Токсикологическая характеристика оксидов серы. физические свойства so2 (серистый ангидрид; сернистый газ) so2 (серистый ангидрид; сернистый газ) so3 (серный. — презентация

Знайте pH, чтобы узнать свою молекулярную концентрацию SO2 !

Содержание свободного диоксида серы состоит из трех частей: молекула SO2 , бисульфит (HSO3)SO2 , и сульфит (SO32-). Поскольку количество сульфитов весьма незначительно (менее 1 процента), процентное содержание свободного SO2 в сульфитной форме не часто рассчитывается. Большая часть (более 90 процентов) свободного SO2 состоит из бисульфитной формы, которая действует как антиоксидант в вине. Однако небольшая часть SO2 также будет существовать в виде молекулярной формы. Молекула SO2 является противомикробным агентом, который вносит вклад в концентрацию свободного диоксида серы. Молекулярный SO2 можно рассчитать с помощью следующего уравнения:
[Молекулярный SO2 ] = [Свободный SO2 ] /
Виноделам рекомендуется стремиться к концентрации молекулярного SO2 от 0,5 до 0,8 мг / л, так как именно это количество ингибирует рост большинства винных дрожжей и бактерий. Процент свободного SO2 , который находится в молекулярной форме, напрямую связан с pH вина. Поэтому, чтобы сделать точное добавление диоксида серы, виноделам также необходимо знать pH вина. Поскольку pH вина является различным, не рекомендуется делать стандартные концентрированные добавки SO2 для каждого вина.

Применение диоксида серы в производстве продуктов

Зачем добавляют диоксид серы в процессе производства разнообразной продукции.

Е220 (диоксид серы) активно применяют в производстве мясных изделий, а также в процессе заготовок фруктов и овощей, в процессе производства разнообразных напитков, в том числе вина. Производство вин – это самая популярная сфера применения диоксида серы. В процессе производства мясных изделий Е220 используют для обработки мяса – предотвращает появление на сырье бактерий. Сульфиты обладают незначительным побочным действием – они не допускают изменения цвета мяса, и покупатели не могут подлинно оценить свежесть продукта. В процессе заготовок фруктов и овощей консервант Е220 применяют с целью промежуточного консерванта, им обрабатывают фрукты и овощи до непосредственной переработки. Следовательно, после переработки в готовой продукции будет содержаться минимум Е220 и бактерий. Сернистая кислота часто используется для обработки сухофруктов, с целью лучшей сохранности и приобретения товарного вида.

Перед непосредственной транспортировкой практически все виды цитрусовых обрабатываются данным консервантом. Также стоит помнить, что процесс производства разнообразных безалкогольных напитков и пива, тоже не обходится без использования сернистого ангидрида.

Диоксид серы в качестве профилактического средства активно используется для обработки складов с фруктами и овощами, для чистки емкостей, используемых для хранения разнообразных напитков и вин.

Также часто данный тип консерванта можно встретить в конфетах, в особенности, если конфеты с фруктовой начинкой (позволяет уменьшить количество бактерий и увеличить срок годности продукта). Некоторые поставщики чистой воды добавляют в нее консервант. Е220 в воде позволяет снизить количество вредных и патогенных микроорганизмов

Но важно обращать внимание на количество сульфитов в воде и иных продуктов, так как данные химические соединения могут нанести вред организму при приеме больших доз

Химические свойства

Спектр поглощения SO2 в ультрафиолетовом диапазоне.

Относится к кислотным оксидам. Растворяется в воде с образованием сернистой кислоты (при обычных условиях реакция обратима):

SO2+H2O⇄H2SO3.{\displaystyle {\mathsf {SO_{2}+H_{2}O\rightleftarrows H_{2}SO_{3}}}.}

С щелочами образует сульфиты:

2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O.{\displaystyle {\mathsf {2NaOH+SO_{2}\rightarrow Na_{2}SO_{3}+H_{2}O}}.}

Химическая активность SO2 весьма велика. Наиболее ярко выражены восстановительные свойства SO2, степень окисления серы в таких реакциях повышается:

SO2+Br2+2H2O→H2SO4+2HBr,{\displaystyle {\mathsf {SO_{2}+Br_{2}+2H_{2}O\rightarrow H_{2}SO_{4}+2HBr}},}
SO2+I2+2H2O→H2SO4+2HI,{\displaystyle {\mathsf {SO_{2}+I_{2}+2H_{2}O\rightarrow H_{2}SO_{4}+2HI}},}
2SO2+O2→Pt450oC2SO3,{\displaystyle {\mathsf {2SO_{2}+O_{2}{\xrightarrow{450^{o}C}}2SO_{3}}},}
5SO2+2KMnO4+2H2O→2H2SO4+2MnSO4+K2SO4,{\displaystyle {\mathsf {5SO_{2}+2KMnO_{4}+2H_{2}O\rightarrow 2H_{2}SO_{4}+2MnSO_{4}+K_{2}SO_{4}}},}
Fe2(SO4)3+SO2+2H2O→2FeSO4+2H2SO4.{\displaystyle {\mathsf {Fe_{2}(SO_{4})_{3}+SO_{2}+2H_{2}O\rightarrow 2FeSO_{4}+2H_{2}SO_{4}}}.}

Предпоследняя реакция является качественной реакцией на сульфит-ион SO32− и на SO2 (обесцвечивание фиолетового раствора).

В присутствии сильных восстановителей SO2 способен проявлять окислительные свойства. Например, для извлечения серы из отходящих газов металлургической промышленности используют восстановление SO2оксидом углерода(II):

SO2+2CO→2CO2+S.{\displaystyle {\mathsf {SO_{2}+2CO\rightarrow 2CO_{2}+S}}.}

Или для получения фосфорноватистой кислоты:

PH3+SO2→HP(OH)2+S.{\displaystyle {\mathsf {PH_{3}+SO_{2}\rightarrow HP(OH)_{2}+S}}.}

Воздействие на атмосферу

Основная статья: Кислотный дождь

Из-за образования в больших количествах в качестве отходов диоксид серы является одним из основных газов, загрязняющих атмосферу.

Наибольшую опасность представляет собой загрязнение соединениями серы, которые выбрасываются в атмосферу при сжигании угольного топлива, нефти и природного газа, а также при выплавке металлов и производстве серной кислоты.

Антропогенное загрязнение серой в два раза превосходит природное. Серный ангидрид образуется при постепенном окислении сернистого ангидрида кислородом воздуха с участием света. Конечным продуктом реакции является аэрозоль серной кислоты в воздухе, раствор в дождевой воде (в облаках). Выпадая с осадками, она подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей, скрыто угнетающе воздействует на здоровье человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий чаще отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Растения около таких предприятий обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшимися в местах оседания капель серной кислоты, что доказывает присутствие её в окружающей среде в существенных количествах. Пирометаллургические предприятия цветной и чёрной металлургии, а также ТЭЦ ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.
Необходимо отметить также, что диоксид серы имеет максимум в спектре поглощения света в ультрафиолетовой области (190—220 нм), что совпадает с максимумом в спектре поглощения озона. Это свойство диоксида серы позволяет утверждать, что наличие этого газа в атмосфере имеет также положительный эффект, предотвращая возникновение и развитие онкологических заболеваний кожи человека. Диоксид серы в атмосфере Земли существенно ослабляет влияние парниковых газов (диоксид углерода, метан) на рост температуры атмосферы.
Наибольших концентраций сернистый газ достигает в северном полушарии, особенно над территорией США, Европы, Китая, европейской части России и Украины. В южном полушарии содержание его значительно ниже.

Биологическая роль

Роль эндогенного сернистого газа в физиологии организма млекопитающих ещё окончательно не выяснена. Сернистый газ блокирует нервные импульсы от рецепторов растяжения лёгких и устраняет рефлекс, возникающий в ответ на перерастяжение лёгких, стимулируя тем самым более глубокое дыхание.

Показано, что эндогенный сернистый газ играет роль в предотвращении повреждения лёгких, уменьшает образование свободных радикалов, оксидативный стресс и воспаление в лёгочной ткани, в то время как экспериментальное повреждение лёгких, вызываемое олеиновой кислотой, сопровождается, наоборот, снижением образования сернистого газа и активности опосредуемых им внутриклеточных путей и повышением образования свободных радикалов и уровня оксидативного стресса

Что ещё более важно, блокада фермента, способствующего образованию эндогенного сернистого газа, в эксперименте способствовала усилению повреждения лёгких, оксидативного стресса и воспаления и активации апоптоза клеток лёгочной ткани. И напротив, обогащение организма подопытных животных серосодержащими соединениями, такими, как глютатион и ацетилцистеин, служащими источниками эндогенного сернистого газа, приводило не только к повышению содержания эндогенного сернистого газа, но и к уменьшению образования свободных радикалов, оксидативного стресса, воспаления и апоптоза клеток лёгочной ткани

Считают, что эндогенный сернистый газ играет важную физиологическую роль в регуляции функций сердечно-сосудистой системы, а нарушения в его метаболизме могут играть важную роль в развитии таких патологических состояний, как лёгочная гипертензия, гипертоническая болезнь, атеросклероз сосудов, ишемическая болезнь сердца, ишемия-реперфузия и др.

Показано, что у детей с врождёнными пороками сердца и лёгочной гипертензией повышен уровень гомоцистеина (вредного токсичного метаболита цистеина) и снижен уровень эндогенного сернистого газа, причём степень повышения уровня гомоцистеина и степень снижения выработки эндогенного сернистого газа коррелировала со степенью выраженности лёгочной гипертензии

Предложено использовать гомоцистеин как маркер степени тяжести состояния этих больных и указано, что метаболизм эндогенного сернистого газа может быть важной терапевтической мишенью у этих больных

Также показано, что эндогенный сернистый газ понижает пролиферативную активность клеток гладких мышц эндотелия сосудов, угнетая активность MAPK-сигнального пути и одновременно активируя аденилатциклазный путь и протеинкиназу A. А пролиферация гладкомышечных клеток стенок сосудов считается одним из механизмов гипертензивного ремоделирования сосудов и важным звеном патогенеза артериальной гипертензии, а также играет роль в развитии стеноза (сужения просвета) сосудов, предрасполагающего к развитию в них атеросклеротических бляшек.

Эндогенный сернистый газ оказывает эндотелий-зависимое вазодилатирующее действие в низких концентрациях, а в более высоких концентрациях становится эндотелий-независимым вазодилататором, а также оказывает отрицательное инотропное действие на миокард (понижает сократительную функцию и сердечный выброс, способствуя снижению артериального давления). Этот вазодилатирующий эффект сернистого газа опосредуется через АТФ-чувствительные кальциевые каналы и кальциевые каналы L-типа («дигидропиридиновые»). В патофизиологических условиях эндогенный сернистый газ оказывает противовоспалительное действие и повышает антиоксидантный резерв крови и тканей, например при экспериментальной лёгочной гипертензии у крыс. Эндогенный сернистый газ также снижает повышенное артериальное давление и тормозит гипертензивное ремоделирование сосудов у крыс в экспериментальных моделях гипертонической болезни и лёгочной гипертензии. Последние (на 2015 год) исследования показывают также, что эндогенный сернистый газ вовлечён в регуляцию липидного метаболизма и в процессы ишемии-реперфузии.

Эндогенный сернистый газ также уменьшает повреждение миокарда, вызванное экспериментальной гиперстимуляцией адренорецепторов изопротеренолом, и повышает антиоксидантный резерв миокарда.

Немного цифр

По степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на четыре класса опасности: 1-й – вещества чрезвычайно опасные; 2-й – вещества высокоопасные; 3-й – вещества умеренно опасные; 4-й – вещества малоопасные.

Сероводороду (H2S) — наиболее активному из серосодержащих соединений — присвоен второй класс опасности. По данным ВОЗ (Всемирной Организации Здравоохранения), он входит в перечень самых распространённых и наиболее опасных загрязнителей окружающей среды наряду с дихлорметаном, формальдегидом, стиролом, толуолом, мышьяком, окисью углерода, свинцом, фтором, ртутью т.п. Сероводород считается одним из самых нежелательных компонентов нефтепереработки.

В случае выброса предприятием этого отхода в окружающую среду может быть возбуждено дело, что наглядно продемонстрировал недавний случай с московским нефтеперерабатывающим заводом в Капотне, который подозревают в «обогащении» столичного воздуха сероводородом в количестве, превысившем ПДК (предельно допустимая концентрация) в 51(!) раз. Многочисленные жалобы населения на неприятный запах из окон, резь в глазах и привкус во рту и произведённые затем замеры воздуха не смогли оставить равнодушным даже видавший всякое Росприроднадзор.

Сероводород хорошо растворим в воде. Диапазон взрывоопасных концентраций в смеси его с воздухом достаточно широк и составляет от 4 до 45% об. При контакте с металлами (особенно если в газе содержится влага), сероводород вызывает сильную коррозию. Предельно допустимая концентрация сероводорода (H2S) в воздухе в рабочей зоне—10 мг/м3 (кубометр), в смеси с углеводородами —3 мг/м3.

Предельно допустимая норма сероводорода (H2S) в воздухе населенных мест—0,008 мг/м3 (миллиграмм на кубический метр)

Ощутимый запах сероводорода отмечается при концентрации 1,4—2,3 мг/м3, значительный запах —при 4 мг/м3, тяжелый запах при 7—11 мг/м3.

Бесцветный газ с неприятным запахом тухлых яиц, не только ядовит, но и коварен: при очень высоких концентрациях он уже после первых вдохов блокирует обонятельный нерв, и человек перестаёт чувствовать этот запах после того, как тот «ударил в нос». Острое отравление наступает уже при концентрациях 0,2–0,3 мг/л, а концентрация выше 1 мг/л — смертельна.

Смертельная концентрация этого газа в воздухе очень мала – всего 0,1%. Такое количество сероводорода может привести человека к летальному исходу за 10 минут. Стоит лишь немного увеличить концентрацию – и смерть наступает мгновенно, после первого же вдоха. Для примера: в канализационной системе концентрация сероводорода иногда достигает 16%.

Если речь идёт о незамкнутом помещении, сероводород не действует так резко и внезапно, не застаёт жителей врасплох. Однако, человеку свойственно привыкать к любому запаху, это некоторая защитная реакция нашего организма (например, жители мегаполисов не замечают специфический запах в метро, не замечают запах выхлопных газов, но при этом очень впечатляются свежестью приморского воздуха, будучи в отпуске). Именно с этим явлением сталкиваются периодически жители больших городов по всему миру, и в частности, Москвы, где в некоторых районах подобный запах – привычное дело.

Что касается промзон и градообразующих предприятий, известно, что люди, работающие или живущие в непосредственной близости от заводов с сероводородными (и иными) выбросами (в концентрациях от 0,02%), испытывают так называемое хроническое отравление. Выражается это, как правило, в стабильно плохом самочувствии, головных болях, потере веса, металлическом привкусе во рту (тревожный сигнал, посылаемый печенью), неприятными ощущениями в груди и даже обмороками, обострениях хронических заболеваний.

Поскольку экзогенный (вызываемый внешними причинами) сероводород попадает в организм через дыхательные пути, первый удар всегда принимает слизистая оболочка. Этот газ плохо действует и на глаза: может вызвать конъюнктивит, спровоцировать светобоязнь, раздражение слизистой оболочки глаз, снижение остроты зрения.

Способы получения и производства сернистого газа

Существуют разнообразные способы получения диоксида серы, и каждый из них требует использование особых технических средств и приемов. Отличительной чертой каждого способа получения сернистого газа является применение различного серосодержащего материала.

Одним из способов получения диоксида серы является обжиг колчедана. При обжиге происходят разные химические процессы, а именно: реакция термического разложения дисульфида железа, вследствие чего образуется сульфид железа и происходит выделение серы, находящейся в парообразном состоянии. Выделение серы возникает при нагревании вещества до температуры в 500 С градусов, и с последующим повышением температуры только увеличивает свою интенсивность. Затем, пары серы сгорают, выделяя при этом диоксид серы. Образование сернистого газа при медленном окислении пирита происходит при температуре 170-260 С градусов. Температура воспламенения колчедана во многом зависит от степени того, насколько мелко он измельчен. Чем меньше, тем раньше колчедан воспламенится. Применение различных присадок и катализаторов позволяет регулировать температурные параметры.

Следующий способ получения сернистого газа – сжигание серы. Этот метод предполагает использование различных видов печей. Для того чтобы добиться оптимальной концентрации газа целесообразно использовать печи в распыленном состоянии. Данный метод получение диоксида серы в несколько раз эффективнее предыдущего способа. С теоретической точки зрения, при окислении серы 21% кислородом воздуха, на выходе можно получить тот же 21% сернистого газа. В том случае, если производить обжиг серы с незначительной подачей воздуха, то можно добиться получения газа с большой концентрацией SO2. На практике же, добиться таких результатов не представляется возможным из-за того, что такой процесс повлечет за собой резкий рост температуры, что недопустимо для печи.

Очистка газа от сернистых соединений

Очистка газа от сернистых соединений выполняется за счет пропускания через катализатор низкотемпературной конверсии окиси углерода, отработанного в процессе производства аммиака. Такой катализатор создают на основе меди, хрома и цинка. Данный способ получения относят к методам тонкой очистки газов.

Очистка от сернистых соединений может производиться и посредством пропускания газа с помощью катализатора при температуре от 200 до 400 C. При этом поддерживается давление от 20 до 30 атм. Недостаток представленных способов состоит в том, что процесс осуществляется с применением катализатора высокой стоимости. Ключевая задача производителей – получение сернистого газа с минимальными затратами. Проблему можно решить посредством очистки с помощью специального поглотителя сернистых соединений, который должен быть приготовлен в соответствии с требованиями ТУ 113-03-2001-91.

Химическое машиностроениеХимические комбинатыХимические приборы

Загрязнение сернистым газом

Соединения серы способны привести к серьезным загрязнениям атмосферы. Основными источниками сернистого газа является вулканическая деятельность, а также процессы окисления сероводорода.

По данным исследователей, ежегодно в атмосферу попадает примерно 4 миллионов  тонн сернистого газа в результате вулканической деятельности, а 200 миллионов тонн образовывается и сероводорода. Большой ущерб также приносят промышленные источники

Важно учитывать, что сернистый газ является ядовитым и представляет угрозу для здоровья людей и животных, а также причиняет ущерб растительности

Воздействие на атмосферу

Основная статья: Кислотный дождь

Из-за образования в больших количествах в качестве отходов диоксид серы является одним из основных газов, загрязняющих атмосферу.

Наибольшую опасность представляет собой загрязнение соединениями серы, которые выбрасываются в атмосферу при сжигании угольного топлива, нефти и природного газа, а также при выплавке металлов и производстве серной кислоты.

Антропогенное загрязнение серой в два раза превосходит природное. Серный ангидрид образуется при постепенном окислении сернистого ангидрида кислородом воздуха с участием света. Конечным продуктом реакции является аэрозоль серной кислоты в воздухе, раствор в дождевой воде (в облаках). Выпадая с осадками, она подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей, скрыто угнетающе воздействует на здоровье человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий чаще отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Растения около таких предприятий обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшимися в местах оседания капель серной кислоты, что доказывает присутствие её в окружающей среде в существенных количествах. Пирометаллургические предприятия цветной и чёрной металлургии, а также ТЭЦ ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.
Необходимо отметить также, что диоксид серы имеет максимум в спектре поглощения света в ультрафиолетовой области (190—220 нм), что совпадает с максимумом в спектре поглощения озона. Это свойство диоксида серы позволяет утверждать, что наличие этого газа в атмосфере имеет также положительный эффект, предотвращая возникновение и развитие онкологических заболеваний кожи человека. Диоксид серы в атмосфере Земли существенно ослабляет влияние парниковых газов (диоксид углерода, метан) на рост температуры атмосферы.
Наибольших концентраций сернистый газ достигает в северном полушарии, особенно над территорией США, Европы, Китая, европейской части России и Украины. В южном полушарии содержание его значительно ниже.

Соединения серы: сернистый газ и сульфаты

Ключевые слова конспекта: соединения серы, сернистый газ, сульфаты, строение, получение, использование.

Оксид серы (IV) — сернистый газ

Оксид серы (IV) SO2 – вещество молекулярного строения, молекула имеет угловую конфигурацию.
При обычных условиях оксид серы (IV) SO2 – бесцветный газ с удушливым запахом, растворим в воде (1 объём воды при комнатной температуре растворяет 36 объёмов SO2).

Оксид серы (IV) SO2 – кислотный оксид.

  1. Взаимодействует с водой, образуя сернистую кислоту (слабый электролит):

SO2 + H2O H2SO3

В водном растворе она ступенчато диссоциирует:

Наличие ионов водорода обусловливает изменение окраски индикатора. Например, при пропускании сернистого газа через раствор лакмуса окраска меняется с фиолетовой на красную.

  1. Реагирует с основаниями и основными оксидами. В реакциях могут образовываться как средние соли, так и кислые соли (гидросульфиты). Например:

SO2 + 2КОН = K2SO3 + H2О или SO2 + КОН = KHSO3

Так как в SO2 степень окисления серы промежуточная +4, для диоксида серы характерна окислительно-восстановительная двойственность. В реакциях с более сильными восстановителями SO2 – окислитель:

А в реакциях с более сильными окислителями SO2 – восстановитель:

В промышленности сернистый газ получают при обжиге пирита (FeS2) и других сульфидов:

или сжиганием серы в кислороде: S + O2 = SO2

В лаборатории сернистый газ получают действием сильных кислот на сульфиты. Обычно используют концентрированную H2SO4 и твёрдый сульфит натрия Na2SO3:

Сульфаты

Сульфаты – соли серной кислоты. Серная кислота образует два ряда солей: средние (содержат сульфат–ион SO42–) и кислые (содержат гидросульфат-ион HSO4–).

Сульфаты можно рассматривать как ионные соединения, в узлах кристаллической решётки – катионы металлов и сульфат-анионы.

Сульфаты – твёрдые кристаллические вещества. Большинство сульфатов бесцветны, но окраска может быть обусловлена наличием того или иного катиона (например, медный купорос – кристаллы синего цвета, железный купорос – кристаллы светло–зелёного цвета и т. п.). Растворимость сульфатов в воде различна. Часто сульфаты кристаллизуются в виде кристаллогидратов.

Для распознавания сульфатов можно воспользоваться качественной реакцией на сульфат-ион. Реагентом является растворимая соль бария Ba(NO3)2, ВаCl2, (СН3СОО)2Ва. При взаимодействии реагента с раствором сульфата выпадает белый кристаллический осадок:

Наиболее распространёнными сульфатами являются:

  • Na2SO4 • 10H2О – глауберова соль,
  • CaSO4 • 2H2O – гипс,
  • 2CaSO4 • H2O – алебастр,
  • CuSO4 • 5H2O – медный купорос,
  • FeSO4 • 7H2O – железный купорос,
  • KAl(SO4) • 12H2O – алюмокалиевые квасцы.

Конспект урока «Соединения серы: сернистый газ и сульфаты».

Следующая тема: «Свойства простых веществ: Азот».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector