Контекст 1: окисление серы и образование кислот

Ключевые слова: оксиды серы, сернистая кислота, серная кислота, источники соединений серы

 Образование кислот

Оксиды серы, прежде всего, образуются путем сгорания серы или окисления соединений серы. В воздухе они превращаются в частицы серной кислоты. Кислотные дожди – экологическая проблема, главным образом связанная с выпадением оксидов серы (двухокись и трёхокись серы) в результате деятельности человека. В формировании кислотных дождей также играют роль оксиды азота.

 Источники двухокиси серы

Двухокись серы в естественном состоянии бывает в вулканических газах, а также как продукт окисления диметилсульфида из океанского фитопланктона (водорослей) или других серных соединений, образованных микроорганизмами. Последние два процесса описаны в журнале ACCENT № 5 (сера океана).
Дополнительно двухокись серы формируется при сгорании угля, топливо коммунально-бытового назначения и тяжелого топлива для двигателей судов, так как в этих видах топлива содержится некоторое количество серы. Эти источники – продукты деятельности челове.

Таблица: Эмиссия серы в мире

Источник	Глобальная эмиссия серы [тераграммы серы в год] среднее (пределы изменения)	Вклад в эмиссию [%]	Вклад в содержание серы в воздухе [%]
вызванная людьми	70 (60 - 100)	70	37
вулканическая	7 (4 - 16)	7	18
биогенная	22 (15 - 50)	23	42

> 90 % всей биогенной эмиссии – DMS.

Двухокись серы может разрушать пигменты. Поэтому, в промышленности ее используют как отбеливающий реагент. Дезинфицирующий эффект двухокиси серы часто используют для консервирования продуктов питания (например, при сушке плодов).

2. Окисление серы и реакция с водой: прочитайте текст ниже и объясните, какие соединения формируются в процессе окисления/сгорания и в реакциях с водой. Что случается в капельках дождя (справа)? Цветовое обозначение атомов: S – желтый, O – синий, H – белый.
Схема: Elmar Uherek
Щелкните для увеличения. (60 K)
 

 От двухокиси серы до сернистой кислоты

Если двухокись серы растворить в воде, получаем слабый раствор кислоты или так называемую сернистую кислоту.

H₂O + SO₂      H₂SO₃

В воде сернистая кислота формирует ион (протон) водорода H⁺(aq) – произвольное количество, и два вида водородных сульфит анионов:

H₂SO₃        H⁺(aq)   +   HSO₃^-(aq)

Водородный сульфит формирует ион водорода H⁺ и сульфит анион.

HSO₃^-(aq)        H⁺(aq)   +   SO₃^2-(aq)

Водородный сульфит содержит ион водорода H⁺ и сульфит анион.

Из каждой молекулы сернистой кислоты могут быть получены два протона. Поэтому сернистую кислоту называют бипротоновой кислотой. Однако, сернистая кислота – непостоянная кислота. Уже при нормальной комнатной температуре она вновь переходит в двухокись серы и воду.

 Серная кислота

При сгорании серы и в течение окислительных реакций в воздухе формируется не только двухокись, но и трехокись серы. Образованное количество каждого из этих газов строго зависит от температуры, так как трехокись серы распадается на двухокись серы и кислород при температуре выше 600°C:

2 SO₃  ->  2 SO₂ + O₂  (at t > 600°C)

Если трехокись серы распадается в воде, формируется серная кислота:

SO₃  +  H₂O    H₂SO₄

Серная кислота также является бипротоновой кислотой, которая разлагается в воде на два иона и анион.

H₂SO₄       H⁺(aq)   +   HSO₄^-(aq)

Вначале серная кислота формирует ионы водорода и водородный сульфат анион.

HSO₄^-(aq)     H⁺(aq)   +   SO₄^2-(aq)

Водородный сульфат разлагается, чтобы выделить другой ион водорода и сульфат анион.

 Кислотные дожди

Раствор серной кислоты в дождевой воде снижает концентрацию некоторых ионов, т.е. уменьшает pH. Дождь становится более кислым. Кислотные дожди разрушают некоторые камни (известняк), металлические поверхности, а также активизируют в почве ионы, которые являются ядовитыми для растений. Последствия – ущерб зданиям, металлическим конструкциям, закисление озер и повреждение лесов.

Больше подробной информации относительно кислотных дождей вы найдете в разделе Ссылки.

Авторы:
Andrea Heiseler - преподаватель химии, Cologne/Bonn (Germany) 
Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz