Dwutlenek siarki

Dwutlenek siarki, ditlenek siarki, nazwa Stocka: tlenek siarki (IV), SO
2 – nieorganiczny związek chemiczny z grupy tlenków siarki, w którym siarka znajduje się na IV stopniu utlenienia. W warunkach normalnych jest to bezbarwny gaz o ostrym, gryzącym i duszącym zapachu, silnie drażniący drogi oddechowe. Jest trujący dla zwierząt i szkodliwy dla roślin. Ma własności bakteriobójcze i pleśniobójcze. Jest produktem ubocznym spalania paliw kopalnych, przez co przyczynia się do zanieczyszczenia atmosfery (smog). Jego wzrost stężenia w powietrzu wpływa na liczbę ostrych zespołów wieńcowych^[10]. Stosowany jako konserwant (E220), szczególnie powszechnie do win, także markowych. Dwutlenek siarki wykorzystuje się również do produkcji siarczynów, do bielenia (w przemyśle tekstylnym i papierniczym), dezynfekcji (znany już w starożytności) i jako czynnik chłodniczy. Jest produktem pośrednim podczas produkcji kwasu siarkowego. Rozpuszcza się m.in. w wodzie i acetonie.

Dwutlenek siarki

Nazewnictwo Nomenklatura systematyczna (IUPAC) konst. ditlenek siarki, tlenek siarki(IV) addyt. dioksydosiarka[1] Inne nazwy i oznaczenia Stocka tlenek siarki(IV) inne dwutlenek siarki, bezwodnik siarkawy
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny	SO2
Masa molowa	64,06 g/mol
Wygląd	bezbarwny gaz[2]
Identyfikacja
Numer CAS	7446-09-5
PubChem	1119
DrugBank	DB16426
InChI InChI=1S/O2S/c1-3-2 InChIKey RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N
Właściwości Gęstość 0,002619 g/cm³[3]; gaz Rozpuszczalność w wodzie 9,4 g/100 ml w innych rozpuszczalnikach etanol, eter dietylowy, chloroform[3] Temperatura topnienia −75,5 °C[3] Temperatura wrzenia −10,05 °C[3] Punkt krytyczny 157,49 °C[4]; 7,884 MPa[4] Kwasowość (pKa) 1,8 Lepkość 12,9 μPa·s (27 °C)[5]
Budowa Moment dipolowy 1,63305 D[6]
Niebezpieczeństwa Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich [dostęp 2019-02-24] Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Na podstawie Rozporządzenia CLP, zał. VI[7] Niebezpieczeństwo Zwroty H H314, H331 Zwroty P P261, P280, P305+P351+P338, P310, P410+P403[8] NFPA 704 Na podstawie podanego źródła[9] 0 3 0   Numer RTECS WS4550000
Podobne związki
Podobne związki	ditlenek selenu, ditlenek telluru, tlenek siarki, tritlenek siarki
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Budowa cząsteczki

W fazie gazowej cząsteczka SO
2 ma kształt litery V^[11]. Oba wiązania siarka–tlen mają długość 143 pm, a kąt między nimi wynosi 119,5°^[12]. Atom siarki ma hybrydyzację sp² i ma jedną wolną parą elektronową^[11][13]. Struktury elektronowej cząsteczki SO
2 nie da się przedstawić jednym wzorem Lewisa(inne języki) z oktetem elektronów wokół atomu siarki^[14] i cząsteczka bywa przedstawiana za pomocą struktur rezonansowych^[13][14][15]:

Jednak długość wiązania siarka–tlen (143 pm) jest bardzo zbliżona do wiązania podwójnego (d_S=O = 140 pm) i znacznie mniejsza niż wiązanie pojedyncze (d_S−O = 163 pm), a kąt wiązań tlen–siarka–tlen wynosi 119°, wskazując na hybrydyzację sp^2[11]. Także z porównania długości i energii wiązań w cząsteczkach SO
2 i SO z izoelektronowymi O
3 i O
2 można wnioskować, że rząd wiązania siarka–tlen w SO
2 wynosi co najmniej 2^[16][17][18]:

Porównanie wiązań tlen–tlen
i siarka–tlen^[16]

Wiązanie siarka–tlen	O 2	O 3	SO	SO 2
Długość [pm]	121	128	148	143
Energia [kJ/mol]	490	297	524	548
Kąt wiązania[12][19]	–	116,8	–	119,5
Stabilność	+	–	–	+
Rząd wiązania	2	1,5	?	≥ 2

Zgodnie z tymi informacjami budowę cząsteczki można zobrazować wzorem^{[17][18][11][19]}:

W celu wyjaśnienia takiej struktury cząsteczki przywołuje się czasem udział pustego orbitalu 3d, co jednak jest zbędne^[20] i nie znalazło potwierdzenia w modelach teoretycznych^[21]. Wiązania siarka–tlen w SO
2 o rzędzie co najmniej 2 tłumaczy natomiast wkład wiązania kowalencyjnego rzędu ok. 1,5 wzmocnionego przez wiązanie jonowe rzędu ok. 1, spowodowanego różnicą elektroujemności atomów S i O^[21][17][18]. Ponieważ w cząsteczce ozonu brak jest takich oddziaływań jonowych, ma ona odmienną geometrię, pomimo izoelektronowej struktury^[16][11][19].

Charakterystyka chemiczna

Przemysłowo otrzymywany jest przez spalanie siarki^[14][16]:

S + O
2 → SO
2

lub siarkowodoru^[16]:

2H
2S + 3O
2 → 2SO
2 + 2H
2O

lub podczas prażenia rud siarczkowych w obecności powietrza, np.^[14][16]:

4FeS
2 + 11O
2 → 2Fe
2O
3 + 8SO
2

W obecności katalizatora (np. V₂O₅) powstały dwutlenek utlenia się do trójtlenku siarki:

2SO
2 + O
2 → 2SO
3

(podobna reakcja zachodzi także w atmosferze z udziałem promieniowania UV lub ozonu)

Dwutlenek siarki dobrze rozpuszcza się w wodzie, dając słaby kwas siarkawy:

SO
2 + H
2O ⇄ H
2SO
3

Przypisy

1. Neil G.N.G. Connelly Neil G.N.G. i inni, Nomenclature of Inorganic Chemistry. IUPAC Recommendations 2005 (Red Book), International Union of Pure and Applied Chemistry, RSC Publishing, 2005, s. 327, ISBN 978-0-85404-438-2 (ang.).
2. Farmakopea Polska X, Polskie Towarzystwo Farmaceutyczne, Warszawa: Urząd Rejestracji Produktów Leczniczych, Wyrobów Medycznych i Produktów Biobójczych, 2014, s. 4276, ISBN 978-83-63724-47-4.
3. Lide 2009 ↓, s. 4-92.
4. Lide 2009 ↓, s. 6-53.
5. Lide 2009 ↓, s. 6-174.
6. Lide 2009 ↓, s. 9-52.
7. Dwutlenek siarki, [w:] Classification and Labelling Inventory, Europejska Agencja Chemikaliów [dostęp 2019-02-24] (ang.).
8. Ditlenek siarki (nr 84694) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Polski. [dostęp 2019-02-24]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
9. Dwutlenek siarki (nr 84694) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2019-02-24]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
10. ŁukaszŁ. Kuźma ŁukaszŁ. i inni, Exposure to air pollution-a trigger for myocardial infarction? A nine-year study in Bialystok-the capital of the Green Lungs of Poland (BIA-ACS registry), „International Journal of Hygiene and Environmental Health”, 229, 2020, s. 113578, DOI: 10.1016/j.ijheh.2020.113578, PMID: 32758862 (ang.).
11. GeoffreyG. Rayner-Canham GeoffreyG., TinaT. Overton TinaT., Descriptive inorganic chemistry, wyd. 5, New York: W.H. Freeman, 2010, s. 436, ISBN 978-1-4292-1814-6, OCLC 763131960.
12. Terence P.T.P. Cunningham Terence P.T.P. i inni, Chemical bonding in oxofluorides of hypercoordinate sulfur, „Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions”, 93 (13), 1997, s. 2247–2254, DOI: 10.1039/a700708f (ang.).
13. James E.J.E. House James E.J.E., Inorganic chemistry, wyd. 3, London 2020, s. 590, ISBN 978-0-12-814369-8, OCLC 1126335516.
14. AdamA. Bielański AdamA., Podstawy chemii nieorganicznej, wyd. 5, Warszawa: PWN, 2002, s. 614, ISBN 83-01-13654-5.
15. Catherine E.C.E. Housecroft Catherine E.C.E., A.G.A.G. Sharpe A.G.A.G., Inorganic chemistry, wyd. 4, Harlow: Pearson, 2012, s. 573, ISBN 978-0-273-74275-3, OCLC 775664094.
16. Norman N.N.N. Greenwood Norman N.N.N., AlanA. Earnshaw AlanA., Chemistry of the Elements, wyd. 2, Oxford–Boston: Butterworth-Heinemann, 1997, s. 698–700, ISBN 0-7506-3365-4 (ang.).
17. Komplexbildung am Elektronendonator, [w:] N.N. Wiberg N.N., E.E. Wiberg E.E., A.F.A.F. Holleman A.F.A.F., Lehrbuch der Anorganischen Chemie. Band 1. Grundlagen und Hauptgruppenelemente, De Gruyter, 2016, s. 164–167, DOI: 10.1515/9783110495850, ISBN 978-3-11-049585-0 (niem.).
18. Schwefeldioxid, [w:] N.N. Wiberg N.N., E.E. Wiberg E.E., A.F.A.F. Holleman A.F.A.F., Lehrbuch der Anorganischen Chemie. Band 1. Grundlagen und Hauptgruppenelemente, De Gruyter, 2016, s. 638–641, DOI: 10.1515/9783110495850, ISBN 978-3-11-049585-0 (niem.).
19. Gordon H.G.H. Purser Gordon H.G.H., The significance of the bond angle in sulfur dioxide, „Journal of Chemical Education”, 66 (9), 1989, s. 710, DOI: 10.1021/ed066p710 (ang.).
20. D.D. Michael D.D., P.P. Mingos P.P. (red.), The Chemical Bond I. 100 Years Old and Getting Stronger, t. 169, Cham: Springer International Publishing, 2016, s. 60–61, DOI: 10.1007/978-3-319-33543-8, ISBN 978-3-319-33541-4 (ang.).
21. Alan E.A.E. Reed Alan E.A.E., Paul v. R.P.R. Schleyer Paul v. R.P.R., Chemical bonding in hypervalent molecules. The dominance of ionic bonding and negative hyperconjugation over d-orbital participation, „Journal of the American Chemical Society”, 112 (4), 1990, s. 1434–1445, DOI: 10.1021/ja00160a022 (ang.).

Bibliografia

• David R.D.R. Lide David R.D.R. (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).

Linki zewnętrzne

• Siarka w winie, czyli strachy na Lachy

Kontrola autorytatywna (rodzaj indywiduum chemicznego):

• LCCN: sh85130378
• GND: 4180392-9
• NDL: 00568537
• BnF: 119764496
• BNCF: 31214
• NKC: ph123879
• J9U: 987007548504705171

Encyklopedie internetowe:

• Britannica: science/sulfur-dioxide
• БРЭ: 3659249
• SNL: svoveldioksid
• DSDE: svovldioxid