דו תחמוצת הגופרית (SO2): מבנה, תכונות, שימושים, סיכונים - כִּימִיָה - 2025

תחמוצת הגופרית היא תרכובת אורגנית גזי מורכב הגופרית (S) וחמצן (O), ואת הנוסחה הכימית שלה SO ₂ . זהו גז חסר צבע עם ריח מרגיז ומחניק. בנוסף, הוא מסיס במים ויוצר פתרונות חומצה. הרי געש גורשים אותה לאטמוספרה במהלך התפרצויות.

זה חלק מהמחזור הביולוגי והגיאוכימי של הגופרית, אך הוא מיוצר בכמויות גדולות על ידי פעילויות אנושיות מסוימות כמו זיקוק נפט ושריפת דלקים מאובנים (פחם או דיזל למשל).

דו תחמוצת הגופרית SO ₂ נפלטת על ידי הרי געש במהלך התפרצויות. ברקלן אינגלוריה. מקור: Wikimedia Commons.

SO ₂ הוא חומר צמצום המאפשר לעיסת הנייר להישאר לבן לאחר ההלבנה עם תרכובות אחרות. זה משמש גם להסרת עקבות של כלור במים שטופלו בכימיקל זה.

הוא משמש לשמירה על סוגים מסוימים של מזון, לחיטוי מכולות בהן מיוצר התסיסה של מיץ ענבים לייצור יין או שעורה להכנת בירה.

הוא משמש גם כקוטל פטריות בחקלאות, לקבלת חומצה גופרתית, כממיסה וכמתווך בתגובות כימיות.

ה- SO ₂ הקיים באטמוספרה מזיק לצמחים רבים, במים הוא משפיע על הדגים והוא גם אחד האחראים ל"גשם חומצי "המשחית את החומרים שנוצרו על ידי בני אדם.

מִבְנֶה

מולקולת הגופרית הדו-חמצנית היא סימטרית ויוצרת זווית. הזווית נובעת מהעובדה של- SO ₂ יש זוג אלקטרונים בודד, כלומר אלקטרונים שאינם יוצרים קשר לאף אטום אלא הם חופשיים.

מבנה לואיס של דו תחמוצת הגופרית שבו נצפים צורתו הזוויתית וזוג האלקטרונים החופשיים. WhittleMario. מקור: Wikimedia Commons.

מִנוּחַ

- דו תחמוצת גופרית

- גופרית אנהידריד

- תחמוצת גופרית.

נכסים

מצב פיזי

גז חסר צבע.

משקל מולקולרי

64.07 גרם / מול

נקודת המסה

-75.5 מעלות צלזיוס

נקודת רתיחה

-10.05 ºC

צְפִיפוּת

גז: 2.26 ב 0 מעלות צלזיוס (יחסית לאוויר, כלומר צפיפות אוויר = 1). המשמעות היא שהוא כבד יותר מאוויר.

נוזל: 1.4 עד -10 מעלות צלזיוס (יחסית למים, כלומר צפיפות מים = 1).

מְסִיסוּת

מסיס במים: 17.7% ב 0 ° C; 11.9% בטמפרטורה של 15 מעלות צלזיוס; 8.5% ב 25 מעלות צלזיוס; 6.4% ב 35 מעלות צלזיוס.

מסיס באתנול, דיאתיל אתר, אצטון וכלורופורם. זה פחות מסיס בממסים שאינם קוטביים.

pH

תמיסות SO ₂ מימיות הן חומציות.

תכונות כימיות

SO ₂ הוא חומר צמצום וחמצון חזק. בנוכחות אוויר וזרז הוא מתחמצן ל- SO ₃ .

SO ₂ + O ₂ → SO ₃

זוגות האלקטרונים הבודדים גורמים לעיתים להתנהג כמו בסיס לואיס, או במילים אחרות, הוא יכול להגיב עם תרכובות בהן יש אטום שחסר אלקטרונים.

אם SO ₂ הוא בצורת גז ויבש, הוא אינו תוקף ברזל, פלדה, סגסוגות נחושת-ניקל או ברזל ניקל-כרום. עם זאת, אם הוא במצב נוזלי או רטוב, הוא גורם לקורוזיה למתכות אלה.

נוזל SO ₂ עם 0.2% מים ומעלה מייצר קורוזיה חזקה לברזל, פליז ונחושת. זה מאכל לאלומיניום.

כאשר הוא נוזלי, הוא יכול לתקוף גם מעט פלסטיקה, גומי וציפויים.

פתרונות SO מימיים

SO ₂ מסיס מאוד במים. זה זמן רב נחשב כי במים היא יוצרת חומצה גופרתית H ₂ SO ₃ , אך לא הוכח קיומה של חומצה זו.

בפתרונות של SO ₂ במים שיווי המשקל הבאים מתרחשים:

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 ⁺

כאשר HSO ₃ ^- הוא יון הביסולפיט ו- SO ₃ ^2- הוא יון סולפטי. יון הגופרתי SO ₃ ^2- מיוצר בעיקר כאשר מוסיפים אלקלי לתמיסה SO ₂ .

לתמיסות מימיות של SO ₂ יש תכונות מקטינות, במיוחד אם הן אלקליות.

נכסים אחרים

- הוא יציב ביותר נגד חום, אפילו עד 2000 מעלות צלזיוס.

- זה לא דליק.

להשיג

SO ₂ מתקבל על ידי בעירה של גופרית (S) באוויר, אם כי נוצרות גם כמויות קטנות של SO ₃ .

S + O ₂ → SO ₂

ניתן לייצר אותו גם באמצעות חימום סולפידים שונים באוויר, שריפת מינרלים מפיריט ומינרלים המכילים סולפידים, בין היתר.

במקרה של פיריט ברזל, כאשר מתחמצן _מתקבלת תחמוצת ברזל (iii) ו- SO ₂ :

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

נוכחות בטבע

SO ₂ משתחרר לאטמוספירה על ידי פעילות הרי געש (9%) אך הוא נגרם גם על ידי פעילויות טבעיות אחרות (15%) ועל ידי פעולות אנושיות (76%).

התפרצויות וולקניות מתפוצצות גורמות לתנודות שנתיות משמעותיות או וריאציות של SO ₂ באטמוספירה. ההערכה היא כי 25% מכמות ה- SO ₂ הנפלטת מהגעש נשטפים בגשם לפני שהם מגיעים לסטרטוספרה.

מקורות טבעיים הם השכיחים ביותר ונובעים ממחזור הביולוגי של הגופרית.

באזורים עירוניים ותעשייתיים המקורות האנושיים הם השולטים ביותר. הפעילות האנושית העיקרית המייצרת אותה היא שריפת דלקים מאובנים, כמו פחם, בנזין וסולר. מקורות אנושיים אחרים הם בתי זיקוק, מפעלים כימיים וייצור גז.

פעילויות אנושיות כמו שריפת פחם לחשמל הם מקור לזיהום SO ₂ . Adrem68. מקור: Wikimedia Commons.

אצל יונקים הוא נוצר בצורה אנדוגנית, כלומר בגוף של בעלי חיים ובני אדם בגלל מטבוליזם של חומצות אמינו המכילות גופרית (S), ובמיוחד L-cysteine.

יישומים

בייצור חומצה גופרתית

אחד היישומים החשובים ביותר של SO ₂ הוא בהשגת חומצה גופרתית H ₂ SO ₄ .

2 SO ₂ + 2 H ₂ O + O ₂ → 2 H ₂ SO ₄

בענף המזון המעובד

דו תחמוצת הגופרית משמשת כחומר משמר ומייצב מזון, כחומר לבקרת רטיבות, וכמשנה טעם ומרקם במוצרים אכילים מסוימים.

הוא משמש גם לחיטוי ציוד שבא במגע עם מצרכי מזון, ציוד תסיסה, כמו אלו שבמבשלות ויקבים, מכולות מזון וכו '.

זה מאפשר לך לשמר פירות וירקות, מגדיל את חייהם על מדף הסופרמרקט, מונע אובדן צבע וטעם ומסייע בשמירה של ויטמין C (חומצה אסקורבית) וקרוטנים (מבשרי ויטמין A).

פירות יבשים נשמרים נקיים מפטריות וחיידקים בזכות SO ₂ . מחבר: איזבל רודנס. מקור: Pixabay.com

הוא משמש לשימור יין, מכיוון שהוא משמיד חיידקים, פטריות ושמרים לא רצויים. הוא משמש גם לעיקור ומניעת היווצרות ניטרוסמינים בבירה.

ציוד תסיסה שעורה להשגת בירה מעוקר עם SO ₂ . מחבר: Cerdadebbie. מקור: Pixabay.

הוא משמש גם להשרות גרעיני תירס, להלבנת סוכר סלק וכאנטיקרוביאלי בייצור סירופ תירס גבוה פרוקטוז.

כממס וכמגיב

זה נעשה שימוש נרחב כממס שאינו מימי. למרות שזה לא ממס מיינן, הוא שימושי כממס נטול פרוטונים ליישומים אנליטיים ותגובות כימיות מסוימות.

הוא משמש כממס ומגיב בסינתזה אורגנית, כמתווך בייצור של תרכובות אחרות כמו כלור דו חמצני, אצטיל כלוריד ובגילופונציה של שמנים.

כסוכן מצמצם

הוא משמש כחומר צמצום למרות שהוא לא כל כך חזק, ובתמיסה אלקליין נוצר יון סולפטי, שהוא חומר צמצום אנרגטי יותר.

ביישומים שונים

SO ₂ משמש גם:

- בחקלאות כחומר קוטל פטריות ומשמר לענבים לאחר הקטיף.

- לייצור הידרוסולפיטים.

- להלבנת עיסת עץ ונייר, מכיוון שהיא מאפשרת לייצב את העיסה לאחר ההלבנה במי חמצן H ₂ O ₂ ; SO ₂ יצירות על ידי השמדת נותרי H ₂ O ₂ ובכך לקיים את בהירות העיסה, מאז H ₂ O ₂ יכולות לגרום להיפוך של בהירות.

- להלבנת סיבי טקסטיל ומוצרי נצרים.

- לטפל במים שכן הם מבטלים את כלור הנותר שנותר לאחר הכלור מי שתייה, שפכים או מים תעשייתיים.

- בזיקוק מינרלים ומתכות, כחומר מקטין לברזל במהלך עיבוד מינרלים.

- בזיקוק נפט ללכידת חמצן ופיגור קורוזיה, וכממס מיצוי.

- כנוגד חמצון.

- כמנטרל אלקלי בייצור זכוכית.

- בסוללות ליתיום כחומר מחמצן.

השפעות מערכת ההפעלה

מחקרים הראו כי SO ₂ אנדוגני או המיוצר על ידי הגוף משפיע לטובה על מערכת הלב וכלי הדם, כולל ויסות תפקוד הלב וכלי דם מרגיעים.

כאשר מיוצר SO ₂ בגוף, הוא מומר לנגזרותיו ביסולפיט HSO ₃ ^- וסולפיט SO ₃ ^2- אשר מפעילים השפעה מרגיעה על העורקים.

SO ₂ אנדוגני מפחית יתר לחץ דם, מונע התפתחות של טרשת עורקים ומגן על הלב מפני נזק לבבי. יש לו גם פעולה נוגדת חמצון, מעכב דלקת ואפופטוזיס (מוות תאים מתוכנת).

מסיבות אלה נהוג לחשוב שמדובר בטיפול חדש אפשרי במחלות לב וכלי דם.

הלב יכול להפיק תועלת מה- SO ₂ המיוצר על ידי הגוף. מחבר: OpenClipart-Vectors. מקור: Pixabay.

סיכונים

- חשיפה ל- SO ₂ גזי יכולה להוביל לכוויות בעיניים, בעור, בגרון ובריריות, לפגיעה בצינורות ובריאות.

- כמה מחקרים מדווחים כי קיים סיכון פוטנציאלי לפגיעה בחומר הגנטי של תאי יונקים ואדם.

- זה מאכל. זה לא דליק.

רעילות אקוטו

דו תחמוצת הגופרית הוא הגז המזהם הנפוץ ביותר באטמוספרה, בעיקר באזורים עירוניים ותעשייתיים.

נוכחותו באטמוספרה תורמת למה שמכונה "גשם חומצי" המזיק לאורגניזמים מימיים, דגים, צמחייה יבשתית וקורוזיה לחומרים מעשה ידי אדם.

אנדרטה שנפגעה בגלל גשם חומצי. נינו ברבירי. מקור: Wikimedia Commons.

SO ₂ רעיל לדגים. צמחים ירוקים רגישים ביותר ל- SO ₂ באטמוספירה. אספסת, כותנה, שעורה וחיטה נפגעים ברמות סביבתיות נמוכות, ואילו תפוחי אדמה, בצל ותירס עמידים הרבה יותר.

השפעות בליעתו במזון

אף על פי שזה לא מזיק לאנשים בריאים, כאשר משתמשים בו בריכוזים המומלצים על ידי סוכנויות בריאות מורשות, SO ₂ יכול לגרום לאסטמה אצל אנשים רגישים הנוטלים אותה במזון.

אנשים רגישים יכולים לסבול מאסטמה כאשר אוכלים מזון עם כמויות קטנות של SO ₂ . סוראג 'בוויקיפדיה המלאבית מקור: Wikimedia Commons.

המזונות המכילים אותו בדרך כלל הם פירות יבשים, שתייה קלה מלאכותית ומשקאות אלכוהוליים.

הפניות

1. הספרייה הלאומית לרפואה בארה"ב. (2019). דו תחמוצת גופרית. התאושש מ- pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. הואנג, י 'ואח'. (2016). דו תחמוצת הגופרית האנדוגנית: בן חדש במשפחת העברת הגזים במערכת הלב וכלי הדם. תא חמצני תא לונגב. 2016; 2016: 8961951. התאושש ב- ncbi.nlm.nih.gov.
3. כותנה, פ. אלברט ווילקינסון, ג'פרי. (1980). כימיה אורגנית מתקדמת. גרסה רביעית. ג'ון וויילי ובניו.
4. Windholz, M. et al. (עורכים) (1983). מדד מרק. אנציקלופדיה של כימיקלים, תרופות וביולוגיות. המהדורה העשירית. מרק ושות 'בע"מ
5. פאן, X. (2011). תחמוצות גופרית: מקורות, חשיפות והשפעות בריאותיות. השפעות בריאותיות של תחמוצות גופרית. באנציקלופדיה לבריאות הסביבה. התאושש מ- sciencedirect.com.
6. Tricker, R. ו- Tricker, S. (1999). מזהמים ומזהמים. דו תחמוצת גופרית. בדרישות סביבתיות לציוד אלקטרומכני ואלקטרוני. התאושש מ- sciencedirect.com.
7. Bleam, W. (2017). כימיה על בסיס חומצה. תחמוצות גופרית. בכימיה קרקע וסביבה (מהדורה שנייה). התאושש מ- sciencedirect.com.
8. Freedman, BJ (1980). דו תחמוצת הגופרית במזונות ומשקאות: השימוש בה כחומר משמר והשפעתו על אסטמה. Br J Dis Chest. 1980; 14 (2): 128-34. התאושש ב- ncbi.nlm.nih.gov.
9. קרייג, ק '(2018). סקירה של הכימיה, השימוש בחומרי ההדברה והגורל הסביבתי של דו תחמוצת הגופרית, כפי שנהוגה בקליפורניה. בביקורות על זיהום סביבתי וטוקסיקולוגיה. כרך 246. התאושש מ- link.springer.com.