ZWAVELDIOXIDE (SO2): STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, GEBRUIK, RISICO'S - CHEMIE - 2025

Het zwaveldioxide is een gasvormige anorganische verbinding bestaande uit zwavel (S) en zuurstof (O), en de chemische formule SO ₂ . Het is een kleurloos gas met een irriterende en verstikkende geur. Bovendien is het oplosbaar in water en vormt het zure oplossingen. Vulkanen verdrijven het tijdens uitbarstingen in de atmosfeer.

Het maakt deel uit van de biologische en geochemische cyclus van zwavel, maar het wordt in grote hoeveelheden geproduceerd door bepaalde menselijke activiteiten zoals olieraffinage en het verbranden van fossiele brandstoffen (bijvoorbeeld kolen of diesel).

Zwaveldioxide SO ₂ wordt uitgestoten door vulkanen tijdens uitbarstingen. Brocken Inaglory. Bron: Wikimedia Commons.

SO ₂ is een reductiemiddel dat ervoor zorgt dat de papierpulp wit blijft na het bleken met andere verbindingen. Het dient ook om sporen van chloor te verwijderen uit water dat met deze chemische stof is behandeld.

Het wordt gebruikt om sommige soorten voedsel te bewaren, om containers te desinfecteren waarin de fermentatie van druivensap wordt geproduceerd om wijn of gerst te produceren om bier van te maken.

Het wordt ook gebruikt als fungicide in de landbouw, om zwavelzuur te verkrijgen, als oplosmiddel en als tussenproduct bij chemische reacties.

De SO ₂ die in de atmosfeer aanwezig is, is schadelijk voor veel planten, in water tast het vissen aan en is ook een van de bronnen die verantwoordelijk zijn voor "zure regen" die door mensen gemaakte materialen aantast.

Structuur

Het zwaveldioxidemolecuul is symmetrisch en vormt een hoek. De hoek is te wijten aan het feit dat SO ₂ een eenzaam paar elektronen heeft, dat wil zeggen elektronen die geen binding vormen met een atoom, maar vrij zijn.

Lewis-structuur van zwaveldioxide waarbij de hoekige vorm en het paar vrije elektronen worden waargenomen. WhittleMario. Bron: Wikimedia Commons.

Nomenclatuur

- Zwaveldioxide

- Zwavelanhydride

- Zwaveloxide.

Eigendommen

Fysieke toestand

Kleurloos gas.

Molecuulgewicht

64,07 g / mol

Smeltpunt

-75,5 ºC

Kookpunt

-10,05 ºC

Dichtheid

Gas: 2,26 bij 0 ° C (ten opzichte van lucht, d.w.z. luchtdichtheid = 1). Dit betekent dat het zwaarder is dan lucht.

Vloeistof: 1,4 tot -10 ° C (ten opzichte van water, d.w.z. dichtheid van water = 1).

Oplosbaarheid

Oplosbaar in water: 17,7% bij 0 ° C; 11,9% bij 15 ° C; 8,5% bij 25 ° C; 6,4% bij 35 ° C.

Oplosbaar in ethanol, diethylether, aceton en chloroform. Het is minder oplosbaar in niet-polaire oplosmiddelen.

pH

Waterige SO ₂ -oplossingen zijn zuur.

Chemische eigenschappen

SO ₂ is een krachtig reducerend en oxidatiemiddel. In aanwezigheid van lucht en een katalysator oxideert het tot SO ₃ .

SO ₂ + O ₂ → SO ₃

De eenzame elektronenparen zorgen er soms voor dat het zich gedraagt ​​als een Lewis-base, met andere woorden, het kan reageren met verbindingen waarin een atoom elektronen mist.

Als SO ₂ gasvormig en droog is, tast het geen ijzer, staal, koper-nikkellegeringen of nikkel-chroom-ijzer aan. Als het zich echter in vloeibare of natte toestand bevindt, veroorzaakt het corrosie van deze metalen.

Vloeibare SO ₂ met 0,2% water of meer veroorzaakt sterke corrosie van ijzer, messing en koper. Het is corrosief voor aluminium.

Als het vloeibaar is, kan het ook sommige kunststoffen, rubbers en coatings aantasten.

Waterige SO-oplossingen

SO ₂ is zeer oplosbaar in water. Lange tijd werd aangenomen dat het in water zwavelig zuur H ₂ SO _{3 vormt} , maar het bestaan ​​van dit zuur is niet aangetoond.

In oplossingen van SO ₂ in water treden de volgende evenwichten op:

SO ₂ + H ₂ O ⇔ SO ₂ .H ₂ O

SO ₂ .H ₂ O ⇔ HSO ₃ ^- + H ₃ O ⁺

HSO ₃ ^- + H ₂ O ⇔ SO ₃ ^2- + H ₃ O ⁺

Waar HSO ₃ ^- het bisulfietion is en SO ₃ ^2- het sulfietion. Het sulfietion SO ₃ ^2- wordt voornamelijk geproduceerd wanneer een alkali wordt toegevoegd aan de SO _2- oplossing .

Waterige oplossingen van SO ₂ hebben reducerende eigenschappen, vooral als ze alkalisch zijn.

Andere eigenschappen

- Het is extreem hittebestendig, zelfs tot 2000 ° C.

- Het is niet brandbaar.

Het verkrijgen van

SO ₂ wordt verkregen door verbranding van zwavel (S) in lucht, hoewel er ook kleine hoeveelheden SO ₃ worden gevormd .

S + O ₂ → SO ₂

Het kan ook worden geproduceerd door verschillende sulfiden in de lucht te verhitten, pyrietmineralen en sulfidenhoudende mineralen te verbranden.

In het geval van ijzerpyriet worden na oxidatie ijzeroxide (iii) en SO _{2 verkregen} :

4 FeS ₂ + 11 O ₂ → 2 Fe ₂ O ₃ + 8 SO ₂ ↑

Aanwezigheid in de natuur

SO ₂ komt vrij in de atmosfeer door de activiteit van vulkanen (9%), maar wordt ook veroorzaakt door andere natuurlijke activiteiten (15%) en door menselijk handelen (76%).

Explosieve vulkaanuitbarstingen veroorzaken aanzienlijke jaarlijkse schommelingen of variaties van SO ₂ in de atmosfeer. Geschat wordt dat 25% van de SO ₂ uitgestoten door vulkanen wordt weggespoeld door regen voordat het de stratosfeer bereikt.

Natuurlijke bronnen zijn de meest voorkomende en zijn te wijten aan de biologische cyclus van zwavel.

In stedelijke en industriële gebieden overheersen menselijke bronnen. De belangrijkste menselijke activiteit die het produceert, is het verbranden van fossiele brandstoffen, zoals steenkool, benzine en diesel. Andere menselijke bronnen zijn olieraffinaderijen, chemische fabrieken en gasproductie.

Menselijke activiteiten zoals het verbranden van kolen voor elektriciteit zijn een bron van SO ₂ -vervuiling . Adrem68. Bron: Wikimedia Commons.

Bij zoogdieren wordt het endogeen gegenereerd, dat wil zeggen in het lichaam van dieren en mensen als gevolg van het metabolisme van zwavelhoudende aminozuren (S), vooral L-cysteïne.

Toepassingen

Bij de productie van zwavelzuur

Een van de belangrijkste toepassingen van SO ₂ is het verkrijgen van zwavelzuur H ₂ SO ₄ .

2 SO ₂ + 2 H ₂ O + O ₂ → 2 H ₂ SO ₄

In de verwerkte voedingsmiddelenindustrie

Zwaveldioxide wordt gebruikt als conserveermiddel en stabilisator voor voedsel, als vochtregulerend middel en als smaak- en textuurmodificator in bepaalde eetbare producten.

Het wordt ook gebruikt om apparatuur te desinfecteren die in contact komt met voedingsmiddelen, fermentatieapparatuur, zoals die in brouwerijen en wijnmakerijen, voedselcontainers, enz.

Het stelt je in staat om groenten en fruit te conserveren, verlengt hun levensduur in het schap van de supermarkt, voorkomt kleur- en smaakverlies en helpt bij het vasthouden van vitamine C (ascorbinezuur) en carotenen (voorlopers van vitamine A).

Gedroogd fruit wordt dankzij SO ₂ vrij van schimmels en bacteriën gehouden . Auteur: Isabel Ródenas. Bron: Pixabay.com

Het wordt gebruikt om wijn te conserveren, omdat het bacteriën, schimmels en ongewenste gisten vernietigt. Het wordt ook gebruikt om de vorming van nitrosaminen in bier te steriliseren en te voorkomen.

Apparatuur voor het fermenteren van gerst om bier te verkrijgen, wordt gesteriliseerd met SO ₂ . Auteur: Cerdadebbie. Bron: Pixabay.

Het wordt ook gebruikt om maïskorrels te weken, bietsuiker witter te maken en als antimicrobieel middel bij de vervaardiging van maïssiroop met een hoog fructosegehalte.

Als oplosmiddel en reagens

Het wordt veel gebruikt als een niet-waterig oplosmiddel. Hoewel het geen ioniserend oplosmiddel is, is het wel bruikbaar als protonenvrij oplosmiddel voor bepaalde analytische toepassingen en chemische reacties.

Het wordt gebruikt als oplosmiddel en reagens bij organische synthese, als tussenproduct bij de productie van andere verbindingen zoals chloordioxide, acetylchloride en bij de sulfonering van oliën.

Als reductiemiddel

Het wordt gebruikt als een reductiemiddel ondanks dat het niet zo sterk is, en in alkalische oplossing wordt het sulfietion gevormd, dat een energieker reductiemiddel is.

In verschillende toepassingen

SO ₂ wordt ook gebruikt:

- In de landbouw als fungicide en conserveermiddel voor druiven na de oogst.

- Om hydrosulfieten te vervaardigen.

- Voor het bleken van houtpulp en papier, aangezien het het mogelijk maakt de pulp te stabiliseren na het bleken met waterstofperoxide H ₂ O ₂ ; SO ₂ werkt door de resterende H ₂ O _{2 te} vernietigen en zo de helderheid van de pulp te behouden, aangezien H ₂ O ₂ een omkering van de helderheid kan veroorzaken.

- Om textielvezels en rieten artikelen witter te maken.

- Om water te behandelen, aangezien het het resterende chloor verwijdert dat overblijft na de chlorering van drinkwater, afvalwater of industrieel water.

- Bij de raffinage van mineralen en metalen, als reductiemiddel voor ijzer tijdens minerale verwerking.

- Bij olieraffinage om zuurstof op te vangen en corrosie te vertragen, en als extractieoplosmiddel.

- Als antioxidant.

- Als alkalische neutralisator bij de glasproductie.

- In lithiumbatterijen als oxidatiemiddel.

Effecten van OS

Bepaalde onderzoeken hebben aangetoond dat endogene of door het lichaam geproduceerde SO ₂ een gunstig effect heeft op het cardiovasculaire systeem, inclusief de regulering van de hartfunctie en de ontspanning van bloedvaten.

Wanneer SO ₂ in het lichaam wordt geproduceerd, wordt het omgezet in zijn derivaten bisulfiet HSO ₃ ^- en sulfiet SO ₃ ^2- , die een vasorelaxerend effect hebben op de slagaders.

Endogene SO ₂ vermindert hypertensie, voorkomt de ontwikkeling van atherosclerose en beschermt het hart tegen myocardiale schade. Het heeft ook een antioxiderende werking, remt ontstekingen en apoptose (geprogrammeerde celdood).

Om deze redenen wordt gedacht dat het een mogelijke nieuwe therapie voor hart- en vaatziekten kan zijn.

Het hart kan profiteren van de SO ₂ die door het lichaam wordt geproduceerd. Auteur: OpenClipart-Vectors. Bron: Pixabay.

Risico's

- Blootstelling aan gasvormig SO ₂ kan leiden tot brandwonden aan ogen, huid, keel en slijmvliezen, schade aan luchtwegen en longen.

- Sommige studies melden dat het een potentieel risico heeft op schade aan het genetisch materiaal van zoogdier- en menselijke cellen.

- Het is bijtend. Het is niet brandbaar.

Ecotoxiciteit

Zwaveldioxide is het meest voorkomende vervuilende gas in de atmosfeer, vooral in stedelijke en industriële gebieden.

Zijn aanwezigheid in de atmosfeer draagt ​​bij aan de zogenaamde "zure regen" die schadelijk is voor in het water levende organismen, vissen, terrestrische vegetatie en corrosie van door mensen gemaakte materialen.

Monument beschadigd door zure regen. Nino Barbieri. Bron: Wikimedia Commons.

SO ₂ is giftig voor vissen. Groene planten zijn extreem gevoelig voor atmosferische SO ₂ . Alfalfa, katoen, gerst en tarwe worden beschadigd bij lage milieuniveaus, terwijl aardappelen, uien en maïs veel resistenter zijn.

Effecten van inname met voedsel

Hoewel het onschadelijk is voor gezonde mensen, kan SO ₂ bij gebruik in de concentraties die worden aanbevolen door bevoegde gezondheidsinstanties, astma veroorzaken bij gevoelige mensen die het met voedsel binnenkrijgen.

Gevoelige mensen kunnen astma krijgen als ze voedsel eten met een kleine hoeveelheid SO ₂ . Suraj op Malayalam Wikipedia. Bron: Wikimedia Commons.

De voedingsmiddelen die het meestal bevatten, zijn gedroogd fruit, kunstmatige frisdranken en alcoholische dranken.

Referenties

1. Amerikaanse National Library of Medicine. (2019). Zwaveldioxide. Opgehaald van pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Huang, Y. et al. (2016). Endogene zwaveldioxide: een nieuw lid van de Gasotransmitter-familie in het cardiovasculaire systeem. Oxid Med Cell Longev. 2016; 2016: 8961951. Opgehaald van ncbi.nlm.nih.gov.
3. Cotton, F. Albert en Wilkinson, Geoffrey. (1980). Geavanceerde anorganische chemie. Vierde druk. John Wiley & Sons.
4. Windholz, M. et al. (redactie) (1983). De Merck Index. Een encyclopedie van chemicaliën, medicijnen en biologische producten. Tiende editie. Merck & CO., Inc.
5. Pan, X. (2011). Zwaveloxiden: bronnen, blootstelling en gezondheidseffecten. Gezondheidseffecten van zwaveloxiden. In Encyclopedia of Environmental Health. Opgehaald van sciencedirect.com.
6. Tricker, R. en Tricker, S. (1999). Verontreinigende stoffen en verontreinigende stoffen. Zwaveldioxide. In omgevingsvereisten voor elektromechanische en elektronische apparatuur. Opgehaald van sciencedirect.com.
7. Bleam, W. (2017). Chemie op zuurbasis. Zwaveloxiden. In Soil and Environmental Chemistry (Second Edition). Opgehaald van sciencedirect.com.
8. Freedman, BJ (1980). Zwaveldioxide in voedingsmiddelen en dranken: het gebruik ervan als conserveermiddel en het effect op astma. Br J Dis Chest. 1980; 14 (2): 128-34. Opgehaald van ncbi.nlm.nih.gov.
9. Craig, K. (2018). Een overzicht van de chemie, het gebruik van pesticiden en het lot van zwaveldioxide in het milieu, zoals gebruikt in Californië. In recensies van milieuverontreiniging en toxicologie. Volume 246. Hersteld van link.springer.com.