亚硫酸钙
亚硫酸钙 | |
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IUPAC名 Calcium sulfite | |
别名 | E226 |
识别 | |
CAS号 | 10257-55-3(无水) 72878-03-6(四水) [NIST] 29501-28-8(半水) [NIST] |
PubChem | 159274 |
ChemSpider | 8329549 |
SMILES |
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InChI |
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InChIKey | GBAOBIBJACZTNA-NUQVWONBAU |
性质 | |
化学式 | CaSO3 |
摩尔质量 | 120.17 g·mol⁻¹ |
外观 | 白色固体 |
熔点 | 600 °C(873 K) |
溶解性(水) | 0.0043 g/100 mL, 18℃ |
危险性 | |
闪点 | 不可燃 |
相关物质 | |
其他阴离子 | 硫酸钙 |
其他阳离子 | 亚硫酸钠 |
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。 |
亚硫酸钙属于亚硫酸盐与钙盐,化学式。亚硫酸钙有两种已知结晶水合物:半水合亚硫酸钙与四水合亚硫酸钙[1],均为白色固体。亚硫酸钙是烟气脱硫的产物之一。
用途
[编辑]乾壁
[编辑]在制备乾壁的主要成分石膏的过程中,亚硫酸钙是一种中间产物。一间典型的全新美国房屋含有7公吨石膏[2]。
食品添加剂
[编辑]亚硫酸钙可用作防腐剂,E编码为E226[3]。与其他亚硫酸盐抗氧化剂类似,亚硫酸钙广泛用于保存葡萄酒、苹果酒、水果汁、罐头水果、蔬菜等[4]。在溶液中,亚硫酸盐是强还原剂,作为除氧剂起到保存食品的作用。因为部分人群对亚硫酸盐过敏,所以有必要对其进行标注。[5][6]
木浆生产
[编辑]化学木浆的生产过程是溶解掉木片中的木质素,分离出原本与前者紧密结合的纤维素。在亚硫酸盐制浆法中,用来分离木质素的盐可以是亚硫酸钙。人们曾经用过亚硫酸钙,但如今镁和钠的亚硫酸盐与亚硫酸氢盐已广泛取代之。另一种制浆法是硫酸盐制浆法,使用的是氢氧化物与硫化物。[7]
酸抑制剂
[编辑]煤中的二硫化铁在空气中煅烧会生成酸性气体,溶于水形成酸,污染环境:
亚硫酸盐具有还原性,可以除去氧气从而抑制酸的形成。亚硫酸的钠盐、钾盐和铵盐都相对较贵且生产规模较小,而已经大规模生产的亚硫酸钙是该过程中较理想的酸抑制剂。[8]
制备
[编辑]通过烟气脱硫(FGD)可大量制备亚硫酸钙。烟道气指的是煤等化石燃料燃烧后得到的一类副产物,通常包括SO2。人们为了防止酸雨而限制二氧化硫排放,在其他气体从烟囱排出之前,需要除去二氧化硫。比较经济的做法是用熟石灰(Ca(OH)2)或石灰石(CaCO3)处理。
理想状况下,用石灰石除去二氧化硫的反应如下:
- SO2 + CaCO3 → CaSO3 + CO2
- SO2 + Ca(OH)2 → CaSO3 + H2O
如果体系中存在氧气,亚硫酸根就会被氧化为硫酸根,最后可以得到二水合硫酸钙晶体,即石膏[11]。
- CaCl2 + Na2SO3 → CaSO3 + 2 NaCl
结构
[编辑]半水合亚硫酸钙晶体中,钙的配位数是6,每个钙离子连有五个亚硫酸根的氧原子及一个水分子中的氧原子,六个氧原子组成三角反棱柱的形状。半水合亚硫酸钙晶体热力学较稳定的原因可能是Ca-O键在整个晶体中延展形成网状结构。[13]
四水合亚硫酸钙只在低温下稳定,在室温下会迅速转变为半水合物,因此获得四水合物单晶并分析结构较为困难。不过,使用琼脂制造溶胶环境即可减慢反应物分子的速度,便于结晶,从而制得晶体。[14]四水合亚硫酸钙晶体中钙的配位数同样为6,两个氧原子来自亚硫酸根,四个来自水分子。其热力学不稳定的原因可能是其中的亚硫酸根离子处于无序状态。[15]
参见
[编辑]参考文献
[编辑]- ^ Abraham Cohen; Mendel Zangen. Studies On Alkaline Earth Sulfites. Structure and Stability of the New Compound Ca3(SO3)2SO4.12H2O and Its Solid Solution In Calcium Sulfite Tetrahydrate. Chemistry Letters. 1984: 1051–1054. doi:10.1246/cl.1984.1051.
- ^ USGS Gypsum Statistics and Information. USGS. [2017-08-02]. (原始内容存档于2017-05-13).
- ^ Current EU approved additives and their E Numbers. United Kingdom: Food Standards Agency. 2010 [2017-08-04]. (原始内容存档于2012-02-07).
- ^ Sulfites.org. Sulfites in Foods. [2017-08-04]. (原始内容存档于2017-08-01).
- ^ García-Gavín, Juan; Parente, Joana; Goossens, An. Allergic contact dermatitis caused by sodium metabisulfite: a challenging allergen. A case series and literature review. Contact Dermatitis. 2012-11, 67 (5): 260–269. doi:10.1111/j.1600-0536.2012.02135.x.
- ^ Vally, H.; Misso, N. L. A.; Madan, V. Clinical effects of sulphite additives. Clinical & Experimental Allergy. 2009-11, 39 (11): 1643–1651. doi:10.1111/j.1365-2222.2009.03362.x.
- ^ Ropp, Richard. Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Elsevier Science Technology. 2013: 145–148.
- ^ Hao, Yueli; Dick, Warren A. Potential Inhibition of Acid Formation in Pyritic Environments Using Calcium Sulfite Byproduct. Environmental Science & Technology. 2000-06, 34 (11): 2288–2292. doi:10.1021/es9904235.
- ^ Hudson, JL. Sulfur Oxidation in Scrubber Systems. University of Virginia. 1980.
- ^ Miller, Bruce. Coal Energy Systems. Elsevier Science Technology. 2004: 294–299.
- ^ Søren Kiil, Michael L. Michelsen and Kim Dam-Johansen. Experimental Investigation and Modeling of a Wet Flue Gas Desulfurization Pilot Plant. Ind. Eng. Chem. Res. 1998, 7 (37): 2792–2806. doi:10.1021/ie9709446.
- ^ Yasue, Tamotsu; Arai, Yasuo. Crystal structure of calcium sulfite. Gypsum & Lime (Jap. Language). 1986, 203: 235–244.
- ^ Matsuno, Takashi; Takayanagi, Hiroaki; Furuhata, Kimio; Koishi, Masumi; Ogura, Haruo. The crystal structure of calcium sulfite hemihydrate. Bulletin of the Chemical Society of Japan. 1984, 57 (2): 1155–1156. doi:10.1246/bcsj.57.1155.
- ^ Matsuno, Takashi; Takayanagi, Hiroaki; Furuhata, Kimio; Koishi, Masumi; Ogura, Haruo. The Crystal Structure of Calcium Sulfite Tetrahydrate. Chemistry Letters. 1983, 12 (4): 459–462. doi:10.1246/cl.1983.459.
- ^ Matsuno, Takashi; Takayanagi, Hiroaki; Furuhata, Kimio; Koishi, Masumi; Ogura, Haruo. The Crystal Structure of Calcium Sulfite Tetrahydrate. Interatomic Distances and Angles. Bulletin of the Chemical Society of Japan. 1984, 57 (2): 593–594. doi:10.1246/bcsj.57.593.