ثاني أكسيد الكبريت (SO2): الهيكل ، الخصائص ، الاستخدامات ، المخاطر - كيمياء - 2024

و ثاني أكسيد الكبريت هو مركب غير العضوية الغازي يتكون من الكبريت (S) والأكسجين (O)، وصيغة الكيميائية SO ₂. وهو غاز عديم اللون له رائحة مزعجة وخانقة. بالإضافة إلى ذلك ، فهو قابل للذوبان في الماء ، ويشكل المحاليل الحمضية. تطرده البراكين إلى الغلاف الجوي أثناء الانفجارات.

إنه جزء من الدورة البيولوجية والجيوكيميائية للكبريت ، ولكنه ينتج بكميات كبيرة من خلال بعض الأنشطة البشرية مثل تكرير النفط وحرق الوقود الأحفوري (الفحم أو الديزل على سبيل المثال).

ينبعث ثاني أكسيد الكبريت SO ₂ من البراكين أثناء الانفجارات. Brocken Inaglory. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

SO ₂ هو عامل اختزال يسمح لباب الورق بالبقاء أبيضًا بعد التبييض بمركبات أخرى. كما أنه يعمل على إزالة آثار الكلور في الماء المعالج بهذه المادة الكيميائية.

يتم استخدامه لحفظ بعض أنواع الطعام ، لتطهير الحاويات حيث يتم تخمير عصير العنب لإنتاج النبيذ أو الشعير لصنع البيرة.

كما أنه يستخدم كمبيد للفطريات في الزراعة للحصول على حامض الكبريتيك وكمذيب وكوسيط في التفاعلات الكيميائية.

إن _ثاني أكسيد الكبريت الموجود في الغلاف الجوي ضار بالعديد من النباتات ، فهو يؤثر في الماء على الأسماك وهو أيضًا أحد تلك المسؤولة عن "المطر الحمضي" الذي يؤدي إلى تآكل المواد التي صنعها الإنسان.

بناء

جزيء ثاني أكسيد الكبريت متماثل ويشكل زاوية. ترجع الزاوية إلى حقيقة أن SO ₂ لديه زوج واحد من الإلكترونات ، أي الإلكترونات التي لا تشكل رابطة مع أي ذرة ولكنها حرة.

هيكل لويس لثاني أكسيد الكبريت حيث لوحظ شكله الزاوي وزوج الإلكترونات الحرة. ويتل ماريو. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

التسمية

- ثاني أكسيد الكبريت

- الكبريت أنهيدريد

- أكسيد الكبريت.

الخصائص

الحالة الفيزيائية

غاز عديم اللون.

الوزن الجزيئي الغرامي

64.07 جم / مول

نقطة الانصهار

-75.5 درجة مئوية

نقطة الغليان

-10.05 درجة مئوية

كثافة

الغاز: 2.26 عند 0 درجة مئوية (نسبة إلى الهواء ، أي كثافة الهواء = 1). هذا يعني أنه أثقل من الهواء.

السائل: 1.4 إلى -10 درجة مئوية (نسبة إلى الماء ، أي كثافة الماء = 1).

الذوبان

قابل للذوبان في الماء: 17.7٪ عند 0 درجة مئوية ؛ 11.9٪ عند 15 درجة مئوية ؛ 8.5٪ عند 25 درجة مئوية ؛ 6.4٪ عند 35 درجة مئوية.

قابل للذوبان في الإيثانول وثنائي إيثيل الأثير والأسيتون والكلوروفورم. أقل قابلية للذوبان في المذيبات غير القطبية.

الرقم الهيدروجيني

المحاليل المائية SO ₂ حمضية.

الخواص الكيميائية

SO ₂ هو عامل اختزال وأكسدة قوي. في وجود الهواء ومحفز يتأكسد إلى SO ₃.

SO ₂ + O ₂ → SO ₃

في بعض الأحيان ، تجعل أزواج الإلكترونات المنفردة من سلوكها مثل قاعدة لويس ، بمعنى آخر ، يمكنها التفاعل مع المركبات حيث توجد ذرة تفتقد الإلكترونات.

إذا كان SO ₂ في شكل غاز وجاف ، فإنه لا يهاجم الحديد أو الفولاذ أو سبائك النحاس والنيكل أو النيكل والكروم والحديد. ومع ذلك ، إذا كان في حالة سائلة أو رطبة ، فإنه يتسبب في تآكل هذه المعادن.

السائل SO ₂ مع الماء بنسبة 0.2٪ أو أكثر تنتج التآكل قوي الحديد والنحاس والنحاس. إنها مادة أكالة للألمنيوم.

عندما تكون سائلة ، يمكنها أيضًا مهاجمة بعض المواد البلاستيكية والمطاط والطلاء.

محاليل SO المائية

SO ₂ قابل للذوبان في الماء. كان يُعتقد لفترة طويلة أنه في الماء يشكل حمض الكبريت H ₂ SO ₃ ، لكن لم يتم إثبات وجود هذا الحمض.

في محاليل SO ₂ في الماء ، يحدث التوازن التالي:

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 ⁺

حيث HSO ₃ ^- هو أيون بيسلفيت وSO ₃ ^2- هو أيون سلفيت. يتم إنتاج أيون الكبريتيت SO ₃ ^2- بشكل أساسي عند إضافة مادة قلوية إلى محلول SO ₂.

المحاليل المائية لثاني أكسيد الكبريت ₂ لها خصائص مختزلة ، خاصة إذا كانت قلوية.

خصائص أخرى

- مستقر للغاية ضد الحرارة ، حتى 2000 درجة مئوية.

- غير قابل للاشتعال.

الحصول

يتم الحصول على SO ₂ عن طريق احتراق الكبريت (S) في الهواء ، على الرغم من تكوين كميات صغيرة من SO ₃ أيضًا.

S + O ₂ → SO ₂

يمكن أيضًا إنتاجه عن طريق تسخين العديد من الكبريتيدات في الهواء ، وحرق معادن البيريت والمعادن المحتوية على الكبريتيدات ، من بين أشياء أخرى.

في حالة بيريت الحديد ، عندما يتأكسد ، _{يتم الحصول على} أكسيد الحديد (3) و SO ₂:

4 فاس ₂ + 11 O ₂ → 2 الحديد ₂ O ₃ + 8 SO ₂ ↑

الوجود في الطبيعة

ينطلق _ثاني أكسيد الكبريت SO ₂ في الغلاف الجوي عن طريق نشاط البراكين (9٪) ولكنه ينتج أيضًا عن أنشطة طبيعية أخرى (15٪) وأفعال بشرية (76٪).

تتسبب الانفجارات البركانية المتفجرة في تقلبات أو اختلافات سنوية كبيرة في _ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي. تشير التقديرات إلى أن 25٪ من _ثاني أكسيد الكبريت المنبعث من البراكين قد جرفته الأمطار قبل الوصول إلى طبقة الستراتوسفير.

المصادر الطبيعية هي الأكثر وفرة وتعزى إلى الدورة البيولوجية للكبريت.

في المناطق الحضرية والصناعية ، تسود المصادر البشرية. النشاط البشري الرئيسي الذي ينتجها هو حرق الوقود الأحفوري ، مثل الفحم والبنزين والديزل. المصادر البشرية الأخرى هي مصافي النفط والمصانع الكيماوية وإنتاج الغاز.

تعد الأنشطة البشرية مثل حرق الفحم لتوليد الكهرباء مصدرًا لتلوث _ثاني أكسيد الكبريت. أدرم 68. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

في الثدييات ، يتم إنتاجه داخليًا ، أي داخل جسم الحيوانات والبشر بسبب استقلاب الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت (S) ، وخاصة L-cysteine.

التطبيقات

في إنتاج حامض الكبريتيك

أحد أهم تطبيقات SO ₂ هو الحصول على حمض الكبريتيك H ₂ SO ₄.

2 SO ₂ + 2 H ₂ O + O ₂ → 2 H ₂ SO ₄

في صناعة المواد الغذائية المصنعة

يستخدم ثاني أكسيد الكبريت كمادة حافظة ومثبتة للأغذية ، كعامل للتحكم في الرطوبة ، وكمعدل للطعم والقوام في بعض المنتجات الصالحة للأكل.

كما أنها تستخدم لتطهير المعدات التي تتلامس مع المواد الغذائية ومعدات التخمير ، مثل تلك الموجودة في مصانع الجعة ومصانع النبيذ وحاويات الطعام وما إلى ذلك.

يسمح لك بالحفاظ على الفواكه والخضروات ، ويزيد من عمرها على أرفف السوبر ماركت ، ويمنع فقدان اللون والنكهة ويساعد في الاحتفاظ بفيتامين ج (حمض الأسكوربيك) والكاروتينات (سلائف فيتامين أ).

يتم الاحتفاظ بالفواكه المجففة خالية من الفطريات والبكتيريا بفضل SO ₂. المؤلف: إيزابيل روديناس. المصدر: Pixabay.com

يتم استخدامه لحفظ النبيذ ، حيث يقضي على البكتيريا والفطريات والخمائر غير المرغوب فيها. كما أنها تستخدم لتعقيم ومنع تكوين النيتروزامين في البيرة.

يتم تعقيم معدات تخمير الشعير للحصول على البيرة باستخدام SO ₂. المؤلف: سيردادبي. المصدر: Pixabay.

كما أنها تستخدم لنقع حبات الذرة ، لتبييض سكر البنجر ، وكمضاد للميكروبات في صناعة شراب الذرة عالي الفركتوز.

كمذيب وكاشف

لقد تم استخدامه على نطاق واسع كمذيب غير مائي. على الرغم من أنه ليس مذيبًا مؤينًا ، إلا أنه مفيد كمذيب خالي من البروتون لبعض التطبيقات التحليلية والتفاعلات الكيميائية.

يتم استخدامه كمذيب وكاشف في التخليق العضوي ، وسيط في إنتاج مركبات أخرى مثل ثاني أكسيد الكلور ، وكلوريد الأسيتيل وفي كبريتات الزيوت.

كعامل مختزل

يتم استخدامه كعامل اختزال على الرغم من عدم قوته ، وفي المحلول القلوي يتشكل أيون الكبريت ، وهو عامل اختزال أكثر نشاطًا.

في تطبيقات مختلفة

يستخدم SO ₂ أيضًا:

- في الزراعة كمبيد للفطريات كمادة حافظة للعنب بعد الحصاد.

- لتصنيع هيدروسلفيت.

- لتبييض لب الخشب والورق ، حيث يسمح بتثبيت اللب بعد التبييض باستخدام بيروكسيد الهيدروجين H ₂ O ₂ ؛ يعمل SO ₂ عن طريق تدمير ما تبقى من H ₂ O ₂ وبالتالي الحفاظ على سطوع اللب ، حيث يمكن أن يتسبب H ₂ O ₂ في انعكاس السطوع.

- لتبييض ألياف النسيج وأصناف الخوص.

- لمعالجة المياه حيث إنها تقضي على الكلور المتبقي الذي يتبقى بعد كلورة مياه الشرب أو مياه الصرف الصحي أو المياه الصناعية.

- في تكرير المعادن والمعادن ، كعامل مختزل للحديد أثناء معالجة المعادن.

- في تكرير الزيت لاحتجاز الأكسجين وتأخير التآكل وكمذيب للاستخلاص.

- كمضاد للأكسدة.

- كمعادل قلوي في صناعة الزجاج.

- في بطاريات الليثيوم كعامل مؤكسد.

تأثيرات نظام التشغيل

أظهرت الدراسات أن _ثاني أكسيد الكبريت SO ₂ الداخلي أو الناتج عن الجسم له تأثير مفيد على نظام القلب والأوعية الدموية ، بما في ذلك تنظيم وظائف القلب واسترخاء الأوعية الدموية.

عندما SO ₂ يتم انتاجه في الجسم، فإنه يتم تحويلها إلى مشتقاته بيسلفيت HSO ₃ ^- وكبريتيت SO ₃ ^2- ، التي تمارس تأثيرا فازو-ارتخاء في الشرايين.

الذاتية SO ₂ يقلل من ارتفاع ضغط الدم، ويمنع تطور تصلب الشرايين، ويحمي القلب من التلف عضلة القلب. كما أن له تأثير مضاد للأكسدة ، ويثبط الالتهاب والاستماتة (موت الخلايا المبرمج).

لهذه الأسباب ، يُعتقد أنه قد يكون علاجًا جديدًا محتملاً لأمراض القلب والأوعية الدموية.

يمكن للقلب أن يستفيد من SO ₂ التي ينتجها الجسم. المؤلف: OpenClipart-Vectors. المصدر: Pixabay.

المخاطر

- يمكن أن يؤدي التعرض للغازات SO ₂ إلى حروق في العينين والجلد والحلق والأغشية المخاطية وتلف الشعب الهوائية والرئتين.

- تشير بعض الدراسات إلى أنه من المحتمل أن يؤدي إلى تلف المادة الوراثية للخلايا البشرية والثديية.

- مادة أكالة. إنه غير قابل للاشتعال.

السمية البيئية

ثاني أكسيد الكبريت هو الغاز الملوث الأكثر شيوعًا في الغلاف الجوي ، خاصة في المناطق الحضرية والصناعية.

يساهم وجوده في الغلاف الجوي في حدوث ما يسمى "بالمطر الحمضي" الضار بالكائنات المائية والأسماك والنباتات الأرضية وتآكل المواد التي يصنعها الإنسان.

تضرر النصب بسبب الأمطار الحمضية. نينو باربيري. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

SO ₂ سام للأسماك. النباتات الخضراء حساسة للغاية للغلاف الجوي SO ₂. تتضرر الفصفصة والقطن والشعير والقمح في المستويات البيئية المنخفضة ، بينما البطاطس والبصل والذرة أكثر مقاومة.

آثار تناوله مع الطعام

على الرغم من أنه غير ضار للأشخاص الأصحاء ، عند استخدامه بالتركيزات الموصى بها من قبل الوكالات الصحية المعتمدة ، يمكن أن يسبب SO ₂ الربو لدى الأشخاص الحساسين الذين يتناولونه مع الطعام.

يمكن أن يعاني الأشخاص الحساسون من الربو عند تناول الأطعمة بكميات صغيرة من SO ₂. سوراج في المالايالامية ويكيبيديا. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

الأطعمة التي تحتوي عليها عادة هي الفواكه المجففة والمشروبات الغازية الاصطناعية والمشروبات الكحولية.

المراجع

1. المكتبة الوطنية الأمريكية للطب. (2019). ثاني أكسيد الكبريت. تعافى من pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. هوانغ ، واي وآخرون. (2016). ثاني أكسيد الكبريت الداخلي المنشأ: عضو جديد في عائلة ناقل الغازات في نظام القلب والأوعية الدموية. أوكسيد ميد سيل لونجيف. 2016 ؛ 2016: 8961951. تم الاسترجاع من ncbi.nlm.nih.gov.
3. قطن ، ف.ألبرت وويلكينسون ، جيفري. (1980). كيمياء غير عضوية متقدمة. طبعة رابعة. جون وايلي وأولاده.
4. ويندهولز ، إم وآخرون. (محررون) (1983). مؤشر ميرك. موسوعة المواد الكيميائية والأدوية والبيولوجية. الطبعة العاشرة. شركة Merck & CO.، Inc.
5. بان ، إكس (2011). أكاسيد الكبريت: المصادر والتعرضات والآثار الصحية. الآثار الصحية لأكاسيد الكبريت. في موسوعة الصحة البيئية. تعافى من sciencedirect.com.
6. Tricker، R. and Tricker، S. (1999). الملوثات والملوثات. ثاني أكسيد الكبريت. في المتطلبات البيئية للمعدات الكهروميكانيكية والإلكترونية. تعافى من sciencedirect.com.
7. بليم ، دبليو (2017). كيمياء القاعدة الحمضية. أكاسيد الكبريت. في التربة والكيمياء البيئية (الطبعة الثانية). تعافى من sciencedirect.com.
8. فريدمان ، BJ (1980). ثاني أكسيد الكبريت في الأطعمة والمشروبات: استخدامه كمادة حافظة وأثره على الربو. Br J ديس الصدر. 1980 ؛ 14 (2): 128-34. تعافى من ncbi.nlm.nih.gov.
9. كريج ، ك. (2018). مراجعة للكيمياء واستخدام مبيدات الآفات والمصير البيئي لثاني أكسيد الكبريت ، كما هو مستخدم في كاليفورنيا. في تقييمات التلوث البيئي والسموم. المجلد 246. تم الاسترجاع من link.springer.com.