Διοξείδιο του θείου

Το διοξείδιο του θείου (SO₂) είναι ένα λυγισμένο μόριο με ομάδα σημείου συμμετρίας C _2v.Μια προσέγγιση θεωρίας δεσμού σθένους, που λαμβάνει υπόψη μόνο τα τροχιακά s και p, θα περιέγραφε τον δεσμό από την άποψη του συντονισμού μεταξύ δύο δομών συντονισμού.

Ο δεσμός θείου-οξυγόνου έχει τάξη δεσμού 1,5. Υπάρχει υποστήριξη για αυτή την απλή προσέγγιση που δεν επικαλείται d τροχιακή συμμετοχή. ^[1]Όσον αφορά τον φορμαλισμό μέτρησης ηλεκτρονίων, το άτομο θείου έχει κατάσταση οξείδωσης +4 και τυπικό φορτίο +1.

Το διοξείδιο του θείου βρίσκεται στη Γη και υπάρχει σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις και στην ατμόσφαιρα σε περίπου 1 ppm. ^{[2] [3]}

Σε άλλους πλανήτες, το διοξείδιο του θείου μπορεί να βρεθεί σε διάφορες συγκεντρώσεις, με την πιο σημαντική να βρίσκεται στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης, όπου είναι το τρίτο πιο άφθονο ατμοσφαιρικό αέριο, με 150 ppm. Εκεί, αντιδρά με το νερό για να σχηματίσει σύννεφα θειικού οξέος όπου αποτελεί βασικό συστατικό του παγκόσμιου ατμοσφαιρικού κύκλου θείου του πλανήτη και συμβάλλει στην υπερθέρμανση του πλανήτη. ^[4] Έχει εμπλακεί ως βασικός παράγοντας στη θέρμανση του πρώιμου Άρη, με εκτιμήσεις συγκεντρώσεων στην κατώτερη ατμόσφαιρα έως και 100 ppm, ^[5] αν και υπάρχει μόνο σε ίχνη. Και στην Αφροδίτη και στον Άρη, όπως και στη Γη, η κύρια πηγή του πιστεύεται ότι είναι ηφαιστειακή. Η ατμόσφαιρα της Ιώ, ενός φυσικού δορυφόρου του Δία, είναι 90% διοξείδιο του θείου ^[6] και ίχνη πιστεύεται ότι υπάρχουν και στην ατμόσφαιρα του Δία.

Ως πάγος, πιστεύεται ότι υπάρχει σε αφθονία στα φεγγάρια του Γαλιλαίου, ως εξαχνώσιμος πάγος ή παγετός στο ύστερο ημισφαίριο της Ιώ ^[7] και στον φλοιό και τον μανδύα της Ευρώπης, του Γανυμήδη και της Καλλιστώ, πιθανώς επίσης σε υγρή μορφή, και αντιδρά εύκολα με το νερό. ^[8]

Το διοξείδιο του θείου παράγεται κυρίως για την παρασκευή θειικού οξέος (βλ. διαδικασία επαφής). Στις Ηνωμένες Πολιτείες το 1979, 23,6 εκατομμύρια μετρικοί τόνοι διοξειδίου του θείου χρησιμοποιήθηκαν με αυτόν τον τρόπο, σε σύγκριση με 150.000 μετρικούς τόνους, που χρησιμοποιήθηκαν για άλλους σκοπούς. Το μεγαλύτερο μέρος του διοξειδίου του θείου παράγεται από την καύση στοιχειακού θείου. Ένα μέρος του διοξειδίου του θείου παράγεται επίσης με ψήσιμο πυρίτη και άλλων θειούχων μεταλλευμάτων στον αέρα.

Διαδρομές καύσης

Το διοξείδιο του θείου είναι το προϊόν της καύσης θείου ή καύσης υλικών που περιέχουν θείο:

S + O₂ → SO₂, ΔH = −297 kJ/mol

Για την υποβοήθηση της καύσης, υγροποιημένο θείο (140–150 °C, 284-302 °F) ψεκάζεται μέσω ενός ακροφυσίου ψεκασμού, για τη δημιουργία λεπτών σταγόνων θείου με μεγάλη επιφάνεια. Η αντίδραση είναι εξώθερμη και η καύση παράγει θερμοκρασίες 1000–1600 °C (1832–2912 °F). Η σημαντική ποσότητα θερμότητας που παράγεται ανακτάται από την παραγωγή ατμού, που μπορεί στη συνέχεια να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια.

Η καύση του υδρόθειου και των οργανοθείων ενώσεων προχωρά παρόμοια. Για παράδειγμα:

${\displaystyle {\ce {2H2S + 3O2 -> 2H2O + 2SO2}}}$

Το ψήσιμο θειούχων μεταλλευμάτων όπως ο πυρίτης, ο φαλερίτης και η κιννάβαρη (θειούχος υδράργυρος) απελευθερώνει επίσης SO₂ : ^[9]

${\displaystyle {\ce {4FeS2 + 11O2 -> 2 Fe2O3 + 8SO2}}}$

${\displaystyle {\ce {2ZnS + 3O2 -> 2ZnO + 2SO2}}}$

${\displaystyle {\ce {HgS + O2 -> Hg + SO2}}}$

${\displaystyle {\ce {4FeS + 7O2 -> 2 Fe2O3 + 4SO2}}}$

Ένας συνδυασμός αυτών των αντιδράσεων είναι υπεύθυνος για τη μεγαλύτερη πηγή διοξειδίου του θείου, τις ηφαιστειακές εκρήξεις. Αυτά τα γεγονότα μπορούν να απελευθερώσουν εκατομμύρια τόνους SO₂ .

Αναγωγή υψηλότερων οξειδίων

Το διοξείδιο του θείου μπορεί επίσης να είναι ένα υποπροϊόν στην κατασκευή τσιμέντου πυριτικού ασβεστίου, το CaSO₄ θερμαίνεται με κοκ και άμμο σε αυτή τη διαδικασία:

${\displaystyle {\ce {2 CaSO4 + 2 SiO2 + C -> 2 CaSiO3 + 2 SO2 + CO2}}}$

Μέχρι τη δεκαετία του 1970, εμπορικές ποσότητες θειικού οξέος και τσιμέντου παράγονταν με αυτή τη διαδικασία στο Whitehaven της Αγγλίας. Μετά την ανάμιξη με σχιστόλιθο ή μάργα και το καβούρδισμα, το θειικό απελευθέρωσε αέριο διοξείδιο του θείου, που χρησιμοποιείται στην παραγωγή θειικού οξέος, η αντίδραση παρήγαγε επίσης πυριτικό ασβέστιο, έναν πρόδρομο στην παραγωγή τσιμέντου. ^[10]

Σε εργαστηριακή κλίμακα, η δράση του θερμού συμπυκνωμένου θειικού οξέος στις χάλκινες τομές παράγει διοξείδιο του θείου.

${\displaystyle {\ce {Cu + 2 H2SO4 -> CuSO4 + SO2 + 2 H2O}}}$

Από θειώδη

Τα θειώδη προκύπτουν από τη δράση της υδατικής βάσης στο διοξείδιο του θείου:

${\displaystyle {\ce {SO2 + 2NaOH -> Na2SO3 + H2O}}}$

Η αντίστροφη αντίδραση εμφανίζεται κατά την οξίνιση:

H⁺ + HSO₃⁻ → SO₂ + H₂O

Με το θείο σε κατάσταση οξείδωσης +4, το διοξείδιο του θείου είναι ένας αναγωγικός παράγοντας. Οξειδώνεται από αλογόνα, για να δώσει τα σουλφουρυλο αλογονίδια, όπως το σουλφουρυλοχλωρίδιο:

SO₂ + Cl₂ → SO₂Cl₂

Το διοξείδιο του θείου είναι ο οξειδωτικός παράγοντας στη διαδικασία Claus, η οποία διεξάγεται σε μεγάλη κλίμακα στα διυλιστήρια πετρελαίου. Εδώ, το διοξείδιο του θείου ανάγεται με υδρόθειο για να δώσει στοιχειακό θείο:

${\displaystyle {\ce {SO2 + 2 H2S -> 3S + 2H2O}}}$

Η διαδοχική οξείδωση του διοξειδίου του θείου, ακολουθούμενη από την ενυδάτωσή του, χρησιμοποιείται για την παραγωγή θειικού οξέος.

${\displaystyle {\ce {2SO2 + 2H2O + O2 -> 2H2SO4}}}$

Εργαστηριακές αντιδράσεις

Το διοξείδιο του θείου είναι ένα από τα λίγα κοινά όξινα αλλά αναγωγικά αέρια. Γίνεται υγρό ρόδινο (όξινο), και στη συνέχεια λευκό (λόγω της λευκαντικής του δράσης). Μπορεί να αναγνωριστεί διοχετεύοντάς το μέσω ενός διχρωμικού διαλύματος, μετατρέποντας το διάλυμα από πορτοκαλί σε πράσινο (Cr³⁺ (aq)). Μπορεί επίσης να μειώσει τα ιόντα σιδήρου σε σίδηρο. ^[11]

Το διοξείδιο του θείου μπορεί να αντιδράσει με ορισμένα 1,3-διένια σε μια χελετροπική αντίδραση για να σχηματίσει κυκλικές σουλφόνες. Αυτή η αντίδραση αξιοποιείται σε βιομηχανική κλίμακα για τη σύνθεση σουλφολάνης, η οποία είναι ένας σημαντικός διαλύτης στην πετροχημική βιομηχανία.

Το διοξείδιο του θείου μπορεί να συνδεθεί με ιόντα μετάλλων ως πρόσδεμα για να σχηματίσει σύμπλοκα διοξειδίου του θείου-μετάλλου, τυπικά όπου το μέταλλο μετάπτωσης βρίσκεται σε κατάσταση οξείδωσης 0 ή +1. Αναγνωρίζονται πολλοί διαφορετικοί τρόποι σύνδεσης (γεωμετρίες), αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις, το πρόσδεμα είναι μονοοδοντωτό, προσκολλημένο στο μέταλλο μέσω θείου, το οποίο μπορεί να είναι επίπεδο ή πυραμιδικό η¹. Ως η¹ -SO₂ (επίπεδο με δεσμό S) το διοξείδιο του θείου λειτουργεί ως βάση Lewis, χρησιμοποιώντας το μοναχικό ζεύγος στο S. Το διοξείδιο του θείου (SO₂) λειτουργεί ως οξέα Lewis στον τρόπο σύνδεσης η¹ -SO₂ (πυραμιδική με δεσμό S) με μέταλλα και στα προϊόντα προσθήκης 1:1 με βάσεις Lewis όπως διμεθυλακεταμίδιο και τριμεθυλαμίνη. Κατά τη σύνδεση με βάσεις Lewis, οι όξινες παράμετροι του SO₂ είναι E_A = 0,51 και E_A = 1,56.

Η γενική, κυρίαρχη χρήση του διοξειδίου του θείου είναι στην παραγωγή θειικού οξέος.

Πρόδρομος του θειικού οξέος

Το διοξείδιο του θείου είναι ένα ενδιάμεσο στην παραγωγή θειικού οξέος, το οποίο μετατρέπεται σε τριοξείδιο του θείου, και στη συνέχεια σε ελαιούχο, το οποίο μετατρέπεται σε θειικό οξύ. Το διοξείδιο του θείου για το σκοπό αυτό παράγεται, όταν το θείο ενώνεται με το οξυγόνο. Η μέθοδος μετατροπής του διοξειδίου του θείου σε θειικό οξύ ονομάζεται διαδικασία επαφής. Πολλά δισεκατομμύρια κιλά παράγονται ετησίως, για το σκοπό αυτό.

Συντηρητικό τροφίμων

Το διοξείδιο του θείου χρησιμοποιείται μερικές φορές ως συντηρητικό για τα αποξηραμένα βερίκοκα, τα αποξηραμένα σύκα και άλλα αποξηραμένα φρούτα, λόγω των αντιμικροβιακών του ιδιοτήτων και της ικανότητάς του να αποτρέπει την οξείδωση . Ονομάζεται E220, ^[12] όταν χρησιμοποιείται με αυτόν τον τρόπο στην Ευρώπη. Ως συντηρητικό, διατηρεί την πολύχρωμη εμφάνιση των φρούτων και αποτρέπει τη σήψη. Προστίθεται επίσης σε θειωμένη μελάσα. Το εξαχνωμένο θειώδες αναφλέγεται και καίγεται σε κλειστό χώρο με τους καρπούς. Αυτό γίνεται συνήθως σε εξωτερικούς χώρους. ^[13] Τα φρούτα μπορούν να θειωθούν με εμβάπτιση είτε σε όξινο θειώδες νάτριο, είτε σε θειώδες νάτριο, είτε σε μεταδιθειώδες νάτριο. ^[13]

Οινοποίηση

Το διοξείδιο του θείου χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στην οινοποίηση από τους Ρωμαίους, όταν ανακάλυψαν ότι το κάψιμο των κεριών θείου μέσα σε άδεια δοχεία κρασιού τα κρατά φρέσκα και απαλλαγμένα από τη μυρωδιά του ξιδιού. ^[14]

Εξακολουθεί να είναι μια σημαντική ένωση στην οινοποίηση και μετράται σε μέρη ανά εκατομμύριο (ppm) στο κρασί. Υπάρχει ακόμη και στο λεγόμενο μη θειούχο κρασί σε συγκεντρώσεις έως και 10mg/L. ^[15] Χρησιμεύει ως αντιβιοτικό και ως αντιοξειδωτικό, προστατεύοντας το κρασί από την αλλοίωση από βακτήρια και την οξείδωση, ένα φαινόμενο που οδηγεί στο μαύρισμα του κρασιού και στην απώλεια των ειδικών γεύσεων της ποικιλίας. ^{[16] [17]} Η αντιμικροβιακή του δράση βοηθά επίσης στην ελαχιστοποίηση της πτητικής οξύτητας. Τα κρασιά που περιέχουν διοξείδιο του θείου συνήθως φέρουν την ένδειξη "περιέχουν θειώδη".

Το διοξείδιο του θείου υπάρχει στο κρασί σε ελεύθερη και δεσμευμένη μορφή και οι συνδυασμοί αναφέρονται ως ολικό SO₂. Η σύνδεση, για παράδειγμα με την καρβονυλική ομάδα της ακεταλδεΰδης, ποικίλλει ανάλογα με το εν λόγω κρασί. Η ελεύθερη μορφή υπάρχει σε ισορροπία μεταξύ του μοριακού SO₂ (ως διαλυμένο αέριο) και του διθειώδους ιόντος, το οποίο με τη σειρά του βρίσκεται σε ισορροπία με το θειώδες ιόν. Αυτές οι ισορροπίες εξαρτώνται από το pH του κρασιού. Το χαμηλότερο pH μετατοπίζει την ισορροπία προς το μοριακό (αέριο) SO₂, που είναι η ενεργή μορφή, ενώ σε υψηλότερο pH βρίσκεται περισσότερο SO₂ στις ανενεργές θειώδες και διθειώδεις μορφές. Το μοριακό SO₂ είναι ενεργό ως αντιμικροβιακό και αντιοξειδωτικό, και αυτή είναι επίσης η μορφή που μπορεί να γίνει αντιληπτή ως έντονη οσμή σε υψηλά επίπεδα. Τα κρασιά με ολικές συγκεντρώσεις SO₂ κάτω από 10 ppm δεν απαιτούν την ένδειξη "περιέχει θειώδη" στην ετικέτα από τη νομοθεσία των ΗΠΑ και της Ευρωπαϊκής Ένωσης Το ανώτατο όριο του συνολικού SO₂ που επιτρέπεται στο κρασί στις ΗΠΑ είναι 350 ppm και στην ΕΕ είναι 160 ppm για τα κόκκινα κρασιά και 210 ppm για τα λευκά και τα ροζέ κρασιά. Σε χαμηλές συγκεντρώσεις, το SO₂ είναι ως επί το πλείστον μη ανιχνεύσιμο στο κρασί, αλλά σε συγκεντρώσεις ελεύθερου SO₂ πάνω από 50 ppm, το SO₂ γίνεται εμφανές στη μυρωδιά και τη γεύση του κρασιού.

Το SO₂ είναι επίσης μια πολύ σημαντική ένωση στην υγιεινή του οινοποιείου. Τα οινοποιεία και ο εξοπλισμός πρέπει να διατηρούνται καθαρά και επειδή η χλωρίνη δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ένα οινοποιείο, λόγω του κινδύνου λεκέδων από φελλό, ^[18] ένα μείγμα SO₂, νερού και κιτρικού οξέος χρησιμοποιείται συνήθως, για τον καθαρισμό και την απολύμανση του εξοπλισμού. Το όζον (O₃) χρησιμοποιείται πλέον εκτενώς για απολύμανση στα οινοποιεία, λόγω της αποτελεσματικότητάς του και επειδή δεν επηρεάζει το κρασί ή τον περισσότερο εξοπλισμό. ^[19]

Ως αναγωγικός παράγοντας

Το διοξείδιο του θείου είναι επίσης καλό αναγωγικό. Με την παρουσία νερού, το διοξείδιο του θείου μπορεί να αποχρωματίσει ουσίες. Συγκεκριμένα, είναι ένα χρήσιμο αναγωγικό λευκαντικό για χαρτιά και ευαίσθητα υλικά, όπως ρούχα. Αυτό το αποτέλεσμα λεύκανσης συνήθως δεν διαρκεί πολύ. Το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα επαναοξειδώνει τις μειωμένες βαφές, αποκαθιστώντας το χρώμα. Στην επεξεργασία αστικών λυμάτων, το διοξείδιο του θείου χρησιμοποιείται για την επεξεργασία των χλωριωμένων λυμάτων πριν από την απελευθέρωση.

Το διοξείδιο του θείου είναι αρκετά διαλυτό στο νερό και με φασματοσκοπία IR και Raman. Το υποθετικό θειώδες οξύ, (H₂SO₃), δεν υπάρχει σε κανένα βαθμό. Ωστόσο, τέτοια διαλύματα δείχνουν φάσματα του ιόντος υδρόθειου, HSO₃⁻, με αντίδραση με νερό, και στην πραγματικότητα είναι ο πραγματικός αναγωγικός παράγοντας που υπάρχει:

${\displaystyle {\ce {SO2 + H2O <=> HSO3- + H+}}}$

Ως υποκαπνιστικό

Στις αρχές του 20ου αιώνα, το διοξείδιο του θείου χρησιμοποιήθηκε στο Μπουένος Άιρες ως υποκαπνιστικό για να σκοτώσει αρουραίους που έφεραν το βακτήριο Yersinia pestis, το οποίο προκαλεί τη βουβωνική πανώλη. Η εφαρμογή ήταν επιτυχής και η εφαρμογή αυτής της μεθόδου επεκτάθηκε και σε άλλες περιοχές στη Νότια Αμερική. Στο Μπουένος Άιρες, όπου αυτές οι συσκευές ήταν γνωστές ως Sulfurozador, αλλά αργότερα και στο Ρίο ντε Τζανέιρο, τη Νέα Ορλεάνη και το Σαν Φρανσίσκο, οι μηχανές επεξεργασίας διοξειδίου του θείου βγήκαν στους δρόμους για να επιτρέψουν εκτεταμένες εκστρατείες απολύμανσης, με αποτελεσματικά αποτελέσματα. ^[20]

Βιοχημικοί και βιοϊατρικοί ρόλοι

Το διοξείδιο του θείου ή το όξινο θειώδες της συζευγμένης βάσης του παράγεται βιολογικά ως ενδιάμεσο τόσο σε οργανισμούς που μειώνουν τα θειικά όσο και σε βακτήρια που οξειδώνουν το θείο. Ο ρόλος του διοξειδίου του θείου στη βιολογία των θηλαστικών δεν είναι ακόμη καλά κατανοητός. ^[21] Το διοξείδιο του θείου μπλοκάρει τα νευρικά σήματα από τους υποδοχείς του πνευμονικού τεντώματος και καταργεί το αντανακλαστικό διόγκωσης Hering-Breuer.

Θεωρείται ότι το ενδογενές διοξείδιο του θείου παίζει σημαντικό φυσιολογικό ρόλο στη ρύθμιση της λειτουργίας της καρδιάς και των αιμοφόρων αγγείων και ο ανώμαλος ή ανεπαρκής μεταβολισμός του διοξειδίου του θείου μπορεί να συμβάλει σε διάφορες καρδιαγγειακές παθήσεις, όπως η αρτηριακή υπέρταση, η αθηροσκλήρωση, η πνευμονική αρτηριακή υπέρταση και η στενοκαρδία. ^[22]

Φάνηκε ότι σε παιδιά με πνευμονική αρτηριακή υπέρταση λόγω συγγενών καρδιοπαθειών το επίπεδο της ομοκυστεΐνης είναι υψηλότερο και το επίπεδο του ενδογενούς διοξειδίου του θείου είναι χαμηλότερο από ό,τι στα φυσιολογικά παιδιά. Επιπλέον, αυτές οι βιοχημικές παράμετροι συσχετίζονται ισχυρά με τη σοβαρότητα της πνευμονικής αρτηριακής υπέρτασης. Οι συγγραφείς θεώρησαν ότι η ομοκυστεΐνη είναι ένας από τους χρήσιμους βιοχημικούς δείκτες της σοβαρότητας της νόσου και ο μεταβολισμός του διοξειδίου του θείου ως ένας από τους πιθανούς θεραπευτικούς στόχους σε αυτούς τους ασθενείς. ^[23]

Το ενδογενές διοξείδιο του θείου έχει επίσης αποδειχθεί ότι μειώνει τον ρυθμό πολλαπλασιασμού των ενδοθηλιακών λείων μυϊκών κυττάρων στα αιμοφόρα αγγεία, μέσω της μείωσης της δραστηριότητας MAPK και της ενεργοποίησης της αδενυλυλοκυκλάσης και της πρωτεϊνικής κινάσης Α . ^[24] πολλαπλασιασμός των κυττάρων των λείων μυών είναι ένας από τους σημαντικούς μηχανισμούς υπερτασικής αναδιαμόρφωσης των αιμοφόρων αγγείων και της στένωσής τους, επομένως είναι ένας σημαντικός παθογενετικός μηχανισμός στην αρτηριακή υπέρταση και την αθηροσκλήρωση.

Το ενδογενές διοξείδιο του θείου σε χαμηλές συγκεντρώσεις προκαλεί αγγειοδιαστολή, που εξαρτάται από το ενδοθήλιο. Σε υψηλότερες συγκεντρώσεις προκαλεί αγγειοδιαστολή ανεξάρτητη από το ενδοθήλιο και έχει αρνητική ινότροπη επίδραση στη λειτουργία της καρδιακής παροχής, μειώνοντας έτσι αποτελεσματικά την αρτηριακή πίεση και την κατανάλωση οξυγόνου του μυοκαρδίου. Οι αγγειοδιασταλτικές και βρογχοδιασταλτικές επιδράσεις του διοξειδίου του θείου μεσολαβούνται μέσω διαύλων ασβεστίου που εξαρτώνται από το ΑΤΡ και διαύλων ασβεστίου τύπου L ("διυδροπυριδίνη"). Το ενδογενές διοξείδιο του θείου είναι επίσης ένας ισχυρός αντιφλεγμονώδης, αντιοξειδωτικός και κυτταροπροστατευτικός παράγοντας. Μειώνει την αρτηριακή πίεση και επιβραδύνει την υπερτασική αναδόμηση των αιμοφόρων αγγείων, ιδιαίτερα την πάχυνση του έσω χιτώνα τους. Ρυθμίζει επίσης τον μεταβολισμό των λιπιδίων. ^[25]

Το ενδογενές διοξείδιο του θείου μειώνει επίσης τη βλάβη του μυοκαρδίου, που προκαλείται από την αδρενεργική υπερδιέγερση της ισοπροτερενόλης, και ενισχύει το απόθεμα αντιοξειδωτικής άμυνας του μυοκαρδίου. ^[26]

Ως αντιδραστήριο και διαλύτης στο εργαστήριο

Το διοξείδιο του θείου είναι ένας ευέλικτος αδρανής διαλύτης που χρησιμοποιείται ευρέως για τη διάλυση αλάτων υψηλής οξείδωσης. Χρησιμοποιείται επίσης περιστασιακά ως πηγή της σουλφονυλικής ομάδας στην οργανική σύνθεση. Η επεξεργασία των αλάτων του αρυλοδιαζωνίου με διοξείδιο του θείου και χλωριούχο χαλκό αποδίδει το αντίστοιχο αρυλοσουλφονυλοχλωρίδιο, για παράδειγμα:

Ως αποτέλεσμα της πολύ χαμηλής βασικότητάς του κατά Lewis, χρησιμοποιείται συχνά ως διαλύτης/αραιωτικό χαμηλής θερμοκρασίας για υπεροξέα όπως το μαγικό οξύ (FSO₃H/SbF₅), επιτρέποντας την φασματοσκοπική παρατήρηση ειδών υψηλής αντίδρασης όπως το κατιόν τριτ -βουτυλίου. σε χαμηλή θερμοκρασία (αν και τα τριτογενή καρβοκατιόντα αντιδρούν με SO₂ πάνω από περίπου –30°C, και ακόμη λιγότεροι αντιδραστικοί διαλύτες όπως το SO₂ClF πρέπει να χρησιμοποιούνται σε αυτές τις υψηλότερες θερμοκρασίες). ^[27]

Φιλόδοξες εφαρμογές

Ως ψυκτικό μέσο

Καθώς συμπυκνώνεται εύκολα και διαθέτει υψηλή θερμότητα εξάτμισης, το διοξείδιο του θείου είναι ένα υποψήφιο υλικό για ψυκτικά μέσα. Πριν από την ανάπτυξη των χλωροφθορανθράκων, το διοξείδιο του θείου χρησιμοποιήθηκε ως ψυκτικό στα οικιακά ψυγεία.

Κλιματική μηχανική

Οι ενέσεις διοξειδίου του θείου στη στρατόσφαιρα έχουν προταθεί στην κλιματική μηχανική. Το φαινόμενο ψύξης θα ήταν παρόμοιο με αυτό που έχει παρατηρηθεί μετά τη μεγάλη εκρηκτική έκρηξη του όρους Pinatubo το 1991. Ωστόσο, αυτή η μορφή γεωμηχανικής θα είχε αβέβαιες περιφερειακές συνέπειες στα πρότυπα βροχοπτώσεων, για παράδειγμα σε περιοχές μουσώνων. ^[28]

Το διοξείδιο του θείου είναι ένα αξιοσημείωτο συστατικό στην ατμόσφαιρα, ειδικά μετά από ηφαιστειακές εκρήξεις. ^[29] Σύμφωνα με την Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος των Ηνωμένων Πολιτειών (EPA), ^[30] η ποσότητα διοξειδίου του θείου που απελευθερώνεται στις ΗΠΑ ανά έτος ήταν:

Το διοξείδιο του θείου είναι ένας σημαντικός ατμοσφαιρικός ρύπος και έχει σημαντικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία. ^[31] Επιπλέον, η συγκέντρωση διοξειδίου του θείου στην ατμόσφαιρα μπορεί να επηρεάσει την καταλληλότητα των οικοτόπων για τις φυτικές κοινότητες, καθώς και τη ζωή των ζώων. ^[32] Οι εκπομπές διοξειδίου του θείου είναι πρόδρομος της όξινης βροχής και των σωματιδίων της ατμόσφαιρας. Λόγω κυρίως του προγράμματος όξινης βροχής της EPA των ΗΠΑ, οι ΗΠΑ είχαν μείωση 33% στις εκπομπές μεταξύ 1983 και 2002. Αυτή η βελτίωση προέκυψε εν μέρει από την αποθείωση καυσαερίων, μια τεχνολογία που επιτρέπει στο SO₂ να δεσμεύεται χημικά σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας που καίνε άνθρακα ή πετρέλαιο, που περιέχει θείο. Συγκεκριμένα, το οξείδιο του ασβεστίου (άσβεστος) αντιδρά με το διοξείδιο του θείου για να σχηματίσει θειώδες ασβέστιο:

${\displaystyle {\ce {CaO + SO2 -> CaSO3}}}$

Η αερόβια οξείδωση του CaSO₃ δίνει CaSO₄, ανυδρίτη. Το μεγαλύτερο μέρος του γύψου που πωλείται στην Ευρώπη προέρχεται από την αποθείωση των καυσαερίων.

Για τον έλεγχο των εκπομπών θείου, έχουν αναπτυχθεί δεκάδες μέθοδοι με σχετικά υψηλές αποδόσεις για την τοποθέτηση σταθμών ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα. ^[33]

Το θείο μπορεί να αφαιρεθεί από τον άνθρακα κατά την καύση χρησιμοποιώντας ασβεστόλιθο ως υλικό κλίνης στην καύση ρευστοποιημένης κλίνης. ^[34]

Το θείο μπορεί επίσης να αφαιρεθεί από τα καύσιμα πριν καεί, αποτρέποντας το σχηματισμό SO₂ όταν το καύσιμο καίγεται. Η διαδικασία Claus χρησιμοποιείται σε διυλιστήρια για την παραγωγή θείου ως υποπροϊόντος. Η διαδικασία Stretford έχει επίσης χρησιμοποιηθεί για την αφαίρεση του θείου από τα καύσιμα. Οι διεργασίες οξειδοαναγωγής που χρησιμοποιούν οξείδια σιδήρου μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν, για παράδειγμα, Lo-Cat ^[35] ή Sulferox. ^[36]

Μια ανάλυση διαπίστωσε ότι 18 σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα στα δυτικά Βαλκάνια εκπέμπουν δυόμισι φορές περισσότερο διοξείδιο του θείου από ό,τι και οι 221 μονάδες άνθρακα στην ΕΕ μαζί. ^[37]

Πρόσθετα καυσίμων, όπως πρόσθετα ασβεστίου και καρβοξυλικό μαγνήσιο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κινητήρες θαλάσσης για τη μείωση της εκπομπής αερίων διοξειδίου του θείου στην ατμόσφαιρα.

Από το 2006, η Κίνα ήταν ο μεγαλύτερος ρυπαντής διοξειδίου του θείου στον κόσμο, με τις εκπομπές του 2005 να υπολογίζονται σε 23,12 μεγατόνους (Mt). Αυτή η ποσότητα αντιπροσωπεύει αύξηση 27% από το 2000 και είναι περίπου συγκρίσιμη με τις εκπομπές των ΗΠΑ το 1980. ^[38]

Εισπνοή

Η τυχαία έκθεση στο διοξείδιο του θείου είναι ρουτίνα, π.χ. ο καπνός από τα σπίρτα, τον άνθρακα και τα καύσιμα που περιέχουν θείο.

Το διοξείδιο του θείου είναι ήπια τοξικό και μπορεί να είναι επικίνδυνο σε υψηλές συγκεντρώσεις. ^[39] Η μακροχρόνια έκθεση σε χαμηλές συγκεντρώσεις είναι επίσης προβληματική. Μια συστηματική ανασκόπηση του 2011 κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η έκθεση στο διοξείδιο του θείου, σχετίζεται με τον πρόωρο τοκετό. ^[40]

Έγχυση στο στομάχι

Στις Ηνωμένες Πολιτείες, το Centre for Science in the Public Interest αναφέρει τα δύο συντηρητικά τροφίμων, το διοξείδιο του θείου και το όξινο θειώδες νάτριο, ως ασφαλή για ανθρώπινη κατανάλωση, εκτός από ορισμένα ασθματικά άτομα που μπορεί να είναι ευαίσθητα σε αυτά, ειδικά σε μεγάλες ποσότητες. ^[41] Τα συμπτώματα ευαισθησίας σε παράγοντες θείωσης, συμπεριλαμβανομένου του διοξειδίου του θείου, εκδηλώνονται ως δυνητικά απειλητική για τη ζωή δυσκολία στην αναπνοή μέσα σε λίγα λεπτά από την κατάποση. ^[42] Τα θειώδη μπορεί επίσης να προκαλέσουν συμπτώματα σε μη ασθματικά άτομα, συγκεκριμένα δερματίτιδα, κνίδωση, έξαψη, υπόταση, κοιλιακό άλγος και διάρροια, ακόμη και απειλητική για τη ζωή αναφυλαξία. ^[43]

• Εθνικά πρότυπα ποιότητας περιβάλλοντος αέρα
• Τριοξείδιο του θείου
• Κύκλος θείου-ιωδίου

• Πολυμέσα σχετικά με το θέμα Sulfur dioxide στο Wikimedia Commons