1.11. Соединения серы (IV)

Степень окисления +4 для серы является довольно устойчивой и проявляется в тетрагалогенидах SHal₄, оксодигалогенидах SOHal₂, диоксиде SO₂ и в отвечающих им анионах. Мы познакомимся со свойствами диоксида серы и сернистой кислоты.

1.11.1. Оксид серы (IV) Строение молекулы so2

Строение молекулы SO₂ аналогично строению молекулы озона. Атом серы находится в состоянии sp²-гибридизации, форма расположения орбиталей – правильный треугольник, форма молекулы – угловая. На атоме серы имеется неподеленная электронная пара. Длина связи S – O равна 0,143 нм, валентный угол составляет 119,5°.

Строение соответствует следующим резонансным структурам:

В отличие от озона, кратность связи S – O равна 2, то есть основной вклад вносит первая резонансная структура. Молекула отличается высокой термической устойчивостью.

Физические свойства

При обычных условиях диоксид серы или сернистый газ – бесцветный газ с резким удушливым запахом, температура плавления -75 °С, температура кипения -10 °С. Хорошо растворим в воде, при 20 °С в 1 объеме воды растворяется 40 объемов сернистого газа. Токсичный газ.

Химические свойства оксида серы (IV)

1. Сернистый газ обладает высокой реакционной способностью. Диоксид серы – кислотный оксид. Он довольно хорошо растворим в воде с образованием гидратов. Также он частично взаимодействует с водой, образуя слабую сернистую кислоту, которая не выделена в индивидуальном виде:

SO₂ + H₂O = H₂SO₃ =  H⁺ + HSO₃^-  = 2H⁺ + SO₃^2-.

В результате диссоциации образуются протоны, поэтому раствор имеет кислую среду.

2. При пропускании газообразного диоксида серы через раствор гидроксида натрия образуется сульфит натрия. Сульфит натрия реагирует с избытком диоксида серы и образуется гидросульфит натрия:

2NaOH + SO₂ = Na₂SO₃ + H₂O;

Na₂SO₃+ SO₂ = 2NaHSO₃.

3. Для сернистого газа характерна окислительно-восстановительная двойственность, например, он, проявляя восстановительные свойства, обесцвечивает бромную воду:

SO₂ + Br₂ + 2H₂O = H₂SO₄ + 2HBr

и раствор перманганата калия:

5SO₂ + 2KMnO₄ + 2H₂O = 2KНSO₄ + 2MnSO₄ + H₂SO₄.

окисляется кислородом в серный ангидрид:

2SO₂ + O₂ = 2SO₃.

Окислительные свойства проявляет при взаимодействии с сильными восстановителями, например:

SO₂ + 2CO = S + 2CO₂ (при 500 °С, в присутствии Al₂O₃);

SO₂ + 2H₂ = S + 2H₂O.

Получение оксида серы (IV)

1. Сжигание серы на воздухе

S + O₂ = SO₂.

2. Окисление сульфидов

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂.

3. Действие сильных кислот на сульфиты металлов

Na₂SO₃ + 2H₂SO₄ = 2NaHSO₄ + H₂O + SO₂.

1.11.2. Сернистая кислота и её соли

При растворении диоксида серы в воде образуется слабая сернистая кислота, основная масса растворенного SO₂ находится в виде гидратированной формы SO₂·H₂O, при охлаждении также выделяется кристаллогидрат, лишь небольшая часть молекул сернистой кислоты диссоциирует на сульфит- и гидросульфит-ионы. В свободном состоянии кислота не выделена.

Будучи двухосновной, образует два типа солей: средние – сульфиты и кислые – гидросульфиты. В воде растворяются лишь сульфиты щелочных металлов и гидросульфиты щелочных и щелочно-земельных металлов.