ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2): โครงสร้างคุณสมบัติการใช้ความเสี่ยง - เคมี - 2024

ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์เป็นสารอนินทรีก๊าซประกอบด้วยกำมะถัน (S) และออกซิเจน (O) และสูตรทางเคมีของ SO 2 เป็นก๊าซไม่มีสีมีกลิ่นระคายเคืองและหายใจไม่ออก นอกจากนี้ยังละลายในน้ำกลายเป็นสารละลายกรด ภูเขาไฟจะขับไล่มันสู่ชั้นบรรยากาศระหว่างการปะทุ

เป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรทางชีวภาพและธรณีเคมีของกำมะถัน แต่ผลิตขึ้นในปริมาณมากโดยกิจกรรมบางอย่างของมนุษย์เช่นการกลั่นน้ำมันและการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล (เช่นถ่านหินหรือดีเซล)

ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ SO ₂ถูกปล่อยออกมาจากภูเขาไฟในระหว่างการปะทุ Brocken Inaglory ที่มา: Wikimedia Commons

SO ₂เป็นสารรีดิวซ์ที่ช่วยให้เยื่อกระดาษยังคงเป็นสีขาวหลังจากฟอกขาวด้วยสารประกอบอื่น ๆ นอกจากนี้ยังทำหน้าที่ขจัดร่องรอยของคลอรีนในน้ำที่ผ่านการบำบัดด้วยสารเคมีนี้

ใช้เพื่อถนอมอาหารบางประเภทฆ่าเชื้อภาชนะที่ผลิตน้ำองุ่นหมักเพื่อผลิตไวน์หรือข้าวบาร์เลย์เพื่อทำเบียร์

นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารฆ่าเชื้อราในการเกษตรเพื่อให้ได้กรดซัลฟิวริกเป็นตัวทำละลายและเป็นตัวกลางในปฏิกิริยาเคมี

SO _{2 ที่}มีอยู่ในชั้นบรรยากาศเป็นอันตรายต่อพืชหลายชนิดในน้ำมีผลต่อปลาและยังเป็นหนึ่งในสารที่ก่อให้เกิด "ฝนกรด" ซึ่งกัดกร่อนวัสดุที่มนุษย์สร้างขึ้น

โครงสร้าง

โมเลกุลของซัลเฟอร์ไดออกไซด์มีลักษณะสมมาตรและเป็นมุม มุมเกิดจากการที่ SO ₂มีอิเล็กตรอนคู่เดียวนั่นคืออิเล็กตรอนที่ไม่สร้างพันธะกับอะตอมใด ๆ แต่เป็นอิสระ

โครงสร้างลิวอิสของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่สังเกตเห็นรูปร่างเชิงมุมและอิเล็กตรอนอิสระคู่ WhittleMario ที่มา: Wikimedia Commons

ศัพท์เฉพาะ

- ซัลเฟอร์ไดออกไซด์

- ซัลเฟอร์แอนไฮไดรด์

- ซัลเฟอร์ออกไซด์

คุณสมบัติ

สภาพร่างกาย

ก๊าซไม่มีสี

น้ำหนักโมเลกุล

64.07 ก. / โมล

จุดหลอมเหลว

-75.5ºC

จุดเดือด

-10.05 ºC

ความหนาแน่น

แก๊ส: 2.26 ที่ 0 ° C (เทียบกับอากาศนั่นคือความหนาแน่นของอากาศ = 1) นั่นหมายความว่ามันหนักกว่าอากาศ

ของเหลว: 1.4 ถึง -10 ° C (เทียบกับน้ำนั่นคือความหนาแน่นของน้ำ = 1)

การละลาย

ละลายในน้ำ: 17.7% ที่ 0 ° C; 11.9% ที่ 15 ° C; 8.5% ที่ 25 ° C; 6.4% ที่ 35 ° C

ละลายได้ในเอทานอลไดเอทิลอีเธอร์อะซิโตนและคลอโรฟอร์ม ละลายได้น้อยในตัวทำละลายที่ไม่มีขั้ว

พีเอช

สารละลาย SO _{2 ใน}น้ำมีฤทธิ์เป็นกรด

คุณสมบัติทางเคมี

SO ₂เป็นตัวรีดิวซ์และตัวออกซิไดซ์ที่ทรงพลัง ในการปรากฏตัวของอากาศและตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อทำปฏิกิริยาเพื่อให้ที่3

ดังนั้น₂ + O ₂ →ดังนั้น₃

บางครั้งอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวทำให้มันมีพฤติกรรมเหมือนลิวเบสกล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือมันสามารถทำปฏิกิริยากับสารประกอบที่มีอะตอมที่ไม่มีอิเล็กตรอน

ถ้า SO ₂อยู่ในรูปของก๊าซและแห้งจะไม่โจมตีเหล็กเหล็กกล้าโลหะผสมทองแดง - นิกเกิลหรือนิกเกิล - โครเมียม - เหล็ก อย่างไรก็ตามหากอยู่ในสภาพของเหลวหรือเปียกจะทำให้เกิดการกัดกร่อนของโลหะเหล่านี้

ของเหลวSO _{2 ที่}มีน้ำ 0.2% ขึ้นไปก่อให้เกิดการกัดกร่อนอย่างรุนแรงต่อเหล็กทองเหลืองและทองแดง มีฤทธิ์กัดกร่อนอลูมิเนียม

เมื่อเป็นของเหลวก็สามารถโจมตีพลาสติกยางและสารเคลือบบางชนิดได้เช่นกัน

โซลูชัน SO ในน้ำ

SO ₂ละลายในน้ำได้มาก มีการพิจารณาเป็นเวลานานแล้วว่าในน้ำจะสร้างกรดซัลฟิวรัส H ₂ SO ₃แต่ยังไม่มีการพิสูจน์การมีอยู่ของกรดนี้

ในสารละลาย SO ₂ในน้ำจะเกิดสภาวะสมดุลต่อไปนี้:

ดังนั้น₂ + H ₂ O ⇔ดังนั้น₂ H ₂ O

ดังนั้น₂ H ₂ O ⇔ HSO ₃ ^- + H ₃ O ⁺

HSO ₃ ^- + H ₂ O ⇔ SO ₃ ^2- + H ₃ O ⁺

โดยที่ HSO ₃ ^-คือไบซัลไฟต์ไอออนและ SO ₃ ^2-คือซัลไฟต์ไอออน ไอออนซัลไฟต์ SO ₃ ^2-ที่ผลิตส่วนใหญ่เมื่อด่างจะถูกเพิ่มใน SO ₂วิธีการแก้ปัญหา

สารละลายที่เป็นน้ำของ SO ₂มีคุณสมบัติในการลดลงโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าเป็นด่าง

คุณสมบัติอื่น ๆ

- มีความเสถียรอย่างยิ่งต่อความร้อนสูงถึง 2,000 ° C

- ไม่ติดไฟ

การได้รับ

SO ₂ได้มาจากการเผาไหม้ของกำมะถัน (S) ในอากาศแม้ว่า SO ₃จะเกิดขึ้นเพียงเล็กน้อยก็ตาม

S + O ₂ → SO ₂

นอกจากนี้ยังสามารถผลิตได้โดยการให้ความร้อนแก่ซัลไฟด์ต่างๆในอากาศการเผาไหม้แร่ไพไรต์และแร่ธาตุที่มีซัลไฟด์เป็นต้น

ในกรณีของเหล็กไพไรต์เมื่อออกซิไดซ์จะได้เหล็กออกไซด์ (iii) และ SO ₂ :

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

มีอยู่ในธรรมชาติ

SO ₂ถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศโดยกิจกรรมของภูเขาไฟ (9%) แต่ยังเกิดจากกิจกรรมทางธรรมชาติอื่น ๆ (15%) และจากการกระทำของมนุษย์ (76%)

การปะทุของภูเขาไฟระเบิดทำให้เกิดความผันผวนหรือความผันแปรของ SO ₂ในชั้นบรรยากาศประจำปี คาดว่า 25% ของ SO _{2 ที่}ภูเขาไฟปล่อยออกมาจะถูกฝนชะล้างไปก่อนที่จะถึงชั้นสตราโตสเฟียร์

แหล่งธรรมชาติมีมากที่สุดและเกิดจากวัฏจักรทางชีวภาพของกำมะถัน

ในเขตเมืองและแหล่งอุตสาหกรรมมนุษย์มีอำนาจเหนือกว่า กิจกรรมหลักของมนุษย์ที่ก่อให้เกิดคือการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นถ่านหินน้ำมันเบนซินและดีเซล แหล่งที่มาของมนุษย์อื่น ๆ ได้แก่ โรงกลั่นน้ำมันโรงงานเคมีและการผลิตก๊าซ

กิจกรรมของมนุษย์เช่นการเผาไหม้ถ่านหินสำหรับการผลิตไฟฟ้าเป็นแหล่งที่มาของดังนั้น₂มลพิษ Adrem68 ที่มา: Wikimedia Commons

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมันถูกสร้างขึ้นจากภายนอกนั่นคือภายในร่างกายของสัตว์และมนุษย์เนื่องจากการเผาผลาญของกรดอะมิโนที่มีกำมะถัน (S) โดยเฉพาะ L-cysteine

การประยุกต์ใช้งาน

ในการผลิตกรดซัลฟิวริก

หนึ่งของการใช้งานที่สำคัญที่สุดของ SO ₂คือในการได้รับกรดซัลฟูริก H ₂ SO 4

2 SO ₂ + 2 H ₂ O + O ₂ → 2 H ₂ SO ₄

ในอุตสาหกรรมอาหารแปรรูป

ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ถูกใช้เป็นสารถนอมอาหารและสารทำให้คงตัวเป็นสารควบคุมความชื้นและเป็นตัวปรับแต่งรสชาติและเนื้อสัมผัสในผลิตภัณฑ์ที่กินได้บางชนิด

นอกจากนี้ยังใช้ในการฆ่าเชื้ออุปกรณ์ที่สัมผัสกับอาหารอุปกรณ์การหมักเช่นในโรงเบียร์และโรงบ่มไวน์ภาชนะบรรจุอาหารเป็นต้น

ช่วยให้คุณเก็บรักษาผักและผลไม้เพิ่มอายุการใช้งานบนชั้นวางของในซูเปอร์มาร์เก็ตป้องกันการสูญเสียสีและรสชาติและช่วยในการกักเก็บวิตามินซี (กรดแอสคอร์บิก) และแคโรทีน (สารตั้งต้นของวิตามินเอ)

ผลไม้อบแห้งจะถูกเก็บไว้ที่จอดรถของเชื้อราและแบคทีเรียขอบคุณที่ SO 2 ผู้แต่ง: Isabel Ródenas ที่มา: Pixabay.com

ใช้ในการเก็บรักษาไวน์เนื่องจากมันทำลายแบคทีเรียเชื้อราและยีสต์ที่ไม่ต้องการ นอกจากนี้ยังใช้เพื่อฆ่าเชื้อและป้องกันการก่อตัวของไนโตรซามีนในเบียร์

อุปกรณ์การหมักข้าวบาร์เลย์ที่จะได้รับเบียร์ฆ่าเชื้อด้วย SO 2 ผู้แต่ง: Cerdadebbie ที่มา: Pixabay

นอกจากนี้ยังใช้ในการแช่เมล็ดข้าวโพดเพื่อทำให้น้ำตาลหัวผักกาดขาวและเป็นยาต้านจุลชีพในการผลิตน้ำเชื่อมข้าวโพดที่มีฟรุกโตสสูง

เป็นตัวทำละลายและรีเอเจนต์

มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะตัวทำละลายที่ไม่ใช่น้ำ แม้ว่าจะไม่ใช่ตัวทำละลายไอออไนซ์ แต่ก็มีประโยชน์ในฐานะตัวทำละลายที่ไม่มีโปรตอนสำหรับการวิเคราะห์และปฏิกิริยาทางเคมีบางประเภท

ใช้เป็นตัวทำละลายและตัวทำปฏิกิริยาในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ซึ่งเป็นตัวกลางในการผลิตสารประกอบอื่น ๆ เช่นคลอรีนไดออกไซด์อะซิทิลคลอไรด์และในการซัลโฟเนชันของน้ำมัน

เป็นตัวรีดิวซ์

ใช้เป็นตัวรีดิวซ์แม้ว่าจะไม่แข็งแรงมากนักและในสารละลายอัลคาไลน์จะเกิดไอออนซัลไฟต์ซึ่งเป็นตัวรีดิวซ์ที่มีพลังมากกว่า

ในการใช้งานต่างๆ

SO ₂ยังใช้:

- ในการเกษตรเป็นสารฆ่าเชื้อราและสารกันบูดสำหรับองุ่นหลังการเก็บเกี่ยว

- เพื่อผลิตไฮโดรซัลไฟต์

- ในการฟอกเยื่อไม้และกระดาษเป็นมันจะช่วยให้การรักษาเสถียรภาพของเยื่อหลังจากฟอกด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ H ₂ O ₂ ; SO ₂ทำงานโดยทำลาย H ₂ O ₂ที่เหลือและรักษาความสว่างของเนื้อกระดาษเนื่องจาก H ₂ O ₂อาจทำให้ความสว่างกลับด้านได้

- ทำให้เส้นใยสิ่งทอและเครื่องจักสานขาวขึ้น

- เพื่อบำบัดน้ำเนื่องจากจะกำจัดคลอรีนตกค้างที่หลงเหลืออยู่หลังจากการเติมคลอรีนในน้ำดื่มน้ำเสียหรือน้ำอุตสาหกรรม

- ในการกลั่นแร่ธาตุและโลหะเป็นตัวรีดิวซ์สำหรับเหล็กในระหว่างการแปรรูปแร่

- ในการกลั่นน้ำมันเพื่อดักจับออกซิเจนและชะลอการกัดกร่อนและเป็นตัวทำละลายสกัด

- เป็นสารต้านอนุมูลอิสระ

- เป็นสารทำให้เป็นกลางอัลคาไลในการผลิตแก้ว

- ในแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นตัวออกซิไดซ์

ผลกระทบของ OS

การศึกษาพบว่า SO _{2 ที่}ผลิตจากภายนอกหรือร่างกายมีผลดีต่อระบบหัวใจและหลอดเลือดรวมถึงการควบคุมการทำงานของหัวใจและการคลายตัวของหลอดเลือด

เมื่อ SO ₂ถูกผลิตขึ้นในร่างกายจะถูกเปลี่ยนเป็นอนุพันธ์ของไบซัลไฟต์ HSO ₃ ^-และซัลไฟต์ SO ₃ ^2-ซึ่งมีผลต่อหลอดเลือดแดง

SO _{2 จาก}ภายนอกช่วยลดความดันโลหิตสูงป้องกันการเกิดหลอดเลือดและปกป้องหัวใจจากความเสียหายของกล้ามเนื้อหัวใจ นอกจากนี้ยังมีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระยับยั้งการอักเสบและการตายของเซลล์ (การตายของเซลล์ตามโปรแกรม)

ด้วยเหตุผลเหล่านี้จึงคิดว่าอาจเป็นวิธีการรักษาใหม่สำหรับโรคหัวใจและหลอดเลือด

หัวใจจะได้รับประโยชน์จาก SO ₂ที่ร่างกายผลิตขึ้น ผู้เขียน: OpenClipart-Vectors ที่มา: Pixabay

ความเสี่ยง

- การได้รับก๊าซSO ₂อาจทำให้เกิดแผลไหม้ที่ดวงตาผิวหนังลำคอและเยื่อเมือกทำลายหลอดลมและปอด

- การศึกษาบางชิ้นรายงานว่ามีความเสี่ยงที่อาจเกิดความเสียหายต่อสารพันธุกรรมของเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและมนุษย์

- มีฤทธิ์กัดกร่อน ไม่ติดไฟ

กระทบต่อระบบนิเวศน์

ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์เป็นก๊าซมลพิษที่พบบ่อยที่สุดในชั้นบรรยากาศโดยเฉพาะในเขตเมืองและเขตอุตสาหกรรม

การปรากฏตัวในชั้นบรรยากาศก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า“ ฝนกรด” ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำปลาพืชบนบกและการกัดกร่อนของวัสดุที่มนุษย์สร้างขึ้น

อนุสาวรีย์ที่เสียหายจากฝนกรด Nino Barbieri ที่มา: Wikimedia Commons

SO ₂เป็นพิษต่อปลา พืชสีเขียวมีความไวต่อบรรยากาศSO ₂มาก อัลฟัลฟ่าฝ้ายข้าวบาร์เลย์และข้าวสาลีได้รับความเสียหายในระดับสิ่งแวดล้อมต่ำในขณะที่มันฝรั่งหัวหอมและข้าวโพดมีความทนทานสูงกว่ามาก

ผลกระทบจากการรับประทานพร้อมอาหาร

แม้ว่าจะไม่เป็นอันตรายต่อคนที่มีสุขภาพดี แต่เมื่อใช้ในความเข้มข้นที่แนะนำโดยหน่วยงานด้านสุขภาพที่ได้รับอนุญาต SO ₂สามารถกระตุ้นให้เกิดโรคหอบหืดในผู้ที่แพ้ง่ายที่รับประทานพร้อมอาหาร

คนที่มีความสำคัญสามารถทนทุกข์ทรมานจากโรคหอบหืดเมื่อรับประทานอาหารที่มีจำนวนเล็ก ๆ ของ SO 2 Suraj ที่มาลายาลัม Wikipedia ที่มา: Wikimedia Commons

อาหารที่มักประกอบด้วยผลไม้แห้งน้ำอัดลมเทียมและเครื่องดื่มแอลกอฮอล์

อ้างอิง

1. หอสมุดแพทยศาสตร์แห่งชาติสหรัฐอเมริกา (2019) ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ กู้คืนจาก pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Huang, Y. et al. (2016) ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ภายนอก: สมาชิกใหม่ของตระกูล Gasotransmitter ในระบบหัวใจและหลอดเลือด Oxid Med Cell Longev. 2016; 2559: 8961951 กู้คืนจาก ncbi.nlm.nih.gov
3. ฝ้ายเอฟอัลเบิร์ตและวิลคินสันจอฟฟรีย์ (1980) เคมีอนินทรีย์ขั้นสูง. พิมพ์ครั้งที่สี่. John Wiley & Sons
4. Windholz, M. et al. (บรรณาธิการ) (2526) ดัชนีเมอร์ค สารานุกรมสารเคมียาและชีวภาพ ฉบับที่สิบ. Merck & CO., Inc.
5. ปาน, เอ็กซ์. (2554). ซัลเฟอร์ออกไซด์: แหล่งที่มาการสัมผัสและผลกระทบต่อสุขภาพ ผลกระทบต่อสุขภาพของซัลเฟอร์ออกไซด์ ในสารานุกรมอนามัยสิ่งแวดล้อม. กู้คืนจาก sciencedirect.com.
6. Tricker, R. และ Tricker, S. (1999). สารมลพิษและสารปนเปื้อน ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ในข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ กู้คืนจาก sciencedirect.com.
7. Bleam, W. (2017). เคมีกรด - เบส. ซัลเฟอร์ออกไซด์ ในเคมีดินและสิ่งแวดล้อม (พิมพ์ครั้งที่สอง). กู้คืนจาก sciencedirect.com.
8. ฟรีดแมนบีเจ (1980) ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในอาหารและเครื่องดื่ม: ใช้เป็นสารกันบูดและมีผลต่อโรคหอบหืด Br J Dis หน้าอก. 1980; 14 (2): 128-34. กู้คืนจาก ncbi.nlm.nih.gov
9. Craig, K. (2018). การทบทวนเคมีการใช้ยาฆ่าแมลงและชะตากรรมด้านสิ่งแวดล้อมของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่ใช้ในแคลิฟอร์เนีย ในบทวิจารณ์เกี่ยวกับการปนเปื้อนสิ่งแวดล้อมและพิษวิทยา เล่มที่ 246 กู้คืนจาก link.springer.com.