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).
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.
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).
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.
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:
- Quando o enxofre é queimado em um frasco com oxigênio ou ar, o dióxido é obtido de acordo com a fórmula: S + O2=SO2.
- 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:
- Oxidação do enxofre natural durante sua combustão em fornos especiais: S + O2=SO2.
- Pirite de ferro para assar (pirita).
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:
- Obtenção de dióxido de enxofre queimando enxofre em fornos especiais.
- Purificação do dióxido de enxofre resultante de todos os tipos de impurezas.
- Oxidação adicional para enxofre hexavalente na presença de um catalisador.
- 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.
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.