Сернистый газ используют в пищевой промышленности. Оксид серы (IV)

Реферат на тему:

Оксид серы(IV)

План:

1 Получение
2 Химические свойства
3 Применение
4 Физиологическое действие
- 4.1 Дополнительные сведения о токсичности
5 Воздействие на атмосферу
6 Воздействие на CD-R и DVD±R

Введение

Окси́д се́ры(IV) (диокси́д се́ры , серни́стый газ , серни́стый ангидри́д ) - SO 2 . В нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом (запах загорающейся спички). Под давлением сжижается при комнатной температуре. Растворяется в воде с образованием нестойкой сернистой кислоты; растворимость 11,5 г/100 г воды при 20 °C, снижается с ростом температуры. Растворяется также в этаноле, серной кислоте. SO 2 - один из основных компонентов вулканических газов.

1. Получение

Промышленный способ получения - сжигание серы или обжиг сульфидов, в основном - пирита:

4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q.

В лабораторных условиях SO 2 получают воздействием сильных кислот на сульфиты и гидросульфиты:

Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + H 2 SO 3 .

Образующаяся сернистая кислота сразу разлагается на SO 2 и H 2 O:

Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + H 2 O + SO 2 .

Также можно получить действием концентрированной серной кислоты на малоактивные металлы при нагревании:

2H 2 SO 4 (конц.) + Cu → CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.

2. Химические свойства

Спектр поглощения SO2 в ультрафиолетовом диапазоне

Относится к кислотным оксидам. Растворяется в воде с образованием сернистой кислоты (при обычных условиях реакция обратима):

SO 2 + H 2 O ↔ H 2 SO 3 .

Со щелочами образует сульфиты:

SO 2 + 2NaOH → Na 2 SO 3 + H 2 O.

Химическая активность SO 2 весьма велика. Наиболее ярко выражены восстановительные свойства SO 2 , степень окисления серы в таких реакциях повышается:

SO 2 + Br 2 + 2H 2 O → H 2 SO 4 + 2HBr,

2SO 2 + O 2 → 2SO 3 (требуется катализатор V 2 O 5 и температура 450°),

5SO 2 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → 2H 2 SO 4 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 .

Последняя реакция является качественной реакцией на сульфит-ион SO 3 2− и на SO 2 (обесцвечивание фиолетового раствора).

В присутствии сильных восстановителей SO 2 способен проявлять окислительные свойства. Например, для извлечения серы из отходящих газов металлургической промышленности используют восстановление SO 2 оксидом углерода(II):

SO 2 + 2CO → 2CO 2 + S↓.

Или для получения фосфорноватистой кислоты:

PH 3 + SO 2 → H(PH 2 O 2) + S↓

3. Применение

Большая часть оксида серы (IV) используется для производства серной кислоты. Так как этот газ убивает микроорганизмы, то им окуривают овощехранилища и склады. На консервных заводах им обрабатывают плоды и фрукты, чтобы предохранить их от загнивания. Оксид серы (IV) используется для отбеливания соломы, шелка и шерсти, т. е. материалов, которые нельзя отбеливать хлором. Оксид серы (IV) применяется также для получения различных солей сернистой кислоты.

4. Физиологическое действие

SO 2 токсичен. Симптомы при отравлении сернистым газом - насморк, кашель, охриплость, першение в горле. При вдыхании сернистого газа более высокой концентрации - удушье, расстройство речи, затруднение глотания, рвота, возможен острый отёк лёгких.

ПДК(предельно допустимая концентрация) максимально-разового воздействия - 0,5 мг/м³

4.1. Дополнительные сведения о токсичности

Интересно, что чувствительность по отношению к SO 2 весьма различна как у людей, так и у растений. Наиболее устойчивы по отношению к сернистому газу берёза и дуб, наименее - сосна и ель. Наименее чувствительными к SO 2 являются розы. При попадании на них сернистого газа они моментально белеют.

5. Воздействие на атмосферу

Наибольшую опасность представляет собой загрязнение соединениями серы, которые выбрасываются в атмосферу при сжигании угольного топлива, нефти и природного газа, а также при выплавке цветных металлов и производстве серной кислоты. Антропогенное загрязнение серой в два раза превосходит природное. Серный ангидрид образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Растения около таких предприятий обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и чёрной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида. Наибольших концентраций сернистый газ достигает в северном полушарии, особенно над территорией США, зарубежной Европы, европейской части России, Украины. В южном полушарии оно ниже. Основная статья: Кислотный дождь.

6. Воздействие на CD-R и DVD±R

Сернистый ангидрид или диоксид серы применяется, главным образом, в производстве серной кислоты, а также как восстановитель, отбеливатель, консервант, хладагент, антиоксидант. Из-за широкого использования является одним из основных газов, загрязняющих атмосферу. Большая часть тестов по оценке срока службы оптических дисков выполнены с записываемыми дисками (CD-R, DVD-R, DVD+R). Эти тесты обычно выполнены производителями с категоризацией дисков в зависимости от используемого в них металла и красящего вещества. В отражающем слое CD-R, DVD-R и DVD+R используется золото, серебро или сплав серебра вместо алюминия в ROM дисках. Золото не подвержено коррозии, но имеет высокую стоимость. Серебро обладает лучшей отражательной способностью и дешевле золота, но восприимчиво к коррозии если подвергнется воздействию сернистого ангидрида , который загрязняет воздух и может проникнуть также как и кислород - с влажностью. Производители используют различные сплавы серебра, помогающие предотвращать коррозию, и в большинстве доступных на сегодня R-дисков используется сплав серебра в отражающем слое. Вероятность коррозии серебра от воздействия сернистого ангидрида меньше вероятности окисления алюминия, вызванной высокой влажностью. Несмотря на это, хранение диска в среде с отфильтрованным «чистом воздухом» может снизить или устранить воздействие диоксида серы. При надлежащем хранении, эти диски продержатся дольше технологии по их изготовлению .

Строение молекулы SO2

Строение молекулы SO2 аналогично строению молекулы озона. Атом серы находится в состоянии sp2-гибридизации, форма расположения орбиталей – правильный треугольник, форма молекулы – угловая. На атоме серы имеется неподеленная электронная пара. Длина связи S – O равна 0,143 нм, валентный угол составляет 119,5°.

Строение соответствует следующим резонансным структурам:

В отличие от озона, кратность связи S – O равна 2, то есть основной вклад вносит первая резонансная структура. Молекула отличается высокой термической устойчивостью.

Соединения серы +4 – проявляют окислительно-восстановительную двойственность, но с преобладанием восстановительных свойств.

1. Взаимодействие SO2 c кислородом

2S+4О2 + О 2 S+6О

2. При пропускании SO2 через сероводородную кислоту образуется сера.

S+4О2 + 2Н2S-2 → 3So + 2 Н2О

4 S+4 + 4 → So 1 - окислитель (восстановление)

S-2 - 2 → Sо 2 - восстановитель (окисление)

3. Сернистая кислота медленно окисляется кислородом воздуха в серную кислоту.

2H2S+4O3 + 2О → 2H2S+6O

4 S+4 - 2 → S+6 2 - восстановитель (окисление)

О + 4 → 2О-2 1 - окислитель (восстановление)

Получение:

1) оксида серы (IV) в промышленности:

горение серы:

обжиг пирита:

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3

в лаборатории:

Na2SO3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2 + H2O

Сернистый газ , предупреждая брожение, облегчает осаждение загрязняющих веществ, обрывков тканей винограда с болезнетворной микрофлорой и позволяет проводить алкогольное брожение на чистых культурах дрожжей с целью увеличения выхода этилового спирта и улучшении состава других продуктов алкогольного брожения.

Роль сернистого газа таким образом не ограничивается антисептирующими действиями, оздоровляющими среду, но и распространяется на улучшение технологических условий брожения и хранения вина.

Эти условия при правильном использовании сернистого газа (ограничение дозировки и времени соприкосновения с воздухом) ведут к повышению качества вин и соков, их аромата, вкуса, а также прозрачности и цвета - свойств, связанных с устойчивостью вина и сока к помутнениям.

Сернистый газ - самый распространенный загрязнитель воздуха. Он выделяется всеми энергетическими установками при сжигании органического топлива. Сернистый газ может также выделяться предприятиями металлургической промышленности (источник -коксующиеся угли), а также рядом химических производств (например, производство серной кислоты). Он образуется при разложении содержащих серу аминокислот, входивших в состав белков древних растений, образовавших залежи угля, нефти, горючих сланцев.

Находит применение в промышленности для беления различных продуктов: сукна, шелка, бумажной массы, перьев, соломы, воска, щетины, конского волоса, пищевых продуктов, для дезинфекции фруктов и консервов и т. д. В качестве побочного продукта С. г. образуется и выделяется в воздух рабочих помещений в ряде производств: серной к-ты, целлюлезы, при обжиге руд, содержащих, сернистые металлы, в травилках на металлозаводах, при производстве стекла, ультрамарина и др., весьма часто С. г. содержится в воздухе котельных и зольных помещений, где он образуется при сжигании содержащих серу углей.

При растворении в воде образуется слабая и неустойчивая сернистая кислота H2SO3 (существует только в водном растворе)

SO2 + H2O ↔ H2SO3

Сернистая кислота диссоциирует ступенчато:

H2SO3 ↔ H+ + HSO3- (первая ступень, образуется гидросульфит – анион)

HSO3- ↔ H+ + SO32- (вторая ступень, образуется анион сульфит)

H2SO3 образует два ряда солей - средние (сульфиты) и кислые (гидросульфиты).

Качественной реакцией на соли сернистой кислоты является взаимодействие соли с сильной кислотой, при этом выделяется газ SO2 с резким запахом:

Na2SO3 + 2HCl → 2NaCl + SO2 + H2O 2H+ + SO32- → SO2 + H2O

В один прекрасный день вы, решив посмотреть телевизор и включив новости, услышали как диктор вещает что-то вроде: "В такой-то области прошел кислотный дождь, после которого концентрация серной кислоты из-за диоксида серы в почве достигла критического уровня". Слух моментально уловил незнакомое словосочетание - диоксид серы, о котором вам хочется узнать побольше. Сегодня я постараюсь удовлетворить ваш интерес.

Определение

Диоксид серы (формула SO2) обычно является бесцветным газом, имеющим резкий запах.

Название

В разных источниках его могут обозвать оксидом серы (IV), сернистым газом, двуокисью серы или сернистым ангидридом.

Получение

Промышленным путем его получают посредством сжигания серы или обжига сульфидов, из которых наиболее применяемый в этой отрасли - пирит. В лаборатории диоксид серы является продуктом взаимодействия сульфитов и гидросульфитов на сильные кислоты или же малоактивных металлов на серную кислоту.

Свойства

Это кислотный оксид, растворяющийся в воде и образующий при этом сернистую кислоту. А при реакции со щелочью диоксид серы может образовывать сульфиты. Для справки: сульфит является солью сернистой кислоты. Сернистый ангидрид также известен как вещество с очень большой химической активностью, чаще всего используемое в реакциях в качестве восстановителя. Во время их протекания наблюдается повышение степени окисления серы. Для проявления окислительных свойств диоксида серы к нему добавляют сильные восстановители.

Применение

С помощью этого вещества производят серную кислоту. В отрасли виноделия диоксид серы известен под именем пищевой добавки E220. Для уничтожения микроорганизмов этим газом окуривают склады и овощехранилища. Еще им отбеливают солому, шелк и шерсть, т.е. материалы, не предназначенные для отбеливания хлором. В любой лаборатории сернистый ангидрид служит растворителем. Также с помощью него получат разнообразные соли сернистой кислоты (сульфиты).

Диоксид серы: вред

Является очень токсичным веществом. Отравление диоксидом серы влечет за собой последствия в виде насморка, кашля, охриплости, сильного першения в горле и своеобразного привкуса. Вдыхание сернистого газа с более высокой концентрацией чревато удушьем, расстройством речи, затруднением глотания, рвотой и острым отёком легких. Если вдыхать его недолго, то симптомы ограничатся кашлем и першением в горле.

Воздействие на атмосферу

Диоксид серы попадает в атмосферу в основном как отходы производства. Наиболее опасны выбросы сернистого ангидрида, когда выплавляют металлы, производят серную кислоту, а также сжигают угольное топливо, нефть и природный газ. Загрязнения атмосферы диоксидом серы происходят чаще по вине человека, чем природных процессов. Кислород воздуха вместе со светом окисляют сернистый газ до образования серного ангидрида. Конечный продукт этого взаимодействия является аэрозолем серной кислоты в атмосфере, раствором в дождевых водах. Когда она выпадет вместе с дождем, то начнет подкислять почву и угнетающе воздействовать на физическое состояние людей. Основной источник попадания диоксида серы в воздух - это химические и металлургические предприятия, а также теплоэлектроцентрали (фото). Самая большая концентрация сернистого газа наблюдается над США, Европой, Китаем, Украиной и Россией.

Заключение

Диоксид серы может быть как полезным, так и вредным для человека. Всё зависит от обращения с этим веществом. Стоит помнить, что при работе с сернистым газом или вхождении на территорию с высокой его концентрацией всегда необходимо надевать защитные костюмы.

Сернистый газ: определение и происхождение

Сернистый газ – едкий газ искусственного происхождения, не имеет цвета, но отличается ярко выраженным запахом (так пахнет зажжённая спичка). Химическая формула сернистого газа – SO 2 . Другие его названия – двуокись серы и сернистый ангидрид. Растворяется в большом количестве воды, образуя восокотоксичную серную кислоту.

В атмосферу сернистый газ попадает в результате промышленной переработки серосодержащих веществ. Например, он выделяется во время производства целлюлозы и серной кислоты, стекла и ультрамарина, а также при обжиге руд с содержанием сернистых металлов, на нефтеперерабатывающих заводах и в травилках на металлозаводах. Когда в котельных сжигаются серосодержащие угли, побочным продуктом данного процесса также является SO 2 , активно загрязняющий атмосферу.

Попав в воздух, сернистый газ остаётся там сравнительно недолго: самое большее – три недели (в сухом и чистом воздухе), самое меньшее – несколько часов (во влажном воздухе с посторонними примесями вроде аммиака). Когда SO 2 смешивается в воздухе с каплями влаги, происходят фотохимические, каталитические и другие реакции, в результате чего образуется вторичный загрязнитель – серная кислота Н 2 SО 4 . От этого опасность данного газа возрастает ещё больше, ведь капли кислоты могут преодолевать очень большие расстояния.

Так, в результате многочисленных наблюдений выяснилось, что выбросы серы в промышленных странах Западной Европы (Великобритании, Германии, Нидерландах) в два, пять, а то и десять раз больше, чем выпадения серы на территорию тех же стран. Это означает, что ядовитые облака направляются от их заводов в более экологически чистые страны – такие как Скандинавские. В Норвегии и Швеции всё происходит наоборот: они выбрасывают в свой воздушный бассейн в 1,5-2,5 раза меньше серы, чем получают из прилетающих облаков.

Сернистые соединения, передвигающиеся в составе облаков на высоте 750-1500 м со скоростью около 10м/с, переходят в форму сульфатов. Таким образом, сернистый газ может «улететь» от места своего возникновения на 300-400 км. На этом расстоянии в облаках наблюдается максимальная концентрация серной кислоты, которая может преодолевать расстояния до 1500 км, прежде чем окончательно перейти в форму сульфатов.

Наибольшую опасность сернистый ангидрид представляет в его взаимодействии с взвешенными частицами с образованиями солей серной кислоты, которые способны оседать в лёгких и вызывать серьёзные заболевания, вплоть до разрушения тканей.

Сжиженный сернистый газ также очень опасен, т.к. при утечке он быстро переходит в газообразное состояние и оседает у поверхности земли (особенно в подвалах, тоннелях и оврагах) в виде едкого холодного тумана. Над поверхностью воды двуокись серы превращается в удушливый ядовитый газ.

Действие сернистого газа на организм

SO 2 относится к разряду токсичных газов. При вдыхании сравнительно небольших его концентраций воспаляются верхние дыхательные пути, появляются кашель, насморк, першение в горле, голос становится хриплым. Симптомы дальнейшего отравления – глотание с болью, удушье, рвота, нарушения речи, иногда начинается острый отёк лёгких. При этом поражение лёгких происходит не сразу, а через 1-2 дня после попадания SO 2 в дыхательные пути.

Если пары сернистого газа значительно превышают норму, у человека происходят гораздо более тяжёлые изменения в организме: бронхопневмония, глубокий бронхит, отёк гортани и лёгких. Пары серной кислоты при попадании в организм человека вызывают хронические бронхиты и конъюнктивиты.

Вышеназванные симптомы означают, что вдыхание диоксида серы в больших концентрациях сильно повышает риск заболеваний дыхательных путей, сопровождающихся кашлем, воспалением носоглотки, бронхитами, хрипотой и болью в горле. Особенно опасно наличие диоксида серы в воздухе для людей с заболеваниями органов дыхания. У астматиков он вызывает фатальные аллергические реакции. Помимо этого, пары диоксида серы способны разрушать витамин B1.

Сернистый газ – яд большого города

Сернистый газ – не природный продукт, он появляется в результате активной промышленной деятельности человека. 95% его мировых выбросов происходит над территорией Северного полушария, и особенно – над Восточной и Западной Европой. Что неудивительно: именно в этих странах принято активно использовать бурый уголь в производстве энергии.

Большим количеством ядовитых выбросов знаменита столица Великобритании Лондон. Там даже был придуман специальный термин для обозначения ядовитого тумана большого города: «смог» (от англ. “smoke” – «дым» + “fog” – «туман»).

Во время сгорания автомобильного и прочего топлива в воздухе оказывается большая концентрация оксидов азота, углеводородов, угарного газа и, конечно, диоксида серы. Все вместе они создают густой туман с голубоватой дымкой, чрезвычайно опасный для здоровья человека. Для Лондона критическим годом по количеству смертей от ядовитого смога стал 1952 г.: тогда лишь в течение четырёх дней погибло более 4-х тысяч человек. В те дни в воздухе летало несколько сот тонн дыма, смешанного с сернистым ангидридом. А в Нью-Йорке одиннадцатью годами позже подобный дым убил в одночасье 400 человек. Учёные пришли к выводу, что увеличение количества SO 2 в воздухе вело к увеличению количества жертв смога.

Ещё одним городом Западной Европы, страдающим от воздействия сернистого газа, являются греческие Афины. Каждый год в их воздухе образуется 150 тыс. тонн SO 2 .

Однако не только в Европе, но и в Азии человек страдает от губительных серных паров. Практически полное отсутствие очистных сооружений при большом скоплении заводов приводит к тому, что в китайском Шанхае образуется плотная дымка: людям становится сложно дышать, и даже машины с включёнными фарами с трудом находят себе дорогу. Производственные предприятия Шанхая выбрасывают в воздух до 15 млн. тонн сернистого газа в год.

И чем больше топлива человечество потребляет, тем больше ядовитых выбросов появляется в атмосфере: сегодня вес выделяемого SO 2 уже составляет 174 млн. тонн в год. Доля сернистого газа среди всех серосодержащих промышленных выбросов составляет не менее 95%.

Относитесь внимательнее к тому, чем дышите вы и ваши дети! Концентрация сернистого газа в атмосфере грозит очень серьёзными последствиями. Как выяснилось, даже живя в экологически чистом районе, можно подвергнуться атаке серных паров.