Diòxid de sofre

Diòxid de sofre

Substància química	tipus d'entitat química
Massa molecular	63,962 Da
Trobat en el tàxon	Angelica gigas
Rol	contaminant aeri
Estructura química
Fórmula química	SO₂
SMILES canònic	Model 2D O=S=O
Identificador InChI	Model 3D
Propietat
Densitat	0,002927 g/cm³ (a 0 °C, gas)
Velocitat del so	213 m/s (0 °C, gas)
Solubilitat	10 g/100 g (aigua, 20 °C)
Moment dipolar elèctric	1,633 D
Punt de fusió	−76 °C −75,5 °C
Punt d'ebullició	−10 °C (a 760 Torr) −10,05 °C (a 101,325 kPa)
Entropia molar estàndard	248,2 J/(mol K)
Moment dipolar elèctric	1,633 D
Entalpia estàndard de formació	−296,9 kJ/mol
Pressió de vapor	3,2 atm (a 20 °C)
Perill
Límit d'exposició mitjana ponderada en el temps	5 mg/m³ (10 h, cap valor) 13 mg/m³ (8 h, Estats Units d'Amèrica)
Límit d'exposició a curt termini	13 mg/m³ (cap valor)
IDLH	262 mg/m³
NFPA 704: Standard System for the Identification of the Hazards of Materials for Emergency Response ()
Altres
amargor

El diòxid de sofre és un compost binari de sofre i oxigen, un òxid de fórmula ${\ce {SO2}}$. És un gas incolor d'olor sufocant, no inflamable ni explosiu. El seu punt de fusió és -75 °C i el d'ebullició -10,02 °C. Es tracta d'una substància reductora que amb el temps i en contacte amb l'aire i la humitat es converteix en triòxid de sofre, ${\ce {SO3}}$, que es converteix en àcid sulfúric, ${\ce {H2SO4}}$. La velocitat d'aquesta reacció en condicions normals és baixa. En aigua es dissol formant una dissolució àcida.

Història

El diòxid de sofre és conegut des de l'antiguitat ja que és expulsat pels volcans. Des dels romans els viticultors l'obtenien cremant sofre amb aire i l'empraven com a desinfectant per matar els llevats indesitjats presents en el suc del raïm abans de posar-hi els llevats que els interessava per a produir la fermentació alcohòlica per donar el vi. També l'empraven per a blanquejar teles i desinfectar i conservar cereals en graners i, més endavant, a partir del segle XVII, es començà a emprar per desinfectar la roba i els llits dels malalts gràcies al frare caputxí Maurici de Toló el 1656 a Gènova. Fou aïllat per primer cop el 1775 pel científic anglès Joseph Priestley (1733-1804) que el sintetitzà mitjançant la reducció d'àcid sulfúric, ${\ce {H2SO4}}$, amb mercuri, ${\ce {Hg}}$.

Estructura i enllaços

Estructures ressonants de la molècula de diòxid de sofre

La molècula de diòxid de sofre és una molècula angular amb un àtom de sofre situat al mig unit als dos àtoms d'oxigen. L'angle és de 119°. Els enllaços són dobles, ${\ce {S=O}}$. El sofre forma quatre enllaços covalents ja que pot promocionar un electró d'un orbital atòmic ${\ce {3p}}$ al un ${\ce {3d}}$. D'aquesta manera li queden els tres orbitals ${\ce {3p}}$ amb un electró i un quart orbital, el ${\ce {3d}}$, amb un altre electró desaparellat. Total quatre electrons desaparellats que li permeten formar quatre enllaços covalents de longitud 143,1 pm, a mig camí entre enllaços simples purs i dobles.

Química

Pot ser concebut com l'anhidrur d'un hipotètic àcid sulfurós H₂SO₃. Això -en analogia al que passa amb l'àcid carbònic- és inestable en dissolucions àcides, però forma sals: els sulfits i bisulfits. El dióxid de sofre és un intermedi important en la producció de l'àcid sulfúric. Es forma en la combustió de sofre elemental o sulfurs (p. ex. la pirita FeS₂, la wurzita o la blenda (ambdós ZnS), la galena PbS, etc.). Després és oxidat en una segona etapa al triòxid de sofre (SO₃) que pot ser transformat directament en l'àcid sulfúric.

Com a catalitzador s'emprava antigament platí, que ha estat substituït en els sistemes més moderns per pentòxid de vanadi (V₂O₅). Per a la seva síntesi en el laboratori és sovint més convenient afegir àcid sobre sulfit. El diòxid de sofre té propietats desinfectants. Per això va ser utilitzat durant segles en la desinfecció per exemple de les bótes de vi cremant sofre en el seu interior.

Gas contaminant

El diòxid de sofre és un dels contaminants que provoquen contaminació atmosfèrica. Participa en l'efecte hivernacle. Els seus efectes són la deterioració de conreus i, als humans, una forta irritació dels ulls i de les vies respiratòries superiors, a més de tos, opressió respiratòria i espasmes de larinx. En una atmosfera humida pot reaccionar amb l'aigua per a formar àcid sulfúric, encara més perillós.

Els òxids de sofre en combinació amb les partícules i la humitat produeixen els efectes més perjudicials atribuïts a la contaminació de l'aire.

Efectes sobre la salut

Diverses espècies d'animals, incloent la humana, reaccionen amb broncoconstricció davant del SO₂. Aquest efecte es pot atribuir a un augment de la resistència en el conducte de l'aire.

L'àcid sulfúric és un irritant més potent que el diòxid de sofre, per tant, la majoria d'estudis tracten de materials sulfurosos combinats.

Les anàlisis de nombrosos estudis epidemiològics determinen una associació clara entre la contaminació de l'aire (segons la concentració de SO₂ juntament amb altres partícules i la humitat relativa) i els efectes sobre la salut.

Efectes del SO₂ a diverses concentracions per una exposició a curt termini

Concentració	Efectes
0,03 ppm, mitjana anual	Lesions cròniques en plantes
0,037-0,092 ppm, mitjana anual	Pot haver-hi, acompanyades per partícules a una concentració de 185 μg/m3, un augment en la freqüència de símptomes respiratoris i malalties pulmonars
0,11-0,19 ppm, mitjana en 24h	Amb un baix nivell de partícules pot haver-hi un augment d'ingressos hospitalaris de persones majors per un trastorn respiratori.
0,19 ppmm, mitjana en 24h	Amb un baix nivell de partícules pot haver-hi un augment en la mortalitat
0,25 ppmm, mitjana en 24h	Acompanyat per partícules amb una concentració de 750 μg/m3 pot haver-hi un augment de la taxa diària de mortalitat (fonts britàniques) i un augment de la taxa de morbilitat
0,3 ppm, 8h	Alguns arbres mostren lesions
0,52 ppm, mitjana en 24h	Pot haver-hi un augment en la mortalitat acompanyat per la presència de partícules, i un augment de la taxa de mortalitat.

El diòxid de carboni actua com un gas sufocant, irritant i afecta sobretot a la part superior del tub respiratori durant una exposició moderada. Alguns efectes són difícils de determinar, sobretot a llarg termini, però està clar que és un contaminant molt potent i molt nociu pel medi ambient.

Pluja àcida

Les gotes d'aigua formades per condensació a l'atmosfera ha de tenir normalment un pH proper al 7, però degut a la presència del CO₂ a l'atmosfera, el pH tendeix a baixar per la formació de l'àcid carbònic i pot assolir un valor al voltant de 5,7. Les alarmes van saltar quan a principis de 1970 es van registrar valors de pH en l'aigua de la pluja amb valors mitjans anuals d'entre 4 i 5. Aquests valors es van associar a la presència de l'àcid sulfúric i l'àcid nítric procedents dels gasos SO₂ i NO_x presents a l'atmosfera.

Les reaccions possibles per la formació de l'àcid sulfúric són:

• Reacció homogènia

2SO₂ + O₂ → 2SO₃

SO₃ + H₂O → 2H₂O₄

• Reacció heterogènia

SO₂ (g) SO₂ (aq)

2H₂O (aq) + SO₂ (aq) HSO₃⁻ (aq) +H₃O⁺

HSO₃⁻ (aq)+ H₂O SO₃⁻ (aq)+ H₃O⁺

Els efectes de la pluja àcida són molts i molt greus, tant per als animals com per a les plantes. Destrueix l'ecosistema. Els efectes més detallats es troben a la pàgina de pluja àcida

Font

La font principal d'aquesta substància a l'atmosfera és la combustió de carbó o de petroli, que inclou l'ús de vehicles (trànsit), centrals tèrmiques, explotació i manipulació de certs minerals de sofre, indústria del paper i del carbó (incloent embalatges, etc.), síntesi d'àcid sulfúric, etc.