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El dióxido de azufre ( ortografía recomendada por la IUPAC ) o el dióxido de azufre (inglés tradicional de la Commonwealth ) es el compuesto químico con la fórmula S O
2
. Es un gas tóxico responsable del olor a fósforos quemados . Se libera naturalmente por la actividad volcánica y se produce como un subproducto de la extracción de cobre y la quema de combustibles fósiles contaminados con compuestos de azufre. El dióxido de azufre tiene un olor acre como el ácido nítrico. [ cita requerida ]

Estructura y vinculación [ editar ]

SO 2 es una molécula doblada con un grupo de puntos de simetría C 2v . Una teoría del enlace de valencia enfoque considerando simplemente s y p orbitales describirían la unión en términos de resonancia entre dos estructuras de resonancia.

Dos estructuras de resonancia de dióxido de azufre

El enlace azufre-oxígeno tiene un orden de enlace de 1,5. Hay apoyo para este enfoque simple que no invoca la participación orbital d . [7] En términos de formalismo de conteo de electrones , el átomo de azufre tiene un estado de oxidación de +4 y una carga formal de +1.

Ocurrencia [ editar ]

Los resplandores azules de las auroras de la atmósfera superior de Io son causados ​​por dióxido de azufre volcánico.

El dióxido de azufre se encuentra en la Tierra y existe en concentraciones muy pequeñas y en la atmósfera a aproximadamente 1 ppm. [8] [9] [ aclaración necesaria ]

En otros planetas, el dióxido de azufre se puede encontrar en varias concentraciones, siendo la más significativa la atmósfera de Venus , donde es el tercer gas atmosférico más significativo a 150 ppm. Allí, se condensa para formar nubes y es un componente clave de las reacciones químicas en la atmósfera del planeta y contribuye al calentamiento global . [10] Se ha implicado como un agente clave en el calentamiento del Marte temprano , con estimaciones de concentraciones en la atmósfera inferior de hasta 100 ppm, [11] aunque solo existe en cantidades mínimas. Tanto en Venus como en Marte, como en la Tierra, se cree que su fuente principal es volcánica. La atmósfera de Io , un satélite natural de Júpiter, es 90% de dióxido de azufre [12] y se cree que también existen trazas en la atmósfera de Júpiter .

Como hielo, se cree que existe en abundancia en las lunas galileanas, como hielo sublime o escarcha en el hemisferio final de Ío , [13] y en la corteza y el manto de Europa , Ganímedes y Calisto , posiblemente también en forma líquida. y reacciona fácilmente con el agua. [14]

Producción [ editar ]

El dióxido de azufre se produce principalmente para la fabricación de ácido sulfúrico (ver proceso de contacto ). En los Estados Unidos en 1979, se utilizaron 23,6 millones de toneladas métricas (26,014,547 toneladas cortas estadounidenses) de dióxido de azufre de esta manera, en comparación con 150 mil toneladas métricas (165,347 toneladas cortas estadounidenses) utilizadas para otros fines. La mayor parte del dióxido de azufre se produce mediante la combustión de azufre elemental. También se produce algo de dióxido de azufre al tostar pirita y otros minerales de sulfuro en el aire. [15]

Reproducir medios
Un experimento que muestra la quema de azufre en oxígeno. Se utiliza una cámara de flujo unida a una botella de lavado de gases (llena con una solución de naranja de metilo ). El producto es dióxido de azufre (SO 2 ) con algunas trazas de trióxido de azufre (SO 3 ). El "humo" que sale de la botella de lavado de gases es, de hecho, una niebla de ácido sulfúrico generada en una reacción.

Rutas de combustión [ editar ]

El dióxido de azufre es el producto de la quema de azufre o de la quema de materiales que contienen azufre:

S + O 2 → SO 2 , ΔH = −297 kJ / mol

Para ayudar a la combustión, se rocía azufre licuado (140–150 ° C, 284-302 ° F) a través de una boquilla atomizadora para generar gotas finas de azufre con una gran superficie. La reacción es exotérmica y la combustión produce temperaturas de 1000–1600 ° C (1832–2912 ° F). La importante cantidad de calor producido se recupera mediante la generación de vapor que posteriormente se puede convertir en electricidad. [15]

La combustión de sulfuro de hidrógeno y compuestos orgánicos de azufre procede de manera similar. Por ejemplo:

2 H 2 S + 3 O 2 → 2 H 2 O + 2 SO 2

El tostado de minerales de sulfuro como pirita , esfalerita y cinabrio (sulfuro de mercurio) también libera SO 2 : [16]

4 FeS 2 + 11 O 2 → 2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2
2 ZnS + 3 O 2 → 2 ZnO + 2 SO 2
HgS + O 2 → Hg + SO 2
4 FeS + 7O 2 → 2 Fe 2 O 3 + 4 SO 2

Una combinación de estas reacciones es responsable de la mayor fuente de dióxido de azufre, las erupciones volcánicas. Estos eventos pueden liberar millones de toneladas de SO 2 .

Reducción de óxidos superiores [ editar ]

El dióxido de azufre también puede ser un subproducto en la fabricación de cemento de silicato de calcio ; El CaSO 4 se calienta con coque y arena en este proceso:

2 CaSO 4 + 2 SiO 2 + C → 2 CaSiO 3 + 2 SO 2 + CO 2

Hasta la década de 1970, se producían cantidades comerciales de ácido sulfúrico y cemento mediante este proceso en Whitehaven , Inglaterra. Una vez mezclado con esquisto o marga y tostado, el gas de dióxido de azufre liberado por sulfato, utilizado en la producción de ácido sulfúrico, la reacción también produjo silicato de calcio, un precursor en la producción de cemento. [17]

A escala de laboratorio, la acción del ácido sulfúrico concentrado caliente sobre virutas de cobre produce dióxido de azufre.

Cu + 2 H 2 SO 4 → CuSO 4 + SO 2 + 2 H 2 O

De sulfitos [ editar ]

Los sulfitos resultan de la acción de una base acuosa sobre el dióxido de azufre:

SO 2 + 2 NaOH → Na 2 SO 3 + H 2 O

La reacción inversa ocurre con la acidificación:

H + + HSO 3 - → SO 2 + H 2 O

Reacciones [ editar ]

Con azufre en el estado de oxidación +4, el dióxido de azufre es un agente reductor . Es oxidada por halógenos para dar los haluros de sulfurilo, como el cloruro de sulfurilo :

SO 2 + Cl 2 → SO 2 Cl 2

El dióxido de azufre es el agente oxidante en el proceso Claus , que se lleva a cabo a gran escala en las refinerías de petróleo . Aquí, el sulfuro de hidrógeno reduce el dióxido de azufre para dar azufre elemental:

SO 2 + 2 H 2 S → 3 S + 2 H 2 O

La oxidación secuencial del dióxido de azufre seguida de su hidratación se utiliza en la producción de ácido sulfúrico.

2 SO 2 + 2 H 2 O + O 2 → 2 H 2 SO 4

Reacciones de laboratorio [ editar ]

El dióxido de azufre es uno de los pocos gases ácidos comunes pero reductores. Se vuelve rosado tornasol húmedo (siendo ácido), luego blanco (debido a su efecto blanqueador). Puede identificarse burbujeándolo a través de una solución de dicromato , cambiando la solución de naranja a verde (Cr 3+ (aq)). También puede reducir los iones férricos a ferrosos. [18]

El dióxido de azufre puede reaccionar con ciertos 1,3- dienos en una reacción queletrópica para formar sulfonas cíclicas . Esta reacción se aprovecha a escala industrial para la síntesis de sulfolano , que es un solvente importante en la industria petroquímica .

El dióxido de azufre puede unirse a iones metálicos como ligando para formar complejos de dióxido de azufre metálico , típicamente cuando el metal de transición está en estado de oxidación 0 o +1. Se reconocen muchos modos de enlace (geometrías) diferentes, pero en la mayoría de los casos, el ligando es monodentado, unido al metal a través del azufre, que puede ser η 1 plano o piramidal . [19] Como ligando η 1 -SO 2 (S-enlazado planar), el dióxido de azufre funciona como una base de Lewis utilizando el par solitario en S. SO 2 funciona como ácidos de Lewis en su η 1 -SO 2 (S-enlazado piramidal ) modo de unión con metales y en su 1: 1aductos con bases de Lewis tales como dimetilacetamida y trimetilamina . Cuando se une a bases de Lewis, los parámetros ácidos del SO 2 son E A = 0,51 y E A = 1,56.

Usos [ editar ]

El uso predominante y generalizado del dióxido de azufre se encuentra en la producción de ácido sulfúrico. [15]

Precursor del ácido sulfúrico [ editar ]

El dióxido de azufre es un intermedio en la producción de ácido sulfúrico, que se convierte en trióxido de azufre y luego en óleo , que se convierte en ácido sulfúrico. El dióxido de azufre para este propósito se produce cuando el azufre se combina con el oxígeno. El método para convertir el dióxido de azufre en ácido sulfúrico se denomina proceso de contacto . Se producen anualmente varios miles de millones de kilogramos con este fin.

Como conservante [ editar ]

El dióxido de azufre se utiliza a veces como conservante para albaricoques secos , higos secos y otras frutas secas , debido a sus propiedades antimicrobianas y su capacidad para prevenir la oxidación , [20] y se denomina E 220 [21] cuando se utiliza de esta forma en Europa. Como conservante, mantiene la apariencia colorida de la fruta y evita que se pudra . También se agrega a la melaza azufrada .

El dióxido de azufre fue utilizado por primera vez en la elaboración del vino por los romanos, cuando descubrieron que la quema de velas de azufre dentro de vasijas de vino vacías las mantiene frescas y libres de olor a vinagre. [22]

Sigue siendo un compuesto importante en la elaboración del vino y se mide en partes por millón ( ppm ) en el vino. Está presente incluso en los llamados vinos no sulfurados en concentraciones de hasta 10 mg / L. [23] Sirve como antibiótico y antioxidante , protegiendo el vino del deterioro por bacterias y oxidación, un fenómeno que conduce al pardeamiento del vino y la pérdida de los sabores específicos de la variedad. [24] [25] Su acción antimicrobiana también ayuda a minimizar la acidez volátil. Los vinos que contienen dióxido de azufre normalmente se etiquetan con "que contienen sulfitos ".

El dióxido de azufre existe en el vino en forma libre y ligada, y las combinaciones se denominan SO 2 total . La unión, por ejemplo, al grupo carbonilo del acetaldehído , varía con el vino en cuestión. La forma libre existe en equilibrio entre el SO 2 molecular (como gas disuelto) y el ion bisulfito, que a su vez está en equilibrio con el ion sulfito. Estos equilibrios dependen del pH del vino. Un pH más bajo desplaza el equilibrio hacia el SO 2 molecular (gaseoso) , que es la forma activa, mientras que a un pH más alto se encuentra más SO 2 en las formas inactiva de sulfito y bisulfito. El SO 2 moleculares activo como antimicrobiano y antioxidante, y esta es también la forma que puede percibirse como un olor acre en niveles altos. Los vinos con concentraciones totales de SO 2 por debajo de 10 ppm no requieren "contiene sulfitos" en la etiqueta según las leyes de EE. UU. Y la UE. El límite superior de SO 2 total permitido en el vino en los EE. UU. Es de 350 ppm; en la UE es de 160 ppm para los vinos tintos y de 210 ppm para los vinos blancos y rosados. En concentraciones bajas, el SO 2 es mayormente indetectable en el vino, pero en concentraciones de SO 2 libre superiores a 50 ppm, el SO 2 se hace evidente en el olor y el sabor del vino. [ cita requerida ]

El SO 2 también es un compuesto muy importante en el saneamiento de bodegas. Las bodegas y el equipo deben mantenerse limpios, y debido a que no se puede usar lejía en una bodega debido al riesgo de contaminación del corcho , [26] se usa comúnmente una mezcla de SO 2 , agua y ácido cítrico para limpiar y desinfectar el equipo. El ozono (O 3 ) ahora se usa ampliamente para desinfectar en las bodegas debido a su eficacia y porque no afecta al vino ni a la mayoría de los equipos. [27]

Como agente reductor [ editar ]

El dióxido de azufre también es un buen reductor . En presencia de agua, el dióxido de azufre puede decolorar sustancias. En concreto, es un útil reductor de lejía para papeles y materiales delicados como la ropa. Este efecto blanqueador normalmente no dura mucho. El oxígeno en la atmósfera reoxida los tintes reducidos, restaurando el color. En el tratamiento de aguas residuales municipales, el dióxido de azufre se utiliza para tratar las aguas residuales cloradas antes de su liberación. El dióxido de azufre reduce el cloro libre y combinado a cloruro . [28]

El dióxido de azufre es bastante soluble en agua y por espectroscopía IR y Raman; el hipotético ácido sulfuroso, H 2 SO 3 , no está presente en ningún grado. Sin embargo, tales soluciones muestran espectros del ion sulfito de hidrógeno, HSO 3 - , por reacción con agua, y de hecho es el agente reductor presente:

SO 2 + H 2 O ⇌ HSO 3 - + H +

Roles bioquímicos y biomédicos [ editar ]

El dióxido de azufre o su bisulfito de base conjugada se produce biológicamente como intermedio tanto en organismos reductores de sulfato como en bacterias oxidantes de azufre. El papel del dióxido de azufre en la biología de los mamíferos aún no se comprende bien. [29] El dióxido de azufre bloquea las señales nerviosas de los receptores de estiramiento pulmonar y anula el reflejo de inflación de Hering-Breuer .

Se considera que el dióxido de azufre endógeno juega un papel fisiológico significativo en la regulación de la función cardíaca y de los vasos sanguíneos , y el metabolismo aberrante o deficiente del dióxido de azufre puede contribuir a varias enfermedades cardiovasculares diferentes, como hipertensión arterial , aterosclerosis , hipertensión arterial pulmonar y estenocardia . [30]

Se demostró que en niños con hipertensión arterial pulmonar debido a cardiopatías congénitas el nivel de homocisteína es más alto y el nivel de dióxido de azufre endógeno es más bajo que en los niños control normales. Además, estos parámetros bioquímicos se correlacionaron fuertemente con la gravedad de la hipertensión arterial pulmonar. Los autores consideraron que la homocisteína es uno de los marcadores bioquímicos útiles de la gravedad de la enfermedad y que el metabolismo del dióxido de azufre es uno de los posibles objetivos terapéuticos en esos pacientes. [31]

Dióxido de azufre endógena también se ha demostrado para reducir la proliferación tasa de endoteliales de músculo liso células en los vasos sanguíneos, a través de la reducción de la MAPK actividad y la activación de la adenilil ciclasa y proteína quinasa A . [32] La proliferación de las células del músculo liso es uno de los mecanismos importantes de remodelación hipertensiva de los vasos sanguíneos y su estenosis , por lo que es un mecanismo patogénico importante en la hipertensión arterial y la aterosclerosis.

El dióxido de azufre endógeno en concentraciones bajas produce vasodilatación dependiente del endotelio . En concentraciones más altas, causa vasodilatación independiente del endotelio y tiene un efecto inotrópico negativo sobre la función del gasto cardíaco, lo que reduce de manera efectiva la presión arterial y el consumo de oxígeno del miocardio. Los efectos vasodilatadores y broncodilatadores del dióxido de azufre están mediados por canales de calcio dependientes de ATP y canales de calcio de tipo L ("dihidropiridina"). El dióxido de azufre endógeno también es un potente agente antiinflamatorio, antioxidante y citoprotector. Disminuye la presión arterial y retrasa la remodelación hipertensiva de los vasos sanguíneos, especialmente el engrosamiento de la íntima. También regula el metabolismo de los lípidos. [33]

El dióxido de azufre endógeno también disminuye el daño miocárdico, causado por la hiperestimulación adrenérgica del isoproterenol , y fortalece la reserva de defensa antioxidante del miocardio. [34]

Como reactivo y disolvente en el laboratorio [ editar ]

El dióxido de azufre es un solvente inerte versátil ampliamente utilizado para disolver sales altamente oxidantes. También se utiliza ocasionalmente como fuente del grupo sulfonilo en síntesis orgánica . El tratamiento de las sales de aril diazonio con dióxido de azufre y cloruro cuproso produce el correspondiente cloruro de arilsulfonilo, por ejemplo: [35]

Como resultado de su muy baja basicidad de Lewis , a menudo se utiliza como disolvente / diluyente a baja temperatura para superácidos como el ácido mágico (FSO 3 H / SbF 5 ), lo que permite observar espectroscópicamente especies altamente reactivas como el catión terc- butilo. a baja temperatura (aunque los carbocationes terciarios reaccionan con el SO 2 por encima de aproximadamente –30 ° C, y deben usarse incluso disolventes menos reactivos como el SO 2 ClF a estas temperaturas más altas). [36]

Aplicaciones aspiracionales [ editar ]

Como refrigerante [ editar ]

Al condensarse fácilmente y poseer un alto calor de evaporación , el dióxido de azufre es un material candidato para refrigerantes. Antes del desarrollo de los clorofluorocarbonos , el dióxido de azufre se usaba como refrigerante en refrigeradores domésticos .

Ingeniería climática [ editar ]

Se han propuesto inyecciones de dióxido de azufre en la estratosfera en ingeniería climática . El efecto de enfriamiento sería similar al observado después de la gran erupción explosiva del monte Pinatubo en 1991 . Sin embargo, esta forma de geoingeniería tendría consecuencias regionales inciertas sobre los patrones de lluvia, por ejemplo, en las regiones de monzones . [37]

Como contaminante del aire [ editar ]

Una colección de estimaciones de emisiones antropogénicas globales de dióxido de azufre pasadas y futuras. El Cofala et al. las estimaciones son para estudios de sensibilidad sobre políticas de emisión de SO 2 , CLE: Legislación actual, MFR: Reducciones máximas factibles. Los RCP (vías de concentración representativas) se utilizan en las simulaciones de CMIP5 para el quinto informe de evaluación del IPCC más reciente (2013-2014).

El dióxido de azufre es un componente notable en la atmósfera, especialmente después de erupciones volcánicas. [38] Según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos , [39] la cantidad de dióxido de azufre liberado en los Estados Unidos por año fue:

El dióxido de azufre es uno de los principales contaminantes del aire y tiene un impacto significativo en la salud humana. [40] Además, la concentración de dióxido de azufre en la atmósfera puede influir en la idoneidad del hábitat para las comunidades vegetales, así como en la vida animal. [41] Las emisiones de dióxido de azufre son un precursor de la lluvia ácida y las partículas atmosféricas. Debido en gran parte a la de EE.UU. de EPA Programa de lluvia ácida , los EE.UU. ha tenido una disminución del 33% de las emisiones entre 1983 y 2002. Esta mejora resultó en parte a partir de la desulfuración de gases de combustión , una tecnología que permite SO 2 estar ligado químicamente en las plantas de energía quema carbón que contiene azufreo aceite . En particular, el óxido de calcio (cal) reacciona con el dióxido de azufre para formar sulfito de calcio :

CaO + SO 2 → CaSO 3

La oxidación aeróbica del CaSO 3 da CaSO 4 , anhidrita . La mayor parte del yeso vendido en Europa proviene de la desulfuración de los gases de combustión.

El azufre se puede eliminar del carbón durante la combustión utilizando piedra caliza como material de lecho en la combustión de lecho fluidizado . [42]

El azufre también se puede eliminar de los combustibles antes de quemar, evitando la formación de SO 2 cuando se quema el combustible. El proceso Claus se utiliza en refinerías para producir azufre como subproducto. El proceso Stretford también se ha utilizado para eliminar el azufre del combustible. También se pueden utilizar procesos redox que utilizan óxidos de hierro, por ejemplo, Lo-Cat [43] o Sulferox. [44]

Los aditivos de combustible, como los de calcio y el carboxilato de magnesio, pueden usarse en motores marinos para reducir la emisión de gases de dióxido de azufre a la atmósfera. [45]

En 2006, China era el mayor contaminador de dióxido de azufre del mundo, con emisiones estimadas en 2005 en 25 490 000 toneladas cortas (23,1 Mt). Esta cantidad representa un aumento del 27 por ciento desde 2000 y es aproximadamente comparable con las emisiones estadounidenses en 1980. [46]

  • Una columna de dióxido de azufre de Halemaʻumaʻu , que brilla por la noche

  • Dióxido de azufre en el mundo el 15 de abril de 2017. Tenga en cuenta que el dióxido de azufre se mueve a través de la atmósfera con los vientos predominantes y, por lo tanto, las distribuciones locales de dióxido de azufre varían día a día con los patrones climáticos y la estacionalidad.

Seguridad [ editar ]

Pruebas voluntarias del Servicio Geológico de EE. UU. Para detectar dióxido de azufre después de la erupción de la Puna inferior de 2018

Inhalación [ editar ]

La exposición accidental al dióxido de azufre es habitual, por ejemplo, el humo de fósforos, carbón y combustibles que contienen azufre.

El dióxido de azufre es levemente tóxico y puede ser peligroso en altas concentraciones. [47] La exposición prolongada a concentraciones bajas también es problemática. Una revisión sistemática de 2011 concluyó que la exposición al dióxido de azufre está asociada con el parto prematuro . [48]

Regulaciones de EE. UU. [ Editar ]

En 2008, la Conferencia Estadounidense de Higienistas Industriales Gubernamentales redujo el límite de exposición a corto plazo a 0.25 partes por millón (ppm). En los EE. UU., OSHA estableció el PEL en un promedio ponderado en el tiempo de 5 ppm (13 mg / m 3 ). También en los EE. UU., NIOSH estableció el IDLH en 100 ppm. [49] En 2010, la EPA "revisó las NAAQS de SO 2 primarias al establecer un nuevo estándar de una hora a un nivel de 75 partes por mil millones (ppb). La EPA revocó los dos estándares primarios existentes porque no proporcionarían protección adicional a la salud pública dado un estándar de una hora de 75 ppb ". [40]

Ingestión [ editar ]

En los Estados Unidos, el Center for Science in the Public Interest enumera los dos conservantes de alimentos, el dióxido de azufre y el bisulfito de sodio , como seguros para el consumo humano, excepto para ciertas personas asmáticas que pueden ser sensibles a ellos, especialmente en grandes cantidades. [50] Los síntomas de sensibilidad a los agentes sulfitantes , incluido el dióxido de azufre, se manifiestan como problemas respiratorios potencialmente mortales a los pocos minutos de la ingestión. [51]

Ver también [ editar ]

  • Combustible de búnker
  • Estándares nacionales de calidad del aire ambiental
  • Trióxido de azufre
  • Ciclo azufre-yodo

Referencias [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • Mapa global de distribución de dióxido de azufre
  • Página de dióxido de azufre de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos
  • Tarjeta internacional de seguridad química 0074
  • Monografías de la IARC. "Dióxido de azufre y algunos sulfitos, bisulfitos y metabisulfitos". vol. 54. 1992. pág. 131.
  • Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos
  • CDC - Dióxido de azufre - Tema de seguridad y salud en el lugar de trabajo de NIOSH
  • Dióxido de azufre, molécula del mes