Dióxido de enxofre - propriedades físicas, produção e aplicação

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Dióxido de enxofre - propriedades físicas, produção e aplicação
Dióxido de enxofre - propriedades físicas, produção e aplicação
Anonim

O dióxido de enxofre tem uma estrutura molecular semelhante ao ozônio. O átomo de enxofre no centro da molécula está ligado a dois átomos de oxigênio. Este produto gasoso da oxidação do enxofre é incolor, emite um odor pungente, condensa-se facilmente em um líquido claro sob condições variáveis. A substância é altamente solúvel em água, possui propriedades anti-sépticas. O SO2 é obtido em grandes quantidades na indústria química, nomeadamente no ciclo de produção de ácido sulfúrico. O gás é amplamente utilizado para o processamento de produtos agrícolas e alimentícios, branqueamento de tecidos na indústria têxtil.

Nomes sistemáticos e triviais de substâncias

É necessário entender a variedade de termos relacionados a um mesmo composto. O nome oficial do composto, cuja composição química é refletida pela fórmula SO2, é dióxido de enxofre. A IUPAC recomenda o uso deste termo e seu equivalente em inglês, dióxido de enxofre. Livros didáticos para escolas e universidades muitas vezes mencionam outro nome - óxido de enxofre (IV). O numeral romano entre parênteses denota a valência do átomo de S. O oxigênio neste óxido é bivalente, e o número de oxidação do enxofre é +4. A literatura técnica utiliza termos obsoletos como dióxido de enxofre, anidrido sulfuroso (produto de sua desidratação).

dióxido de enxofre
dióxido de enxofre

Composição e características da estrutura molecular do SO2

A molécula SO2 é formada por um átomo de enxofre e dois átomos de oxigênio. Existe um ângulo de 120° entre as ligações covalentes. A hibridização Sp2 ocorre no átomo de enxofre - nuvens de um s e dois elétrons p estão alinhados em forma e energia. Eles estão envolvidos na formação de uma ligação covalente entre enxofre e oxigênio. No par O-S, a distância entre os átomos é de 0,143 nm. O oxigênio é mais eletronegativo que o enxofre, o que significa que os pares de elétrons ligantes se movem do centro para os cantos externos. A molécula inteira também é polarizada, pólo negativo - átomos O, positivo - átomo S.

fórmula de dióxido de enxofre
fórmula de dióxido de enxofre

Alguns parâmetros físicos do dióxido de enxofre

O óxido de enxofre tetravalente, em condições ambientais normais, mantém um estado gasoso de agregação. A fórmula para o dióxido de enxofre permite determinar suas massas moleculares e molares relativas: Mr(SO2)=64,066, M=64,066 g/mol (pode ser arredondado para 64 g/mol). Este gás é quase 2,3 vezes mais pesado que o ar (M(ar)=29 g/mol). O dióxido tem um cheiro específico afiado de enxofre queimado, que é difícil de confundir com qualquer outro. É desagradável, irrita as membranas mucosas dos olhos, causa tosse. Mas o óxido de enxofre(IV) não é tão venenoso quanto o sulfeto de hidrogênio.

Sob pressão à temperatura ambiente, o dióxido de enxofre gasoso se liquefaz. Em baixas temperaturas, a substância está em estado sólido, derrete a –72…–75,5 °C. Com um aumento adicional de temperatura, um líquido aparece e, a -10,1 °C, um gás é formado novamente. SO2 moléculas são termicamente estáveis, a decomposição em enxofre atômico e oxigênio molecular ocorre em temperaturas muito altas (cerca de 2800 ºС).

produção de dióxido de enxofre
produção de dióxido de enxofre

Solubilidade e interação com a água

O dióxido de enxofre, quando dissolvido em água, interage parcialmente com ele para formar um ácido sulfuroso muito fraco. No momento do recebimento, decompõe-se imediatamente em anidrido e água: SO2 + H2O ↔ H2SO3 Na verdade, não é o ácido sulfuroso que está presente na solução, mas as moléculas hidratadas SO2 O dióxido gasoso interage melhor com água fria, sua solubilidade diminui com o aumento da temperatura. Em condições normais, pode dissolver em 1 volume de água até 40 volumes de gás.

Gás sulfeto na natureza

Volumes significativos de dióxido de enxofre são liberados com gases vulcânicos e lava durante as erupções. Muitas atividades humanas também aumentam a concentração de SO2 na atmosfera.

formação de dióxido de enxofre em um vulcão
formação de dióxido de enxofre em um vulcão

Dióxido de enxofre é fornecido ao ar por usinas metalúrgicas, onde os gases de exaustão não são capturados durante a torrefação do minério. Muitos tipos de combustíveis fósseis contêm enxofre, como resultado, quantidades significativas de dióxido de enxofre são liberadas no ar atmosférico durante a combustão de carvão, petróleo, gás e combustível obtido a partir deles. O dióxido de enxofre torna-se tóxico para os seres humanos em concentrações no ar acima de 0,03%. Uma pessoa começa com f alta de ar, pode haver fenômenos semelhantes a bronquite e pneumonia. Uma concentração muito alta de dióxido de enxofre na atmosfera pode levar a envenenamento grave ou morte.

Gás sulfeto - produção laboratorial e industrial

Métodos de laboratório:

  1. Quando o enxofre é queimado em um frasco com oxigênio ou ar, o dióxido é obtido de acordo com a fórmula: S + O2=SO2.
  2. É possível agir sobre sais de ácido sulfuroso com ácidos inorgânicos mais fortes, é melhor tomar ácido clorídrico, mas você pode usar ácido sulfúrico diluído:
  • Na2SO3 + 2HCl=2NaCl + H2SO 3;
  • Na2SO3 + H2SO4(desmontado)=Na2SO4 + H2SO3;
  • H2SO3=H2O + SO 2↑.

3. Quando o cobre reage com ácido sulfúrico concentrado, não é liberado hidrogênio, mas dióxido de enxofre:

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

Métodos modernos de produção industrial de dióxido de enxofre:

  1. Oxidação do enxofre natural durante sua combustão em fornos especiais: S + O2=SO2.
  2. Pirite de ferro para assar (pirita).
matéria-prima
matéria-prima

Propriedades químicas básicas do dióxido de enxofre

O dióxido de enxofre é um composto quimicamente ativo. Nos processos redox, esta substância atua frequentemente como agente redutor. Por exemplo, quando o bromo molecular interage com o dióxido de enxofre, os produtos da reação são ácido sulfúrico e brometo de hidrogênio. As propriedades oxidantes do SO2 aparecem quando este gás passa pela água sulfídrica. Como resultado, o enxofre é liberado, auto-oxidação-auto-cura ocorre: SO2 + 2H2S=3S + 2H 2O.

O dióxido de enxofre apresenta propriedades ácidas. Corresponde a um dos ácidos mais fracos e instáveis - sulfuroso. Este composto não existe em sua forma pura; é possível detectar as propriedades ácidas de uma solução de dióxido de enxofre usando indicadores (o tornassol fica rosa). O ácido sulfuroso dá sais médios - sulfitos e ácidos - hidrossulfitos. Entre eles estão compostos estáveis.

O processo de oxidação do enxofre em dióxido para um estado hexavalente em anidrido sulfúrico é catalítico. A substância resultante se dissolve vigorosamente em água, reage com moléculas de H2O. A reação é exotérmica, produzindo ácido sulfúrico, ou melhor, sua forma hidratada.

Uso prático de gás ácido

O principal processo de produção industrial de ácido sulfúrico, que requer o elemento dióxido de carbono, tem quatro etapas:

  1. Obtenção de dióxido de enxofre queimando enxofre em fornos especiais.
  2. Purificação do dióxido de enxofre resultante de todos os tipos de impurezas.
  3. Oxidação adicional para enxofre hexavalente na presença de um catalisador.
  4. Absorção de trióxido de enxofre pela água.

Anteriormente, quase todo o dióxido de enxofre necessário para produzir ácido sulfúrico em escala industrial era obtido pela torrefação da pirita como subproduto da siderurgia. Novos tipos de processamento de matérias-primas metalúrgicas utilizam menos combustão de minério. Portanto, o enxofre natural tornou-se o principal material de partida para a produção de ácido sulfúrico nos últimos anos. Reservas mundiais significativas desta matéria-prima, sua disponibilidade permite organizar o processamento em grande escala.

produção de ácido sulfúrico
produção de ácido sulfúrico

Dióxido de enxofre é amplamente utilizado não só na indústria química, mas também em outros setores da economia. As fábricas têxteis usam essa substância e os produtos de sua interação química para branquear tecidos de seda e lã. Este é um tipo de branqueamento sem cloro que não quebra as fibras.

O dióxido de enxofre possui excelentes propriedades desinfetantes, sendo utilizado no combate a fungos e bactérias. O dióxido de enxofre é usado para fumigar armazéns agrícolas, barris de vinho e adegas. SO2 é usado na indústria alimentícia como conservante e agente antibacteriano. Adicione-o a xaropes, mergulhe frutas frescas nele. Sulfitizaçãosuco de beterraba descolora e desinfeta matérias-primas. Purês e sucos vegetais enlatados também contêm dióxido de enxofre como agente antioxidante e conservante.

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