Сернистый ангидрид¶

Сернистый ангидрид (диоксид серы, оксид серы(IV), SO₂) — неорганическое химическое соединение серы и кислорода, представляющее собой бесцветный газ с характерным резким запахом горящей серы. При нормальных условиях находится в газообразном состоянии, тяжелее воздуха, хорошо растворим в воде с образованием сернистой кислоты (H₂SO₃). Является одним из основных загрязнителей атмосферы и важным промышленным реагентом, используемым в пищевой промышленности, металлургии и химическом производстве.

¶Физические и химические свойства

При стандартных условиях диоксид серы — бесцветный газ с плотностью примерно 2,93 кг/м³ (в 2,26 раза тяжелее воздуха). Температура плавления составляет −75,5 °C, температура кипения — −10,1 °C. При охлаждении до −10 °C конденсируется в бесцветную жидкость, которая при дальнейшем охлаждении кристаллизуется. Газ хорошо растворим в воде: при 20 °C в одном объёме воды растворяется около 40 объёмов SO₂.

Химически сернистый ангидрид проявляет свойства кислотного оксида. При растворении в воде обратимо образует сернистую кислоту: SO₂ + H₂O ⇄ H₂SO₃

Соединение обладает восстановительными свойствами, однако в присутствии сильных восстановителей может проявлять окислительную активность. Характерной реакцией является обесцвечивание растворов перманганата калия и йода. При взаимодействии с кислородом в присутствии катализатора (V₂O₅, Pt) окисляется до серного ангидрида (SO₃) — ключевая стадия контактного способа производства серной кислоты.

¶Получение

Основной промышленный способ получения — сжигание серы или обжиг сульфидных руд (преимущественно пирита FeS₂): 4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂

В лабораторных условиях диоксид серы получают действием концентрированной серной кислоты на сульфиты, например: Na₂SO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + SO₂↑ + H₂O

Значительное количество SO₂ образуется как побочный продукт при выплавке цветных металлов из сульфидных концентратов, а также при сжигании органического топлива, содержащего серу.

¶Применение

¶Пищевая промышленность

Диоксид серы зарегистрирован как пищевая добавка E220. Применяется в качестве консерванта и антиоксиданта, предотвращающего потемнение и микробиологическую порчу продуктов. Наиболее широко используется в виноделии: обработка сусла и вина SO₂ подавляет развитие диких дрожжей и уксуснокислых бактерий, стабилизирует цвет и вкус напитка. Также применяется при производстве сухофруктов, соков, картофельных полуфабрикатов и некоторых морепродуктов. В ряде стран содержание E220 в продуктах строго регламентируется из-за потенциальной аллергенности.

¶Химическая промышленность

Основной объём производимого сернистого ангидрида расходуется на получение серной кислоты — одного из важнейших продуктов химической отрасли. Кроме того, SO₂ используется для производства сульфитов, гидросульфитов, тиосульфата натрия и других серосодержащих соединений.

¶Металлургия

В металлургии диоксид серы применяется для рафинирования (очистки) некоторых металлов, в частности при получении меди и никеля. Используется также для удаления кислорода из расплавов.

¶Другие области

• Отбеливание целлюлозы, бумаги, текстильных материалов и сахара;
• Дезинфекция помещений, тары и оборудования в пищевом производстве;
• Производство удобрений (гипсование почв);
• В качестве хладагента в небольших холодильных установках (исторически);
• Фумигация складов и теплиц для борьбы с вредителями.

¶Токсикология и воздействие на окружающую среду

Диоксид серы токсичен. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны (ПДК р.з.) в России составляет 10 мг/м³, среднесуточная ПДК в атмосферном воздухе населённых мест — 0,05 мг/м³. При вдыхании SO₂ раздражает слизистые оболочки дыхательных путей и глаз, вызывает кашель, слезотечение, при высоких концентрациях — отёк лёгких и бронхоспазм. Люди с астмой и хроническими лёгочными заболеваниями особенно чувствительны к действию газа.

Сернистый ангидрид — один из главных антропогенных загрязнителей атмосферы. Источниками выбросов являются теплоэлектростанции, работающие на угле и мазуте, предприятия цветной металлургии, нефтепереработки и химической промышленности. В атмосфере SO₂ окисляется до SO₃, который при взаимодействии с влагой образует серную кислоту, что приводит к выпадению кислотных дождей. Кислотные осадки вызывают деградацию лесных экосистем, закисление водоёмов, разрушение строительных материалов и памятников архитектуры. Для снижения выбросов применяются установки сероочистки дымовых газов (десульфуризация) и переход на низкосернистые виды топлива.

¶Источники

• Некрасов Б. В. «Основы общей химии». — М.: Химия, 1973.
• Кнунянц И. Л. (гл. ред.) «Химическая энциклопедия» в 5 т. — М.: Советская энциклопедия, 1988–1998.
• ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны».
• СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности факторов среды обитания для человека».