيء SO2يتكون من ذرة كبريت واحدة وذرتين من الأكسجين. توجد زاوية مقدارها 120 درجة بين الروابط التساهمية. يحدث التهجين Sp2 في ذرة الكبريت - يتم محاذاة السحب من إلكترون واحد واثنين من الإلكترون p في الشكل والطاقة. يشاركون في تكوين رابطة تساهمية بين الكبريت والأكسجين. في زوج O-S ، المسافة بين الذرات هي 0.143 نانومتر. الأكسجين كهرسلبي أكثر من الكبريت ، مما يعني أن أزواج الإلكترونات المترابطة تنتقل من المركز إلى الزوايا الخارجية. الجزيء كله أيضًا مستقطب ، قطب سالب - ذرات O ، موجب - ذرة S.

صيغة ثاني أكسيد الكبريت
صيغة ثاني أكسيد الكبريت

بعض المعلمات الفيزيائية لثاني أكسيد الكبريت

أكسيد الكبريت رباعي التكافؤ ، في ظل الظروف البيئية العادية ، يحتفظ بحالة تجمع غازي. تسمح لك صيغة ثاني أكسيد الكبريت بتحديد كتلته الجزيئية والمولية النسبية: السيد (SO2)=64.066 ، M=64.066 جم / مول (يمكن تقريبه حتى 64 جم / مول).هذا الغاز أثقل بنحو 2.3 مرة من الهواء (M (هواء)=29 جم / مول). للثاني أكسيد رائحة خاصة حادة مثل الكبريت المحترق ، والذي يصعب الخلط بينه وبين أي رائحة أخرى. إنه مزعج ، يهيج الأغشية المخاطية للعينين ، يسبب السعال. لكن أكسيد الكبريت (IV) ليس سامًا مثل كبريتيد الهيدروجين.

تحت ضغط في درجة حرارة الغرفة ، يسيل غاز ثاني أكسيد الكبريت. في درجات حرارة منخفضة ، تكون المادة في حالة صلبة ، تذوب عند -72 … -75.5 درجة مئوية. مع زيادة درجة الحرارة ، يظهر سائل ، وعند -10.1 درجة مئوية ، يتشكل الغاز مرة أخرى. SO2جزيئات مستقرة حراريًا ، ويتحلل إلى كبريت ذري ويحدث الأكسجين الجزيئي في درجات حرارة عالية جدًا (حوالي 2800 درجة مئوية).

إنتاج ثاني أكسيد الكبريت
إنتاج ثاني أكسيد الكبريت

الذوبان والتفاعل مع الماء

ثاني أكسيد الكبريت ، عندما يذوب في الماء ، يتفاعل معه جزئيًا ليشكل حمض كبريتي ضعيف جدًا.في وقت الاستلام ، يتحلل على الفور إلى أنهيدريد وماء: SO2+ H2O ↔ H2SO3في الواقع ، ليس حمض الكبريت موجودًا في المحلول ، ولكن الجزيئات المميهة SO2يتفاعل ثاني أكسيد الغاز بشكل أفضل مع ماء بارد ، تقل قابليته للذوبان مع ارتفاع درجة الحرارة. في ظل الظروف العادية ، يمكن أن يذوب في حجم واحد من الماء يصل إلى 40 حجمًا من الغاز.

غاز كبريتيد في الطبيعة

يتم إطلاق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكبريت مع الغازات البركانية والحمم البركانية أثناء الانفجارات. تعمل العديد من الأنشطة البشرية أيضًا على زيادة تركيز SO2في الغلاف الجوي.

تشكيل ثاني أكسيد الكبريت في البركان
تشكيل ثاني أكسيد الكبريت في البركان

يتم إمداد الهواء بثاني أكسيد الكبريت عن طريق مصانع التعدين ، حيث لا يتم التقاط غازات العادم أثناء تحميص الخام. تحتوي العديد من أنواع الوقود الأحفوري على الكبريت ، ونتيجة لذلك ، يتم إطلاق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكبريت في الهواء الجوي أثناء احتراق الفحم والنفط والغاز والوقود الذي يتم الحصول عليه منها.يصبح ثاني أكسيد الكبريت سامًا للإنسان عند تركيزات في الهواء أعلى من 0.03٪. يبدأ الشخص بضيق في التنفس ، وقد تكون هناك ظواهر تشبه التهاب الشعب الهوائية والالتهاب الرئوي. يمكن أن يؤدي التركيز العالي جدًا لثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي إلى تسمم شديد أو الوفاة.

غاز كبريتيد - إنتاج مخبري وصناعي

طرق المختبر:

  1. عند حرق الكبريت في دورق به أكسجين أو هواء ، يتم الحصول على ثاني أكسيد وفقًا للصيغة: S + O2=SO2.
  2. من الممكن العمل على أملاح حامض الكبريتيك مع أحماض غير عضوية أقوى ، من الأفضل تناول حمض الهيدروكلوريك ، لكن يمكنك استخدام حمض الكبريتيك المخفف:
  • Na2SO3+ 2HCl=2NaCl + H2SO 3؛
  • Na2SO3+ H2SO4(مفككة)=Na2SO4+ H2SO 3؛
  • H2SO3=H2O + SO2↑.

3. عندما يتفاعل النحاس مع حمض الكبريتيك المركز ، لا يتم إطلاق الهيدروجين ، ولكن ثاني أكسيد الكبريت:

2H2SO4(conc.) + Cu=CuSO4+ 2H2O + SO2↑.

الطرق الحديثة للإنتاج الصناعي لثاني أكسيد الكبريت:

  1. أكسدة الكبريت الطبيعي أثناء احتراقه في أفران خاصة: S + O2=SO2.
  2. تحميص بيريت الحديد
مواد خام
مواد خام

الخصائص الكيميائية الأساسية لثاني أكسيد الكبريت

ثاني أكسيد الكبريت مركب نشط كيميائيًا. في عمليات الأكسدة والاختزال ، غالبًا ما تعمل هذه المادة كعامل مختزل.على سبيل المثال ، عندما يتفاعل البروم الجزيئي مع ثاني أكسيد الكبريت ، فإن منتجات التفاعل هي حمض الكبريتيك وبروميد الهيدروجين. تظهر خصائص الأكسدة لـ SO2عندما يتم تمرير هذا الغاز عبر ماء كبريتيد الهيدروجين. نتيجة لذلك ، يتم إطلاق الكبريت ، يحدث الشفاء الذاتي للأكسدة الذاتية: SO2+ 2H2S=3S + 2H2O.

ثاني أكسيد الكبريت يعرض خصائص حمضية. إنه يتوافق مع أحد أضعف الأحماض وأكثرها استقرارًا - الكبريت. هذا المركب غير موجود في شكله النقي ؛ من الممكن اكتشاف الخصائص الحمضية لمحلول ثاني أكسيد الكبريت باستخدام مؤشرات (يتحول عباد الشمس إلى اللون الوردي). يعطي حامض الكبريت أملاحًا متوسطة - كبريتات وحمضية - هيدروسلفيت. من بينها مركبات مستقرة.

عملية أكسدة الكبريت في ثاني أكسيد إلى حالة سداسية التكافؤ في أنهيدريد الكبريتيك هي عملية تحفيزية. تذوب المادة الناتجة بقوة في الماء ، وتتفاعل مع جزيئات H2O. التفاعل طارد للحرارة ، وينتج حمض الكبريتيك ، أو بالأحرى شكله المائي.

الاستخدام العملي للغازات الحامضة

العملية الرئيسية للإنتاج الصناعي لحمض الكبريتيك ، والتي تتطلب عنصر ثاني أكسيد ، تتكون من أربع مراحل:

  1. الحصول على ثاني أكسيد الكبريت عن طريق حرق الكبريت في أفران خاصة.
  2. تنقية ثاني أكسيد الكبريت الناتج من جميع أنواع الشوائب
  3. مزيد من الأكسدة للكبريت سداسي التكافؤ في وجود محفز.
  4. امتصاص الماء لثالث أكسيد الكبريت.

في السابق ، تم الحصول على كل ثاني أكسيد الكبريت تقريبًا اللازم لإنتاج حامض الكبريتيك على نطاق صناعي عن طريق تحميص البيريت كمنتج ثانوي لصناعة الصلب. تستخدم الأنواع الجديدة من معالجة المواد الخام المعدنية احتراقًا أقل للخام. لذلك ، أصبح الكبريت الطبيعي مادة البداية الرئيسية لإنتاج حامض الكبريتيك في السنوات الأخيرة. احتياطيات العالم الكبيرة من هذه المادة الخام ، وتوافرها يجعل من الممكن تنظيم المعالجة على نطاق واسع.

إنتاج حامض الكبريتيك
إنتاج حامض الكبريتيك

يستخدم ثاني أكسيد الكبريت على نطاق واسع ليس فقط في الصناعة الكيميائية ، ولكن أيضًا في قطاعات أخرى من الاقتصاد. تستخدم مصانع النسيج هذه المادة ومنتجات تفاعلها الكيميائي لتبييض الأقمشة الحريرية والصوفية. هذا نوع من التبييض الخالي من الكلور ولا يكسر الألياف.

يحتوي ثاني أكسيد الكبريت على خصائص مطهرة ممتازة ، والتي تستخدم في مكافحة الفطريات والبكتيريا. يستخدم ثاني أكسيد الكبريت في تبخير المستودعات الزراعية وبراميل النبيذ والأقبية. يستخدم SO2في صناعة المواد الغذائية كعامل حافظة ومضاد للبكتيريا. أضفه إلى العصائر ، وانقع الفواكه الطازجة فيه. الكبريتعصير بنجر السكر يغير لون المواد الخام ويطهرها. تحتوي عصائر وعصائر الخضروات المعلبة أيضًا على ثاني أكسيد الكبريت كمضاد للأكسدة وعامل حافظة.

موصى به: