Pirosiarczyn sodu (metabisiarczyn)

Pirosiarczyn sodu

Inne nazwy: Metabisiarczyn sodu, Disiarczyn sodu, Pirosiarczyn disodowy, Metabisiarczyn disodowy
Wzór chemiczny: Na₂S₂O₅
Masa molowa: 190.11 g/mol
Numer CAS: 7681-57-4
SMILES: [O-]S(=O)S(=O)(=O)[O-].[Na+].[Na+]
Wygląd: Biały do lekko żółtego, krystaliczny proszek
Zapach: Słaby zapach dwutlenku siarki

Pirosiarczyn sodu, powszechniej znany jako metabisiarczyn sodu, jest nieorganiczną solą sodową zawierającą jon disiarczynowy S₂O₅²⁻. Badania krystalograficzne wykazały, że ciało stałe ma stosunkowo złożoną strukturę jonową, w której konformacja anionu disiarczynowego jest silnie kształtowana przez oddziaływania elektrostatyczne w sieci krystalicznej. Związek jest skutecznym reduktorem i ma szczególne znaczenie w układach wodnych, ponieważ rozpuszczanie przekształca metabisiarczyn głównie w gatunki wodorosiarczynowe. Ta chemia nadaje pirosiarczynowi sodu silne właściwości redukujące i pochłaniające tlen oraz umożliwia mu łatwą reakcję z utleniaczami, takimi jak wolny chlor. Dlatego jest on szeroko badany i stosowany w chemii uzdatniania wody, technologii membranowej oraz laboratoryjnej chemii redoks.

Właściwości chemiczne i fizyczne

Pirosiarczyn sodu jest nieorganicznym ciałem stałym o budowie krystalicznej, bardzo dobrze rozpuszczalnym w wodzie. Badania kalorymetryczne jego rozpuszczania w 298.15 K opisują cały proces jako Na₂S₂O₅(s) + H₂O(l) → 2NaHSO₃(aq), co pokazuje, że roztwory wodne charakteryzuje przede wszystkim chemia wodorosiarczynowa, a nie niezmieniona cząsteczkowa postać metabisiarczynu sodu.

Jon disiarczynowy zawiera dwa atomy siarki połączone wiązaniem S–S i skoordynowane atomami tlenu. Badania dyfrakcji rentgenowskiej monokryształów wykazały, że metabisiarczyn sodu tworzy strukturę monoklinalną oraz że jony S₂O₅²⁻ mogą przyjmować konformacyjnie nieekwiwalentne ułożenia w obrębie sieci krystalicznej.

Pirosiarczyn sodu jest silnym związkiem redukującym. W roztworze wodnym powstające z niego gatunki wodorosiarczynowe szybko reagują z utleniaczami. Zachowanie to ma szczególne znaczenie przy usuwaniu chloru, gdzie wodorosiarczyn redukuje kwas podchlorawy i inne formy wolnego chloru do chlorku, podczas gdy związki zawierające siarkę ulegają utlenieniu do siarczanu.

Związek jest termicznie nietrwały i podczas ogrzewania ulega rozkładowi zamiast wykazywać klasyczne przejście wrzenia. Badania analizy termicznej wykazały, że początkowy rozkład ma charakter endotermiczny i wiąże się z wydzielaniem dwutlenku siarki oraz powstawaniem siarczynu sodu. Dalsze ogrzewanie w powietrzu sprzyja utlenieniu pozostałości siarczynu i tworzeniu siarczanu sodu.

Zastosowania

Pirosiarczyn sodu jest szeroko stosowany jako środek redukujący w układach uzdatniania wody i procesach membranowych. W instalacjach odwróconej osmozy może być dodawany po chlorowaniu w celu usunięcia resztkowego wolnego chloru, zanim woda dotrze do wrażliwych na chlor membran poliamidowych. Badania instalacji odwróconej osmozy do odsalania wody morskiej analizowały dozowanie metabisiarczynu sodu specjalnie jako etap dechloracji oraz jego związek z biofoulingiem membran i wydajnością procesu.

Stosuje się go również do chemicznej konserwacji membran odwróconej osmozy w okresach, gdy systemy membranowe nie pracują. Badania eksperymentalne wykazały, że metabisiarczyn sodu tworzy redukujące warunki konserwacji, choć wpływ na właściwości membran silnie zależy od parametrów takich jak pH roztworu, stężenie i warunki przechowywania.

W chemii laboratoryjnej i przemysłowej pirosiarczyn sodu stanowi wygodne źródło wodorosiarczynu oraz odczynnik redukujący do kontroli warunków oksydacyjno-redukcyjnych. Jego szybka reakcja z gatunkami utleniającymi czyni go użytecznym do wygaszania reakcji, usuwania resztkowych utleniaczy oraz przygotowywania redukujących środowisk wodnych. Wykorzystuje się go także w badaniach chemii wodnej siarki(IV), termodynamiki, spektroskopii i zachowania anionów tlenkowo-siarkowych.

Źródła literaturowe

1. PubChem. Sodium Pyrosulfite, CID 656671. National Center for Biotechnology Information. Molecular formula, molecular weight, CAS number and canonical SMILES.
2. Carter K. L., Siddiquee T. A., Murphy K. L., Bennett D. W. “The surprisingly elusive crystal structure of sodium metabisulfite.” Acta Crystallographica Section B, 2004, 60, 155–162. DOI: 10.1107/S0108768104003325.
3. Vanderzee C. E., Noll L. “The standard enthalpies of ionization of sulfurous acid and the standard enthalpies of solution of sodium sulfite and sodium metabisulfite in water at 298.15 K.” The Journal of Chemical Thermodynamics, 1987, 19(4), 417–431. DOI: 10.1016/0021-9614(87)90127-3.
4. Malanchuk M. “Thermal analysis of sodium metabisulfite.” Analytica Chimica Acta, 1971, 56(3), 377–384. DOI: 10.1016/S0003-2670(01)80926-0.
5. Saeed M. O. “Effect of dechlorination point location and residual chlorine on biofouling in a seawater reverse osmosis plant.” Desalination, 2002, 143(3), 229–235. DOI: 10.1016/S0011-9164(02)00261-8.
6. Tu K. L., Chivas A. R., Nghiem L. D. “Effects of chemical preservation on flux and solute rejection by reverse osmosis membranes.” Journal of Membrane Science, 2014, 472, 202–209. DOI: 10.1016/j.memsci.2014.08.052.

Safety

Signal Word: ⚠️ Warning

Handling and Storage

• Storage Conditions: Keep container tightly closed in a dry, cool, well-ventilated area. Protect from moisture

• Handling Precautions: Avoid dust formation. Use protective equipment. Ensure good ventilation in the working area