Vääveldioksiid – füüsikalised omadused, tootmine ja kasutamine

Sisukord:

Vääveldioksiid – füüsikalised omadused, tootmine ja kasutamine
Vääveldioksiid – füüsikalised omadused, tootmine ja kasutamine
Anonim

Vääveldioksiidi molekulaarstruktuur on sarnane osooniga. Molekuli keskel olev väävliaatom on seotud kahe hapnikuaatomiga. See gaasiline väävli oksüdatsiooniprodukt on värvitu, eritab teravat lõhna, muutuvates tingimustes kergesti kondenseerub selgeks vedelikuks. Aine lahustub hästi vees, omab antiseptilisi omadusi. SO2 saadakse suurtes kogustes keemiatööstuses, nimelt väävelhappe tootmise tsüklis. Gaasi kasutatakse laialdaselt põllumajandus- ja toiduainete töötlemisel ning kangaste pleegitamiseks tekstiilitööstuses.

Ainete süsteemsed ja triviaalsed nimetused

Tuleb mõista sama ühendiga seotud terminite mitmekesisust. Ühendi ametlik nimetus, mille keemiline koostis kajastub valemis SO2, on vääveldioksiid. IUPAC soovitab kasutada seda terminit ja selle ingliskeelset vastet Sulphur dioxide. Koolide ja ülikoolide õpikutes mainitakse sageli teist nimetust – vääveloksiid (IV). Sulgudes olev rooma number tähistab S-aatomi valentsi. Selles oksiidis olev hapnik on kahevalentne ja väävli oksüdatsiooniarv on +4. Tehnilises kirjanduses kasutatakse aegunud termineid, nagu vääveldioksiid, väävelanhüdriid (selle dehüdratsiooni saadus).

vääveldioksiid
vääveldioksiid

SO2 koostis ja molekulaarstruktuuri omadused

SO2 molekuli moodustavad üks väävliaatom ja kaks hapnikuaatomit. Kovalentsete sidemete vahel on nurk 120°. Sp2-hübridiseerumine toimub väävliaatomis – ühest s-st ja kahest p-elektronist koosnevad pilved asetsevad kuju ja energia poolest. Nad osalevad kovalentse sideme moodustamises väävli ja hapniku vahel. O-S paaris on aatomite vaheline kaugus 0,143 nm. Hapnik on elektronegatiivsem kui väävel, mis tähendab, et siduvad elektronide paarid liiguvad keskelt välisnurkadesse. Kogu molekul on samuti polariseeritud, negatiivne poolus - O-aatomid, positiivne - S-aatom.

vääveldioksiidi valem
vääveldioksiidi valem

Mõned vääveldioksiidi füüsikalised parameetrid

Tetravalentne vääveloksiid säilitab normaalsetes keskkonnatingimustes gaasilise agregatsiooni. Vääveldioksiidi valem võimaldab määrata selle suhtelist molekulmassi ja molaarmassi: Mr(SO2)=64,066, M=64,066 g/mol (võib ümardada kuni 64 g/mol)). See gaas on õhust peaaegu 2,3 korda raskem (M(õhk)=29 g/mol). Dioksiidil on terav spetsiifiline põleva väävli lõhn, mida on raske teistega segi ajada. See on ebameeldiv, ärritab silmade limaskesti, põhjustab köha. Kuid väävel(IV)oksiid ei ole nii mürgine kui vesiniksulfiid.

Rõhu all toatemperatuuril gaasiline vääveldioksiid veeldub. Madalatel temperatuuridel on aine tahkes olekus, sulab –72…–75,5 °C juures. Temperatuuri edasisel tõusul ilmub vedelik ja –10,1 °C juures tekib uuesti gaas. SO2 molekulid on termiliselt stabiilsed, lagunemine aatomväävliks ja molekulaarseks hapnikuks toimub väga kõrgetel temperatuuridel (umbes 2800 ºС).

vääveldioksiidi tootmine
vääveldioksiidi tootmine

Lahustumine ja koostoime veega

Vääveldioksiid, kui see lahustatakse vees, interakteerub sellega osaliselt, moodustades väga nõrga väävelhappe. Vastuvõtmise hetkel laguneb see kohe anhüdriidiks ja veeks: SO2 + H2O ↔ H2SO3 Tegelikult ei ole lahuses väävelhape, vaid hüdraatunud molekulid SO2 Gaasiline dioksiid interakteerub paremini jahe vesi, selle lahustuvus väheneb temperatuuri tõustes. Tavatingimustes võib see lahustuda 1 mahus vees kuni 40 mahus gaasi.

Sulfiidgaas looduses

Vulkaaniliste gaaside ja laavaga eraldub pursete käigus märkimisväärses koguses vääveldioksiidi. Paljud inimtegevused suurendavad ka SO2 kontsentratsiooni atmosfääris.

vääveldioksiidi teke vulkaanis
vääveldioksiidi teke vulkaanis

Vääveldioksiidi tarnivad õhku metallurgiatehased, kus maagi röstimisel heitgaase ei koguta. Paljud fossiilkütuste liigid sisaldavad väävlit, mistõttu söe, nafta, gaasi ja nendest saadava kütuse põlemisel satub atmosfääriõhku märkimisväärses koguses vääveldioksiidi. Vääveldioksiid muutub inimesele mürgiseks, kui kontsentratsioon õhus on üle 0,03%. Inimesel tekib õhupuudus, võib esineda bronhiiti ja kopsupõletikku meenutavaid nähtusi. Väga kõrge vääveldioksiidi kontsentratsioon atmosfääris võib põhjustada raske mürgistuse või surma.

Sulfiidgaas – labori- ja tööstustootmine

Laboratoorsed meetodid:

  1. Väävli põletamisel kolvis hapniku või õhuga saadakse dioksiid järgmise valemi järgi: S + O2=SO2.
  2. Väävelhappe sooladele on võimalik mõjuda tugevamate anorgaaniliste hapetega, parem on võtta vesinikkloriidhape, aga võib kasutada ka lahjendatud väävelhapet:
  • Na2SO3 + 2HCl=2NaCl + H2SO 3;
  • Na2SO3 + H2SO4 (lahti võetud)=Na2SO4 + H2SO3;
  • H2SO3=H2O + SO 2↑.

3. Kui vask reageerib kontsentreeritud väävelhappega, ei eraldu mitte vesinik, vaid vääveldioksiid:

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

Vääveldioksiidi tööstusliku tootmise kaasaegsed meetodid:

  1. Loodusliku väävli oksüdatsioon selle põlemisel spetsiaalsetes ahjudes: S + O2=SO2.
  2. Rauapüriidi (püriidi) röstimine.
toormaterjal
toormaterjal

Vääveldioksiidi põhilised keemilised omadused

Vääveldioksiid on keemiliselt aktiivne ühend. Redoksprotsessides toimib see aine sageli redutseerijana. Näiteks kui molekulaarne broom interakteerub vääveldioksiidiga, on reaktsiooniproduktideks väävelhape ja vesinikbromiid. SO2 oksüdeerivad omadused ilmnevad siis, kui see gaas lastakse läbi vesiniksulfiidvee. Selle tulemusena eraldub väävel, toimub iseoksüdatsioon-iseparanemine: SO2 + 2H2S=3S + 2H 2 O.

Vääveldioksiidil on happelised omadused. See vastab ühele nõrgemale ja ebastabiilsemale happele - väävelhappele. Seda ühendit puhtal kujul ei eksisteeri, indikaatorite abil on võimalik tuvastada vääveldioksiidi lahuse happelisi omadusi (lakmus muutub roosaks). Väävelhape annab keskmised soolad - sulfitid ja happelised - vesiniksulfitid. Nende hulgas on stabiilseid ühendeid.

Väävli oksüdeerimine dioksiidis väävelhappeanhüdriidis kuuevalentseks olekuks on katalüütiline. Saadud aine lahustub vees jõuliselt, reageerib H2O molekulidega. Reaktsioon on eksotermiline, tekitades väävelhapet või õigemini selle hüdraaditud vormi.

Hapugaasi praktiline kasutamine

Väävelhappe tööstusliku tootmise põhiprotsess, mis nõuab elementdioksiidi, koosneb neljast etapist:

  1. Vääveldioksiidi saamine väävli põletamisel spetsiaalsetes ahjudes.
  2. Saadud vääveldioksiidi puhastamine igasugustest lisanditest.
  3. Edasine oksüdeerimine kuuevalentseks väävliks katalüsaatori juuresolekul.
  4. Vääveltrioksiidi imendumine vee poolt.

Varem saadi peaaegu kogu väävelhappe tööstuslikuks tootmiseks vajalik vääveldioksiid terasetootmise kõrvalsaadusena püriidi röstimisel. Uut tüüpi metallurgiatoorme töötlemisel kasutatakse vähem maagi põletamist. Seetõttu on viimastel aastatel väävelhappe tootmise peamiseks lähteaineks saanud looduslik väävel. Selle tooraine märkimisväärsed varud maailmas, selle kättesaadavus võimaldavad korraldada suuremahulist töötlemist.

väävelhappe tootmine
väävelhappe tootmine

Vääveldioksiidi kasutatakse laialdaselt mitte ainult keemiatööstuses, vaid ka teistes majandusharudes. Tekstiilivabrikud kasutavad seda ainet ja selle keemilise koostoime tooteid siidi- ja villakangaste pleegitamiseks. See on teatud tüüpi kloorivaba pleegitamine, mis ei lagunda kiude.

Vääveldioksiidil on suurepärased desinfitseerivad omadused, mida kasutatakse võitluses seente ja bakteritega. Vääveldioksiidi kasutatakse põllumajanduslike hoidlate, veinivaatide ja keldrite fumigeerimiseks. SO2 kasutatakse toiduainetööstuses säilitusaine ja antibakteriaalse ainena. Lisage see siirupitele, leotage selles värskeid puuvilju. Sulfitiseeriminesuhkrupeedimahl muudab värvi ja desinfitseerib toorainet. Konserveeritud köögiviljapüreed ja -mahlad sisaldavad ka antioksüdandina ja säilitusainena vääveldioksiidi.

Soovitan: