Zwaveldioxide
| Zwaveldioxide | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Structuurformule en molecuulmodel | |||||
 | |||||
Structuurformule van zwaveldioxide | |||||
| Algemeen | |||||
| Chemische formule | SO2 | ||||
| IUPAC-naam | zwaveldioxide, zwavel(IV)oxide | ||||
| Molaire massa | 64,0638 g/mol | ||||
| SMILES | O=S=O | ||||
| InChI | 1S/O2S/c1-3-2 | ||||
| CAS-nummer | 7446-09-5 | ||||
| EG-nummer | 231-195-2 | ||||
| Wikidata | Q5282 | ||||
| Beschrijving | kleurloos gas | ||||
| Vergelijkbaar met | zwaveltrioxide, zwaveligzuur | ||||
| Waarschuwingen en veiligheidsmaatregelen | |||||
| |||||
| H-zinnen | H280 - H314 - H331 | ||||
| EUH-zinnen | geen | ||||
| P-zinnen | P261 - P280 - P305+P351+P338 - P310 - P410+P403 | ||||
| MAC-waarde | 5 mg/m³ | ||||
| Fysische eigenschappen | |||||
| Aggregatietoestand | gasvormig | ||||
| Kleur | kleurloos | ||||
| Dichtheid | 1,25 g/cm³ | ||||
| Smeltpunt | −75,5 °C | ||||
| Kookpunt | −10 °C | ||||
| Dampdruk | 2,4 × 105 Pa | ||||
| Oplosbaarheid in water | 112,7 bij 20°C g/L | ||||
| Goed oplosbaar in | water | ||||
| Viscositeit | 0,403 Pa·s | ||||
| Geometrie en kristalstructuur | |||||
| Dipoolmoment | 1,63 D | ||||
| Thermodynamische eigenschappen | |||||
| ΔfH |
−296,84 kJ/mol | ||||
| S |
248,21 J/mol·K | ||||
| Evenwichtsconstante(n) | pKa = 1,81 | ||||
| Nutritionele eigenschappen | |||||
| E-nummer | E220 | ||||
| Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar). | |||||
| |||||
Zwaveldioxide is een anorganische verbinding tussen zwavel en zuurstof met molecuulformule SO2. De stof komt voor als een kleurloos gas met een scherpe karakteristieke reuk, dat goed oplosbaar is in water.
Voorkomen
[bewerken | brontekst bewerken]Zwaveldioxide is het belangrijkste verbrandingsproduct van zwavel in de lucht. Het komt met name vrij bij het verbranden van zwavelhoudende fossiele brandstoffen, zoals sommige soorten aardolie, bruinkool of steenkool en is een van de belangrijkste componenten van luchtvervuiling en smog. Het vormt in lucht in aanwezigheid van vocht en andere verbindingen gemakkelijk zwaveltrioxide (SO3), een verbinding waaruit zich in water zwavelzuur vormt. Dit komt met de regen op de Aarde neer en zorgt zo voor zure regen.
Korstmossen zijn gevoelig voor zwaveldioxide en het al dan niet aanwezig zijn van bepaalde soorten kan als biologische meetmethode voor de mate van luchtvervuiling worden gebruikt.
Zwaveldioxide komt verder bij veel vulkanen uit de grond, bij fumarolen. Het wordt bij industriële processen gebruikt, onder andere voor het maken van zwavelzuur.
Productie
[bewerken | brontekst bewerken]Zwaveldioxide wordt op industriële schaal vervaardigd door verbranding van zwavel via een exotherme reactie (ΔHr = −297 kJ/mol):
![{\displaystyle {\mathrm {S} {}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://cdn.statically.io/img/wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ac1c695d60bfaa95189fe69b3011ba535b109e50)
Deze oxidatiestap vindt plaats in een verbrandingskamer, waarin vloeibaar zwavel (150 °C) in een dunne film aan de wanden wordt aangebracht. De verbrandingskamer draait met een hoge snelheid van 4000 tot 6000 rotaties per minuut rond om de homogeniteit van de laag te waarborgen. In de wanden zitten veel kleine openingen waardoor zuurstofgas wordt geblazen. De dunne film wordt geatomiseerd en vervolgens worden de zwavelatomen geoxideerd.
Een vergelijkbare reactie is de oxidatie van waterstofsulfide:
![{\displaystyle {2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {S} {}+{}3\,\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://cdn.statically.io/img/wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0c02d3bfbbcf94ead09c1d4658f7967f9238ea0b)
Structuur
[bewerken | brontekst bewerken]Zwaveldioxide bezit, conform de VSEPR-theorie, een geknikte geometrie. Het heeft net zoals water de puntgroep C2v. De structuur kan het best beschreven worden met behulp van resonantiestructuren, waarin ladingen voorkomen:
De bindingsorde van de zwavel-zuurstofbinding bedraagt 1,5. Zwavel bevindt zich in oxidatietoestand +IV.
Eigenschappen en reacties
[bewerken | brontekst bewerken]Sulfieten, de zouten van zwaveligzuur, dat ontstaat bij het oplossen van zwaveldioxide in water, worden gebruikt als conserveringsmiddel in voedsel. Natriumsulfiet wordt op industriële schaal vervaardigd door zwaveldioxide door een oplossing van natriumhydroxide te leiden:
![{\displaystyle {\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}2\,\mathrm {NaOH} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://cdn.statically.io/img/wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a1792f5571b4016dd8ce63121e9fac2185a0990d)
Doordat zwavel zich in oxidatietoestand +IV bevindt, kan zwaveldioxide als reductor optreden. Het wordt door halogenen geoxideerd tot de overeenkomstige sulfurylhalogeniden. Een voorbeeld is de vorming van sulfurylchloride:
![{\displaystyle {\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {Cl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {Cl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://cdn.statically.io/img/wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/84a4f1a3f1c15975a442a12e8b6883485cfd03af)
Zwaveldioxide is daarmee een van de weinig zure, doch reducerende gassen. De meeste zure gassen, zoals zwaveltrioxide, hebben immers oxiderende eigenschappen.
Toepassingen
[bewerken | brontekst bewerken]- Zwaveldioxide wordt vooral geproduceerd ten behoeve van de productie van zwavelzuur. Zwaveldioxide wordt verder geoxideerd tot zwaveltrioxide, dat vervolgens gehydrolyseerd wordt:
![{\displaystyle {\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}}}](https://cdn.statically.io/img/wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/530f19d3fe8acc9d9238bb96ae8a67be32917725)
- In het clausproces, het belangrijkste proces om zwavelhoudende componenten uit industriële afvalgassen te verwijderen, wordt zwaveldioxide gevormd en nadien gebruikt om waterstofsulfide te reduceren tot elementair zwavel:
![{\displaystyle {2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {S} {}+{}\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}3\,\mathrm {S} {}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://cdn.statically.io/img/wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6fe91276866dab9b617397791702ad6421d9fc9f)
- Deze reactie wordt met behulp van een vaste katalysator uitgevoerd, doorgaans geactiveerd aluminiumoxide of titaan(IV)oxide.
- Zwaveldioxide wordt bij de productie van sulfoleen gebruikt, door middel van een cheletrope reactie. Dat is een 4+2-cycloadditie met 1,3-butadieen:
Cheletrope reactie ter vorming van sulfoleen
- De zwavel-jodiumcyclus is een thermochemisch proces om waterstofgas te bereiden. Zwaveldioxide komt in twee van de drie stappen van deze cyclus in de reactie voor.
Overige
[bewerken | brontekst bewerken]- Zwaveldioxide wordt soms gebruikt als conserveringsmiddel in gedroogd fruit. Het E-nummer is 220.
- Zwaveldioxide werkt reeds in lage concentraties vrij sterk irriterend op de longen. Inademen van het gas kan kortademigheid, hoesten en longoedeem veroorzaken.
Websites
[bewerken | brontekst bewerken]
zwaveldioxide - International Chemical Safety Card- (en) Gegevens van zwaveldioxide in de GESTIS-stoffendatabank van het IFA
- (en) MSDS van zwaveldioxide
