亞硫酸(sulfurous acid)又名"二氧化硫溶液",是一種無機化合物,為無色澄清的酸性液體,是二元中強酸,具有刺激性氣味。分子式H2SO3,相對分子質量為82.08,熔點為-72.7 ℃,沸點為-10 ℃,密度為1.03 g/cm3。易溶于甲醇和乙醇,能溶于硫酸、冰醋、三氯甲烷和乙醚等,亞硫酸不穩定,一般存在于水溶液中,易分解逸出二氧化硫,加熱時更甚,所以應在需用時臨時配制。亞硫酸中硫的氧化數為+4,亞硫酸既有氧化性又具有還原性,因此在空氣中可以逐漸氧化成硫酸。
亞硫酸與許多有機化合物的作用其實是它與有機物的雙鍵產生加成反應,例如亞硫酸與醛類、類、含有共軛雙鍵的有機化合物及醌類化合物(酚類物質顯深色的一種重要形態)可以反應,另外亞硫酸還可以與活潑金屬作用析出氫,與堿性氧化物或堿反應生成鹽。亞硫酸可形成的鹽有:正鹽(MSO3),酸式鹽(MHSO3)。
亞硫酸鹽類漂白劑均能產生具有還原性的亞硫酸,亞硫酸在被氧化時可以將著色物質還原,從而呈現強烈的漂白作用,能夠用于漂白羊毛、蠶絲、麥桿等物品;另外亞硫酸能消耗組織中的氧,從而抑制好氧型微生物的活力,并能抑制某些微生物活動所必需的酶的活性,因此可以用作防腐劑,化學消毒劑等。亞硫酸與品紅可以制備希夫試劑,試劑遇醛呈現紫紅色,酮則不顯色,因此可以用來鑒別酮和醛。
歷史
亞硫酸和亞硫酸氫鈉或亞硫酸鈉是閃鋅礦和黃鐵礦的抑制劑,1983年前便用于鉛鋅分離或銅鋅分離浮選生產中。亞硫酸或亞硫酸鈉鹽的抑制能力比氰化鈉弱,但毒性小,并易被空氣氧化,廢水容易處理。
一般認為亞硫酸在游離狀態下是不存在的,1988年研究人員發現亞硫酸的不穩定性是由環境決定的,而不是分子的固有屬性,并且在亞硫酸二乙的離解過程中檢測到了該分子。
理化性質
物理性質
亞硫酸是一種無色澄清的酸性液體,有刺激性氣味。相對分子質量為82.08,熔點為-72.7 ℃,沸點為-10 ℃,密度為1.03 g/cm3。易溶于甲醇和乙醇,能溶于硫酸、冰醋、三氯甲烷和乙醚等。
化學性質
亞硫酸不穩定,一般存在于水溶液中,易分解逸出二氧化硫,加熱時更甚,所以應在需用時臨時配制。在18 ℃時其二級酸電離常數為K1=1.54×10-2,K2=1.02×10-7。亞硫酸中硫的氧化數為+4,亞硫酸既有氧化性又具有還原性,在空氣中可以逐漸氧化成硫酸。
亞硫酸不穩定,會電離出氫離子,第一步離解的pKa值大約為1.9,第二步離解的pKa值大約為7.2,電離方程為
遇到更強的還原劑(如H2S、I-等)時,可表現出氧化性,本身被還原為單質硫,反應為
制備方法
亞硫酸的制造系利用硫燃燒生成二氧化硫氣體,二氧化硫的溫度達-10 ℃時,在常壓下液化變為黃色液體。同樣地,增加壓力,在常溫下,也可使二氧化硫液化。因此,化工廠都用鋼筒將生產的二氧化硫液體在加壓條件下儲存。一旦壓力減低,二氧化硫立即變為氣體導入水中,即成亞硫酸溶液,其反應式如下
亞硫酸的具體制造方法主要分為硫燃燒和水吸收兩步,燃燒1kg硫磺需要1kg氧氣,而制得2kg二氧化硫(SO2),硫磺燃燒需在硫磺燃燒爐內進行;生成的二氧化硫用水吸收即為亞硫酸,吸收裝置一般為吸收塔。
酸雨的形成
亞硫酸也存在于酸雨的形成過程中。一般認為,酸雨的形成過程為大氣中二氧化硫、氮氧化物等酸性污染物增多以后,在水凝結過程中,二氧化硫溶解于水,生成亞硫酸,然后在一定條件下(氧化劑或催化劑作用下)生成硫酸,隨雨水降落。
應用
工業
亞硫酸鹽類漂白劑均能產生具有還原性的亞硫酸。亞硫酸在被氧化時可以將著色物質還原,從而呈現強烈的漂白作用,因此亞硫酸能夠用于漂白羊毛、蠶絲、麥桿等物品,但天然色素受還原漂白時,一般成隱色素而不分裂,故漂白后的織物易于泛黃。
食品
防腐劑
亞硫酸能消耗組織中的氧,從而抑制好氧型微生物的活力,并能抑制某些微生物活動所必需的酶的活性。亞硫酸具有一般酸性防腐劑的特性,其作用與pH值、濃度、溫度及微生物的種類等有關。亞硫酸的防腐作用隨其濃度提高而增強,亞硫酸對霉菌及細菌起作用,而對酵母菌的影響很小,特別是酒類酵母,可以利用來處理葡萄汁,主要用于抑制野生酵母及醋酸發酵的細菌。
抗氧化劑
亞硫酸常用于植物性食品的抗氧化,如谷物、薯類和豆類等,因亞硫酸是強還原劑,故有顯著的抗氧化作用。它能消耗果蔬組織中的氧,抑制氧化酶的活性,對于防止果蔬中維生素c的氧化破壞很有效。植物性食品的褐變,多與氧化酶的活性有關,因而亞硫酸也可以防止酶性褐變。此外,亞硫酸與葡萄糖等能進行加成反應,其加成物也不酮化,因此阻斷了含羰基的化合物與氨基酸的縮合反應,進而防止了由糖氨反應所造成的非酶性褐變。
分析化學
亞硫酸可以用來測定空氣中的甲醛,其測定原理為甲醛與品紅、亞硫酸作用呈現玫瑰紅色,遇硫酸后生成淺藍色化合物,因此可進行比色定量。在紅色的品紅水溶液中通入二氧化硫,直至紅色剛好褪去,所得的無色溶液即為希夫試劑,亦稱Schiff(希夫)試劑。Schiff試劑遇醛呈現紫紅色,酮則不顯色,故它是區別醛和酮的簡便方法。
分子結構
亞硫酸的成鍵可以由價鍵理論解釋,亞硫酸和亞硫酸根與鹵素含氧酸和含氧酸根的成鍵方式相同。S取不等性sp3雜化,兩個成單電子分別結合兩個羥基氧原子,一個成對電子以配位鍵形式結合一個端基氧原子,該配位鍵存在反饋d-pΠ配鍵的成分。亞硫酸根的結構為三角錐形,的兩個負電荷也參與到S原子sp3雜化中,以配位鍵形式結合三個端基氧原子,該配位鍵存在反饋d-pΠ配鍵的成分。
安全事宜
GHS分類
H314(95.5%):造成嚴重的皮膚灼傷和眼睛損傷;
H318(79.28%):造成嚴重的眼睛損傷;
H332(100%):吸入有害。
危害
吸入后可引起喉、支氣管的肌肉痙攣、水腫、炎癥,化學性肺炎、肺水腫而致死。不慎與皮膚和眼睛接觸后會造成嚴重的皮膚灼傷和眼睛損傷,中毒癥狀為咳嗽、喘證、喉炎、氣短、頭痛、惡心和嘔吐。
防護措施
呼吸系統防護:可能接觸其煙霧時,佩戴自吸過濾式防毒面具(全面罩)或空氣呼吸器。緊急事態搶救或撤離時,建議佩戴氧氣呼吸器。其他防護:工作現場禁止吸煙、進食和飲水。工作完畢,淋浴更衣。單獨存放被毒物污染的衣服,洗后備用。保持良好的衛生習慣。
應對措施
急救
皮膚接觸后應當脫去被污染衣著,用流動清水沖洗;眼接觸后應立即提起眼瞼,用流動清水或生理鹽水沖洗,并征求醫生意見;不慎吸入后,應立即轉移至空氣新鮮處。如呼吸困難則進行輸氧。不慎食入后應當立即漱口,并食用飲牛奶或蛋清。
泄露與消防
迅速撤離泄漏污染區人員至安全區,并進行隔離,嚴格限制出入。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿防酸堿工作服。不要直接接觸泄漏物。盡可能切斷泄漏源。小量泄漏:將地面灑上碳酸鈉灰,然后用大量水沖洗,洗水稀釋后放入廢水系統。
大量泄漏:構筑圍堤或挖坑收容。用泵轉移至槽車或專用收集器內,回收或運至廢物處理場所處置。
儲存與運輸
儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。包裝要求密封,不可與空氣接觸。應與堿類分開存放,切忌混儲。儲區應備有泄漏應急處理設備和合適的收容材料。不得與氰化物、H發孔劑、堿類、氧化性物質同運。
參考資料 >
Sulfurous Acid | H2SO3 | CID 1100 - PubChem.pubchem.2024-02-01
Just a moment....Detlev Sülzle; Marjon Verhoeven; Dr. Johan K. Terlouw; Prof. Dr. Helmut Schwarz (1988). Generation and Characterization of Sulfurous Acid (H2SO3) and of Its Radical Cation as Stable Species in the Gas Phase. , 27(11), 1533–1534. doi:10.1002/anie.198815331.2024-02-02