Dióxido de azufre - propiedades físicas, producción y aplicación

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Dióxido de azufre - propiedades físicas, producción y aplicación
Dióxido de azufre - propiedades físicas, producción y aplicación
Anonim

El dióxido de azufre tiene una estructura molecular similar al ozono. El átomo de azufre en el centro de la molécula está unido a dos átomos de oxígeno. Este producto gaseoso de la oxidación del azufre es incoloro, emite un olor acre y se condensa fácilmente en un líquido transparente en condiciones cambiantes. La sustancia es altamente soluble en agua, tiene propiedades antisépticas. El SO2 se obtiene en grandes cantidades en la industria química, concretamente en el ciclo de producción de ácido sulfúrico. El gas se usa ampliamente para procesar productos agrícolas y alimenticios, blanquear telas en la industria textil.

Nombres sistemáticos y triviales de sustancias

Es necesario comprender la variedad de términos relacionados con un mismo compuesto. El nombre oficial del compuesto, cuya composición química se refleja en la fórmula SO2, es dióxido de azufre. IUPAC recomienda el uso de este término y su equivalente en inglés, Dióxido de azufre. Los libros de texto para escuelas y universidades a menudo mencionan otro nombre: óxido de azufre (IV). El número romano entre paréntesis indica la valencia del átomo de S. El oxígeno en este óxido es bivalente y el número de oxidación del azufre es +4. La literatura técnica utiliza términos obsoletos como dióxido de azufre, anhídrido sulfuroso (producto de su deshidratación).

dióxido de azufre
dióxido de azufre

Composición y características de la estructura molecular del SO2

La molécula SO2 está formada por un átomo de azufre y dos átomos de oxígeno. Hay un ángulo de 120° entre los enlaces covalentes. La hibridación sp2 se produce en el átomo de azufre: las nubes de un s y dos p-electrones se alinean en forma y energía. Están involucrados en la formación de un enlace covalente entre el azufre y el oxígeno. En el par O-S, la distancia entre los átomos es de 0,143 nm. El oxígeno es más electronegativo que el azufre, lo que significa que los pares de electrones de enlace se mueven desde el centro hacia las esquinas exteriores. Toda la molécula también está polarizada, polo negativo - átomos O, positivo - átomo S.

fórmula de dióxido de azufre
fórmula de dióxido de azufre

Algunos parámetros físicos del dióxido de azufre

El óxido de azufre tetravalente, en condiciones ambientales normales, conserva un estado gaseoso de agregación. La fórmula del dióxido de azufre le permite determinar sus masas moleculares y molares relativas: Mr(SO2)=64,066, M=64,066 g/mol (puede redondearse a 64 g/mol). Este gas es casi 2,3 veces más pesado que el aire (M(aire)=29 g/mol). El dióxido tiene un fuerte olor específico a azufre quemado, que es difícil de confundir con cualquier otro. Es desagradable, irrita las membranas mucosas de los ojos, provoca tos. Pero el óxido de azufre (IV) no es tan venenoso como el sulfuro de hidrógeno.

Bajo presión a temperatura ambiente, el dióxido de azufre gaseoso se licua. A bajas temperaturas, la sustancia se encuentra en estado sólido, se funde a –72…–75,5 °C. Con un aumento adicional de la temperatura, aparece un líquido y, a –10,1 °C, se forma nuevamente un gas. Las moléculas SO2 son térmicamente estables, la descomposición en azufre atómico y oxígeno molecular ocurre a temperaturas muy altas (alrededor de 2800 ºС).

producción de dióxido de azufre
producción de dióxido de azufre

Solubilidad e interacción con el agua

El dióxido de azufre, cuando se disuelve en agua, interactúa parcialmente con ella para formar un ácido sulfuroso muy débil. En el momento de la recepción, se descompone inmediatamente en anhídrido y agua: SO2 + H2O ↔ H2SO3 De hecho, no es ácido sulfuroso lo que está presente en la solución, sino moléculas hidratadas SO2 El dióxido gaseoso interactúa mejor con agua fría, su solubilidad disminuye con el aumento de la temperatura. En condiciones normales, puede disolverse en 1 volumen de agua hasta 40 volúmenes de gas.

Gas sulfuro en la naturaleza

Se liberan volúmenes significativos de dióxido de azufre con los gases volcánicos y la lava durante las erupciones. Muchas actividades humanas también aumentan la concentración de SO2 en la atmósfera.

formación de dióxido de azufre en un volcán
formación de dióxido de azufre en un volcán

El dióxido de azufre es suministrado al aire por plantas metalúrgicas, donde los gases de escape no son capturados durante el tostado del mineral. Muchos tipos de combustibles fósiles contienen azufre, como resultado, se liberan cantidades significativas de dióxido de azufre al aire atmosférico durante la combustión de carbón, petróleo, gas y el combustible obtenido de ellos. El dióxido de azufre se vuelve tóxico para los humanos en concentraciones en el aire superiores al 0,03%. Una persona comienza a tener dificultad para respirar, puede haber fenómenos que se asemejan a la bronquitis y la neumonía. Una concentración muy alta de dióxido de azufre en la atmósfera puede provocar una intoxicación grave o la muerte.

Gas sulfuro - producción industrial y de laboratorio

Métodos de laboratorio:

  1. Cuando se quema azufre en un matraz con oxígeno o aire, se obtiene dióxido según la fórmula: S + O2=SO2.
  2. Es posible actuar sobre sales de ácido sulfuroso con ácidos inorgánicos más fuertes, es mejor tomar ácido clorhídrico, pero se puede usar ácido sulfúrico diluido:
  • Na2SO3 + 2HCl=2NaCl + H2SO 3;
  • Na2SO3 + H2SO4(desmontado)=Na2SO4 + H2SO3;
  • H2SO3=H2O + SO 2↑.

3. Cuando el cobre reacciona con ácido sulfúrico concentrado, no se libera hidrógeno, sino dióxido de azufre:

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

Métodos modernos de producción industrial de dióxido de azufre:

  1. Oxidación del azufre natural durante su combustión en hornos especiales: S + O2=SO2.
  2. Pirita de hierro tostado (pirita).
materia prima
materia prima

Propiedades químicas básicas del dióxido de azufre

El dióxido de azufre es un compuesto químicamente activo. En los procesos redox, esta sustancia actúa a menudo como agente reductor. Por ejemplo, cuando el bromo molecular interactúa con el dióxido de azufre, los productos de reacción son ácido sulfúrico y bromuro de hidrógeno. Las propiedades oxidantes del SO2 aparecen cuando este gas pasa a través de agua con sulfuro de hidrógeno. Como resultado, se libera azufre y se produce la autooxidación-autocuración: SO2 + 2H2S=3S + 2H 2 O.

El dióxido de azufre exhibe propiedades ácidas. Corresponde a uno de los ácidos más débiles e inestables: el sulfuroso. Este compuesto no existe en su forma pura, es posible detectar las propiedades ácidas de una solución de dióxido de azufre usando indicadores (el tornasol se vuelve rosa). El ácido sulfuroso da sales medianas - sulfitos y ácidos - hidrosulfitos. Entre ellos se encuentran compuestos estables.

El proceso de oxidación del azufre en dióxido a un estado hexavalente en anhídrido sulfúrico es catalítico. La sustancia resultante se disuelve vigorosamente en agua, reacciona con moléculas de H2O. La reacción es exotérmica, produciendo ácido sulfúrico, o más bien su forma hidratada.

Uso práctico del gas amargo

El proceso principal para la producción industrial de ácido sulfúrico, que requiere elemento dióxido, consta de cuatro etapas:

  1. Obtención de anhídrido sulfuroso quemando azufre en hornos especiales.
  2. Purificación del dióxido de azufre resultante de todo tipo de impurezas.
  3. Oxidación adicional a azufre hexavalente en presencia de un catalizador.
  4. Absorción de trióxido de azufre por el agua.

Anteriormente, casi todo el dióxido de azufre necesario para producir ácido sulfúrico a escala industrial se obtenía tostando pirita como subproducto de la fabricación de acero. Los nuevos tipos de procesamiento de materias primas metalúrgicas utilizan menos combustión de minerales. Por lo tanto, el azufre natural se ha convertido en los últimos años en el principal material de partida para la producción de ácido sulfúrico. Importantes reservas mundiales de esta materia prima, su disponibilidad hace posible organizar el procesamiento a gran escala.

producción de ácido sulfúrico
producción de ácido sulfúrico

El dióxido de azufre se usa ampliamente no solo en la industria química, sino también en otros sectores de la economía. Las fábricas textiles utilizan esta sustancia y los productos de su interacción química para blanquear tejidos de seda y lana. Este es un tipo de blanqueo sin cloro que no rompe las fibras.

El dióxido de azufre tiene excelentes propiedades desinfectantes, por lo que se utiliza en la lucha contra hongos y bacterias. El dióxido de azufre se utiliza para fumigar depósitos agrícolas, toneles de vino y bodegas. SO2 se utiliza en la industria alimentaria como conservante y agente antibacteriano. Agréguelo a los jarabes, remoje las frutas frescas en él. Sulfitizaciónel jugo de remolacha azucarera decolora y desinfecta las materias primas. Los purés y jugos de vegetales enlatados también contienen dióxido de azufre como agente antioxidante y conservante.

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