Серен диоксид има молекулна структура, подобна на озона. Серният атом, разположен в центъра на молекулата, е свързан с два кислородни атома. Този газообразен продукт на окисляване на сяра няма цвят, произвежда силна миризма и когато условията се променят, лесно се кондензира в бистра течност. Веществото е добре разтворимо във вода, има антисептични свойства. SO 2 се произвежда в големи количества в химическата промишленост, а именно в производствения цикъл на сярната киселина. Газът се използва широко за преработка на селскостопански и хранителни продукти, избелващи тъкани в текстилната промишленост.

Системни и тривиални наименования на вещества

Необходимо е да се разбере разнообразието от термини, свързани с едно и също съединение. Официалното наименование на съединението, чийто химичен състав отразява формулата SO 2 , е серен диоксид. IUPAC препоръчва да се използва този термин и неговият английски еквивалент - Серен диоксид. Учебници за училища и университети по-често споменават такова име - серен оксид (IV). Римската цифра в скоби показва валентността на атома S. Кислородът в този оксид е бивалентен, а окислителният брой на сярата е +4. В техническата литература се използват такива остарели термини като серен диоксид, анхидрид на сярна киселина (продукт на неговата дехидратация).

серен диоксид

Състав и молекулярна структура на SO 2

Молекулата SO2 се формира от един серен атом и два кислородни атома. Между ковалентните връзки има ъгъл от 120 °. Сп2 хибридизацията се случва в серен атом - те са подредени във форма и енергия на облак от един s и два p-електрона. Те участват в образованието. ковалентна връзка между сяра и кислород. В една O - S двойка, разстоянието между атомите е 0,143 nm. Кислородът е по-електроотрицателен елемент от сярата, което означава, че свързващите двойки електрони се изместват от центъра към външните ъгли. Цялата молекула също е поляризирана, отрицателният полюс е О-атома, положителният е S-атом.

формула на серен диоксид

Някои физични параметри на серен диоксид

Оксидът на четиривалентната сяра при нормални условия на околната среда запазва газовото агрегирано състояние. Формулата на серен диоксид позволява определянето на относителната му молекулна и моларна маса: Mr (SO 2 ) = 64.066, М = 64.066 g / mol (може да бъде закръглено до 64 g / mol). Този газ е почти 2,3 пъти по-тежък от въздуха (M (въздух) = 29 g / mol). Диоксидът има остър, специфичен мирис на горяща сяра, което е трудно да се обърка с всеки друг. Това е неприятно, дразни лигавиците на очите, причинява кашлица. Но серният оксид (IV) не е толкова токсичен, колкото сероводород.

Под налягане при стайна температура газообразният серен диоксид се втечнява. При ниски температури веществото е в твърдо състояние, се топи при –72 ... –75,5 ° С. При по-нататъшно повишаване на температурата се появява течност, а при –10,1 ° С се образува газ. SO2 молекулите са термично стабилни, разлагането на атомна сяра и молекулярният кислород се среща при много високи температури (около 2800 ºС).

производство на кисел газ

Разтворимост и взаимодействие с вода

Серен диоксид, когато се разтвори във вода, частично реагира с него, за да образува много слаба сярна киселина. В момента на получаването му той незабавно се разлага на анхидрид и вода: SO2 + H20O2H2S03. Всъщност решението не е налице сярна киселина и хидратирани SO2 молекули. Газовият диоксид взаимодейства по-добре с хладка вода, като разтворимостта му намалява с повишаване на температурата. При нормални условия, той може да се разтвори в 1 обем вода до 40 обема газ.

Серен диоксид в природата

Значителни количества серен диоксид се отделят с вулканични газове и лава по време на изригвания. Много видове човешки дейности също водят до увеличаване на концентрацията на SO 2 в атмосферата.

образуване на серен диоксид във вулкана

Сярен анхидрид се доставя във въздуха от металургични заводи, където отработените газове не се улавят по време на изгарянето на рудата. Много видове изкопаеми горива съдържат сяра, в резултат на което се отделят значителни количества серен диоксид в атмосферния въздух, когато се изгарят въглища, петрол и газ. Серен диоксид става токсичен за хората при концентрации във въздуха над 0,03%. При човек започва недостиг на въздух, може да се появят симптоми като бронхит и пневмония. Много високите концентрации на серен диоксид в атмосферата могат да доведат до тежко отравяне или смърт.

Серен диоксид - производство в лаборатория и в промишлеността

Лабораторни методи:

  1. Когато сярата се изгаря в колба с кислород или въздух, се получава диоксид по формулата: S + O2 = SO2.
  2. Възможно е да се действа върху солите на сярната киселина с по-силни неорганични киселини, по-добре е да се приема солна киселина, но е възможно да се разрежда сярната:
  • Na2S03 + 2HCl = 2NaCl + H2SO3;
  • Na2S03 + H2S04 (d) = Na2S04 + H2SO3;
  • H2S03 = Н20 + S02.

3. Когато мед взаимодейства с концентрирана сярна киселина, не се отделя водород, а серен диоксид:

2H2S04 (конц.) + Cu = CuS04 + 2H2O + SO2.

Съвременни методи за промишлено производство на серен диоксид:

  1. Окисляване на естествена сяра при изгаряне в специални пещи: S + O 2 = SO 2 .
  2. Изпичане на железен пирит (пирит).

суровина

Основни химични свойства на серен диоксид

Сярният диоксид е активно химично съединение. При окислително-редукционните процеси това вещество често действа като редуциращ агент. Например, при взаимодействието на молекулен бром със серен диоксид, реакционните продукти са сярна киселина и бромоводород. Окислителните свойства на SO2 се появяват, когато този газ се премине през сероводород. В резултат на това се освобождава сяра, настъпва самоокисляване-самоограничаване: SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O.

Серен диоксид проявява киселинни свойства. Тя съответства на една от най-слабите и най-нестабилните киселини - сярна. Това съединение не съществува в чист вид, възможно е да се открият киселинните свойства на разтвор на серен диоксид чрез индикатори (лакмус е розово). Сярната киселина дава средни соли - сулфити и киселинно-хидросулфити. Сред тях са стабилни съединения.

Процесът на окисление на сярата в диоксид до шестивалентното състояние в анхидрид на сярна киселина е каталитичен. Полученото вещество се разтваря енергично във вода, взаимодейства с молекули Н 2 О. Реакцията е екзотермична, образува се сярна киселина, или по-скоро, нейната хидратирана форма.

Практическо използване на серен диоксид

Основният метод за промишлено производство на сярна киселина, който изисква диоксид на елемента, има четири етапа:

  1. Получаване на серен диоксид чрез изгаряне на сяра в специални пещи.
  2. Пречистване на получения серен диоксид от всички видове примеси.
  3. По-нататъшно окисление до шестивалентна сяра в присъствието на катализатор.
  4. Абсорбция на сяра триоксид от вода.

Преди това почти целият серен диоксид, необходим за производството на сярна киселина в промишлен мащаб, се получава чрез изпичане на пирит като страничен продукт от производството на стомана. Новите видове преработка на металургични суровини използват по-малко изгарянето на рудата. Ето защо, през последните години, естествената сяра се превърна в основен изходен материал за производството на сярна киселина. Значителни глобални запаси от тази суровина, неговата наличност ни позволява да организираме мащабна обработка.

производство на сярна киселина

Серен диоксид се използва не само в химическата промишленост, но и в други сектори на икономиката. Текстилните мелници използват това вещество и продуктите от неговото химично взаимодействие, за да избелват коприна и вълнени тъкани. Това е един от видовете избелване без хлор, при което влакната не се разрушават.

Серен диоксид има отлични дезинфекционни свойства, които се използват в борбата с гъбичките и бактериите. Сернокиселият анхидрид се фумигира със съхранение на селскостопански продукти, винени бъчви и изби. Използва се SO 2 в хранителната промишленост като консервант и антибактериално вещество. Добавете го в сиропи, накиснете пресните плодове в него. Sulfitizatsiya
Сокът от захарно цвекло обезцветява и дезинфекцира суровините. Консервираните зеленчукови пюрета и соковете съдържат също серен диоксид като антиоксидант и консервант.