גופרית דו-חמצנית

גופרית דו-חמצנית, תרכובת שנוסחתה (SO₂). הגופרית הדו-חמצנית היא מזהם אוויר הנוצר באופן טבעי בהתפרצויות של הרי געש.

גפרית דו-חמצנית
מולקולת גפרית דו-חמצנית אורך הקשר -בפיקומטרים
מודל נפחי של המולקולה
פרטים
שם סיסטמטי	Sulfur-dioxide
שמות נוספים	Sulfurous anhydride
נוסחה כימית	SO2
מסה מולקולרית	g/mol‏ 64.066
מראה	גז
מספר CAS	7446-09-5
צפיפות	g/cm3‏ 0.0026288
מצב צבירה בטמפרטורת החדר	גז
טמפרטורת היתוך	−72 °C
טמפרטורת רתיחה	-10 °C
חומציות	1.81 ‏pKa

שריפת חומרי דלק המכילים גופרית בתחנות כוח ובתעשייה פולטת לאוויר עוד מחומר זה חמצון של גפרית דו-חמצנית יוצר חומצה גופרתית H₂SO₄ הגורמת לגשם חומצי. בעשורים האחרונים מנסים להשתמש בסוגי דלק ופחם שכמות הגופרית בהם נמוכה (דלי גופרית), או בגז טבעי. פליטת הגופרית הדו-חמצנית לאוויר אכן פחתה כתוצאה מכך, אולם הבעיה לא נפתרה לגמרי. גופרית דו-חמצנית היא אחד הגורמים לתופעת הגשם החומצי, יחד עם תחמוצות החנקן. את נזקיה הבריאותיים של הגופרית הדו-חמצנית קשה להעריך בשל הופעתה עם חומרי זיהום נוספים, ואי-השפעה בריאותית בעת הופעתם של כל אחד מהמזהמים הללו בנפרד, כולל גופרית דו-חמצנית.

הגופרית הדו-חמצנית משמשת כחומר משמר הנקרא גם E-220 בייצור פירות יבשים ויין.

מבנה

המולקולה כפופה וחבורת הסימטריה שלה C2v

רזוננס אלקטרוני במולקולת גפרית דו-חמצנית

למרות שלגפרית, כמו לחמצן, 6 אלקטרוני ערכיות הקשרים הכימיים בSO₂ אינם זהים לאלו שבאוזון. אורך הקשר גפרית חמצן בגפרית דו-חמצנית -143.1 פיקומטר, קצר מזה שבגפרית חד-חמצנית SO -‏ 148.1 פיקומטר בעוד שקשרי חמצן-חמצן ארוכים יותר באוזון מאשר בחמצן. גם אנרגיית הקשר S-O גדולה יותר בגפרית דו-חמצנית -SO₂ 548 קילוג'אול למול לעומת גפרית חד-חמצנית SO₂ 524 קילוג'אול למול בעוד שאנרגיית הקשר באוזון נמוכה מזו שבחמצן. הבדלים אלו מרמזים שסדר הקשר בגפרית דו-חמצנית הוא 2 לעומת 1.5 באוזון

יצירת החומר

שריפה

גפרית דו-חמצנית מופקת בשריפה של גפרית $S_8 + 8O_2 \Rightarrow 8SO_2$
וכן בתגובה של מימן גופרתי עם חמצן $2H_2S + 3O_2 \Rightarrow 2H_2O + 2SO_2$
כמויות ניכרות של גפרית דו-חמצנית נוצרות בשריפת חומרים אורגניים עתירי גופרית כדוגמת צמר ושיער הבנויים בעיקר מהחלבון קרטין שלו תכולה גבוהה של ציסטאין. החומר נוצר גם בשריפה של מוצרי גומי וגומי מוקצף מגופרים למשל בשריפה של מזרנים וכריות וכן בשריפת צמיגים. גם חימום של מינרלים כפיריט, ספלריט וצינובר יוצר גפרית דו-חמצנית. $FeS_2 + 11O_2 \Rightarrow 2Fe_2O_3 +8O_2$
$ZnS +3O_2 \Rightarrow 2ZnO + 2SO_2$
$HgS + O_2 \Rightarrow Hg + SO_2$
תגובות אלו מתרחשות בעת התפרצויות געשיות ואחראיות לשחרור מיליוני טונות של גפרית דו-חמצנית לאטמוספירה

חיזור

SO₂ היא תוצר לוואי של ייצור סידן סיליקט (Ca₂SO₄) בתעשיית המלט $CaSO_4 + 2SiO_2 +C \Rightarrow 2CaSiO_3 + 2SO_2 + CO_2$
הגז נוצר גם מהפעלת חומצה גופרתית חמה על נחושת $Cu + 2H_2SO_4 \Rightarrow CuSO_4 + SO_2 + 2H_2O$

שימושים

בזיקוק נפט

בתהליך קלאוס (Claus process) גפרית דו-חמצנית משמשת להוצאת מימן גופרתי מגז טבעי ומתערובות גזים הנוצרות בזיקוק נפט. $SO_2 + 2 H2S \Rightarrow 3S + 2H_2O$

הפקת חומצה גופרתית

לייצור חומצה גופרתית מחמצנים גפרית דו-חמצנית לגפרית תלת חמצנית SO₃ המגיבה עם מים לקבלת התוצר $2SO_2 + O_2 \Rightarrow 2SO_3$

שימור מזון

גפרית דו-חמצנית משמשת לשימור של פירות יבשים כדוגמת משמשים. יתרונו בשמירה על מראה הפרי. כתוסף מזון יסומן כ E220.

שימור יין

גפרית דו-חמצנית משמשת הן כחומר אנטי-בקטריאלי והן כנוגד חמצון ביינות, מניעת התפתחות חיידקים מונעת התפתחות חומצות נדיפות ביין. החומר נמצא ביין כמולקולה חופשית או קשורה. קישור SO2 יכול להיות, למשל לקבוצה הקרבונילית של אצטאלדהיד והוא משתנה בין יינות שונים. החלק החופשי נמצא בשיווי משקל בין SO2 מומס ליון סולפיט SO₃^- ככל שהpH של היין גבוה (בסיסי) שיווי המשקל יטה לכיוון הסולפיט וריכוז הSO2 החופשי שהוא הפעיל בשימור היין ועשוי לגרום להופעת ריח יעלה בריכוז בPH נמוך (חומצי). שימוש בגפרית דו-חמצנית מחייב סימון על התווית "מכיל סולפיט". ריכוז החומר במשקה מוגבל בארצות הברית ל-350 מיליגרם לליטר ובארצות האיחוד האירופי ל-160 מ"ג לליטר ביינות אדומים ו210 מ"ג לליטר ביינות לבנים או ביין רוזה.

קישורים חיצוניים

• MSDS (גיליון בטיחות חומרים) של גופרית דו-חמצנית (אנגלית)

ערך זה הוא קצרמר בנושא כימיה. אתם מוזמנים לתרום לוויקיפדיה ולהרחיב אותו.