Disulfure de carbone

Le disulfure de carbone (anciennement sulfure de carbone) est le composé chimique de formule CS₂. Liquide jusqu'à 46 °C, le disulfure de carbone est extrêmement volatil. Pur, il est incolore et possède une faible odeur éthérée, mais les impuretés soufrées qu'il contient souvent le rendent jaunâtre et lui confèrent une odeur forte et désagréable.

Disulfure de carbone
Identification
Nom UICPA	Disulfure de carbone
Synonymes	Anhydride sulfocarbonique Bisulfure de carbone Sulfure de carbone
No CAS	75-15-0
No ECHA	100.000.767
No CE	200-843-6
Apparence	liquide incolore, d'odeur caractéristique[1].
Propriétés chimiques
Formule	CS2  [Isomères]
Masse molaire[2]	76,141 ± 0,011 g/mol C 15,77 %, S 84,23 %,
Moment dipolaire	0,06 D[3]
Diamètre moléculaire	0,453 nm[3]
Propriétés physiques
T° fusion	−111 °C[1]
T° ébullition	46 °C[1]
Solubilité	dans l'eau à 20 °C : 2 g l−1[1]
Paramètre de solubilité δ	20,5 MPa1/2 (25 °C)[4]
Masse volumique	1,26 g cm−3[1] équation[5] : ${\displaystyle \rho =1.7968/0.28749^{(1+(1-T/552)^{0.3226})}}$ Masse volumique du liquide en kmol·m-3 et température en kelvins, de 161,11 à 552 K. Valeurs calculées : 1,25568 g·cm-3 à 25 °C. T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 161,11 −112,04 19,064 1,45159 187,17 −85,98 18,6017 1,41639 200,2 −72,95 18,36656 1,39849 213,23 −59,92 18,12854 1,38036 226,26 −46,89 17,88743 1,362 239,29 −33,86 17,64304 1,34339 252,32 −20,83 17,39513 1,32452 265,35 −7,8 17,14345 1,30535 278,38 5,23 16,88771 1,28588 291,41 18,26 16,62759 1,26607 304,44 31,29 16,36272 1,24591 317,47 44,32 16,09267 1,22534 330,5 57,35 15,81698 1,20435 343,53 70,38 15,53509 1,18289 356,56 83,41 15,24635 1,1609 T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 369,58 96,43 14,95 1,13834 382,61 109,46 14,64513 1,11512 395,64 122,49 14,33066 1,09118 408,67 135,52 14,00525 1,0664 421,7 148,55 13,66723 1,04066 434,73 161,58 13,3145 1,01381 447,76 174,61 12,94432 0,98562 460,79 187,64 12,55299 0,95582 473,82 200,67 12,1354 0,92403 486,85 213,7 11,68405 0,88966 499,88 226,73 11,18719 0,85183 512,91 239,76 10,62457 0,80899 525,94 252,79 9,95538 0,75803 538,97 265,82 9,06873 0,69052 552 278,85 6,250 0,47589
T° d'auto-inflammation	90 °C[1]
Point d’éclair	−30 °C (coupelle fermée)[1]
Limites d’explosivité dans l’air	1–50 % vol[1]
Pression de vapeur saturante	à 25 °C : 48 kPa[1] équation[5] : ${\displaystyle P_{vs}=exp(67.114+{\frac {-4820.4}{T}}+(-7.5303)\times ln(T)+(9.1695E-3)\times T^{1})}$ Pression en pascals et température en kelvins, de 161,11 à 552 K. Valeurs calculées : 47 837,88 Pa à 25 °C. T (K) T (°C) P (Pa) 161,11 −112,04 1,4944 187,17 −85,98 39,54 200,2 −72,95 143,49 213,23 −59,92 438,02 226,26 −46,89 1 160,92 239,29 −33,86 2 737,79 252,32 −20,83 5 856,99 265,35 −7,8 11 542,85 278,38 5,23 21 218,14 291,41 18,26 36 749,49 304,44 31,29 60 472,39 317,47 44,32 95 196,32 330,5 57,35 144 192,6 343,53 70,38 211 169,54 356,56 83,41 300 239,81 T (K) T (°C) P (Pa) 369,58 96,43 415 884,85 382,61 109,46 562 920,51 395,64 122,49 746 466,97 408,67 135,52 971 925,43 421,7 148,55 1 244 962,79 434,73 161,58 1 571 505,02 447,76 174,61 1 957 739,45 460,79 187,64 2 410 125,57 473,82 200,67 2 935 413,95 486,85 213,7 3 540 672,71 499,88 226,73 4 233 320,79 512,91 239,76 5 021 167,61 525,94 252,79 5 912 458,45 538,97 265,82 6 915 925,3 552 278,85 8 040 800
Viscosité dynamique	0,36 mPa s à 25 °C[réf. souhaitée]
Point critique	79,0 bar, 278,85 °C[6]
Conductivité thermique	0,162 W m−1 K−1 à 20 °C[réf. souhaitée]
Conductivité électrique	78 × 10−19 Ω−1 cm−1 à 18 °C[réf. souhaitée]
Vitesse du son	1 140 m s−1 à 25 °C[7]
Thermochimie
S0gaz, 1 bar	237,83 J mol−1 K−1[réf. souhaitée]
S0liquide, 1 bar	151,0 J mol−1 K−1[8]
ΔfH0liquide	89,41 kJ mol−1[9]
ΔvapH°	27,50 kJ mol−1[8]
Cp	76,45 J mol−1 K−1 à 25 °C (liquide) équation[5] : ${\displaystyle C_{P}=(8.5600E4)+(-122.00)\times T+(0.56050)\times T^{2}+(-1.4520E-3)\times T^{3}+(2.0080E-6)\times T^{4}}$ Capacité thermique du liquide en J·kmol-1·K-1 et température en kelvins, de 161,11 à 552 K. Valeurs calculées : 76,435 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 161,11 −112,04 75 770 995 187 −86,15 75 347 990 200 −73,15 75 217 988 213 −60,15 75 145 987 226 −47,15 75 134 987 239 −34,15 75 187 987 252 −21,15 75 311 989 265 −8,15 75 512 992 278 4,85 75 799 995 291 17,85 76 180 1 000 304 30,85 76 668 1 007 317 43,85 77 273 1 015 330 56,85 78 011 1 025 343 69,85 78 896 1 036 356 82,85 79 945 1 050 T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 369 95,85 81 175 1 066 382 108,85 82 606 1 085 395 121,85 84 258 1 107 408 134,85 86 153 1 131 421 147,85 88 316 1 160 434 160,85 90 769 1 192 447 173,85 93 541 1 228 460 186,85 96 657 1 269 473 199,85 100 148 1 315 486 212,85 104 042 1 366 499 225,85 108 373 1 423 512 238,85 113 172 1 486 525 251,85 118 475 1 556 538 264,85 124 317 1 633 552 278,85 131 250 1 724 équation[10] : ${\displaystyle C_{P}=(20.461)+(1.2299E-1)\times T+(-1.6184E-4)\times T^{2}+(1.0199E-7)\times T^{3}+(-2.4444E-11)\times T^{4}}$ Capacité thermique du gaz en J•mol-1•K-1 et température en kelvins, de 100 à 1 500 K. Valeurs calculées : 45,254 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 100 −173,15 31 241 410 193 −80,15 38 869 510 240 −33,15 41 985 551 286 12,85 44 621 586 333 59,85 46 936 616 380 106,85 48 914 642 426 152,85 50 564 664 473 199,85 51 996 683 520 246,85 53 208 699 566 292,85 54 211 712 613 339,85 55 081 723 660 386,85 55 820 733 706 432,85 56 442 741 753 479,85 56 994 749 800 526,85 57 482 755 T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 846 572,85 57 912 761 893 619,85 58 317 766 940 666,85 58 696 771 986 712,85 59 051 776 1 033 759,85 59 402 780 1 080 806,85 59 742 785 1 126 852,85 60 065 789 1 173 899,85 60 379 793 1 220 946,85 60 673 797 1 266 992,85 60 931 800 1 313 1 039,85 61 152 803 1 360 1 086,85 61 316 805 1 406 1 132,85 61 404 806 1 453 1 179,85 61 399 806 1 500 1 226,85 61 275 805
Propriétés électroniques
1re énergie d'ionisation	10,068 5 ± 0,002 0 eV (gaz)[11]
Propriétés optiques
Indice de réfraction	${\displaystyle {\textit {n}}_{D}^{25}}$ 1,624[3]
Précautions
SGH[12]
Danger H225, H315, H319, H361fd et H372 H225 : Liquide et vapeurs très inflammables H315 : Provoque une irritation cutanée H319 : Provoque une sévère irritation des yeux H361fd : Susceptible de nuire à la fertilité. Susceptible de nuire au fœtus. H372 : Risque avéré d'effets graves pour les organes (indiquer tous les organes affectés, s'ils sont connus) à la suite d'expositions répétées ou d'une exposition prolongée (indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger)
SIMDUT[13]
B2, D1B, D2A, D2B, B2 : Liquide inflammable point d'éclair = −30,00 °C coupelle fermée méthode Setaflash D1B : Matière toxique ayant des effets immédiats graves létalité aiguë : CL50 inhalation/4 heures (souris) = 2 300 ppm D2A : Matière très toxique ayant d'autres effets toxiques embryotoxicité chez l'animal D2B : Matière toxique ayant d'autres effets toxiques toxicité chronique : neurotoxicité chez l'animal Divulgation à 0,1 % selon la liste de divulgation des ingrédients
NFPA 704
4 3 0
Transport
336 1131 Code Kemler : 336 : matière liquide très inflammable et toxique Numéro ONU : 1131 : DISULFURE DE CARBONE Classe : 3 Code de classification : FT1 : Matières solides inflammables, organiques, toxiques  ; Étiquettes : 3 : Liquides inflammables 6.1 : Matières toxiques Emballage : Groupe d'emballage I : matières très dangereuses ;
Écotoxicologie
LogP	1,84[1]
Seuil de l’odorat	bas : 0,01 ppm haut : 0,42 ppm[14]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Le disulfure de carbone est un solvant très toxique, utilisé en chimie pour dissoudre de nombreux composants organiques (notamment les résines, les cires et le caoutchouc) ainsi que le soufre, le phosphore blanc, le sélénium et l'iode.

Le disulfure de carbone est également utilisé comme intermédiaire de synthèse dans la fabrication de nombreux composés organiques soufrés : agents de vulcanisation du caoutchouc, produits pharmaceutiques, produits phytosanitaires (fongicides, insecticides). Au XIX^e siècle, il fut utilisé pour lutter contre le phylloxéra de la vigne.

Propriétés physiques

Le disulfure de carbone est un liquide dense et volatil, avec un haut degré d'inflammabilité dans l'air, une température d'auto-inflammation remarquablement basse ainsi qu'une sensibilité exacerbée à l'électricité statique.

Occurrence et synthèse

De petites quantités de disulfure de carbone sont synthétisées lors des éruptions volcaniques et dans les marais.

CS₂ a été produit industriellement à partir de la fin du XIX^e siècle, à partir de charbon (ou de coke) et de soufre vaporisé à haute température (800 à 1 000 °C). Cette méthode était cependant peu efficace sur le plan énergétique et elle a été remplacée à partir des années 1950 par la synthèse à base de gaz.

La filière gaz naturel utilise une température de réaction plus basse, de l'ordre de 600 °C ; la réaction est catalysée par du gel de silice ou de l'alumine^[15].

CH₄ + 1/2 S₈ → CS₂ + 2 H₂S

Cette réaction est analogue à la combustion du méthane. Bien que structurellement similaire au dioxyde de carbone, CS₂ est extrêmement inflammable :

CS₂ + 3 O₂ → CO₂ + 2 SO₂.

Réactions

Comparé au dioxyde de carbone, CS₂ est plus réactif vis-à-vis des nucléophiles et est plus facile à réduire. Cette différence de réactivité s'explique par le caractère p-donneur faible du soufre qui rend le carbone plus électrophile. Cette réactivité est très utilisée pour la synthèse de composés organosulfurés.

Additions nucléophiles

Les nucléophiles comme les amines réagissent pour donner des dithiocarbamates :

2 R₂NH + CS₂ → [R₂NH₂⁺][R₂NCS₂⁻].

Les xanthates se forment de façon similaire à partir d'alcoolates :

RONa + CS₂ → [Na⁺][ROCS₂⁻].

Cette réaction est le point de départ de la fabrication de cellulose réarrangée, principal composant de la rayonne (viscose) et de la cellophane. Les xanthates et leurs équivalents soufrés les thioxanthates (dérivé d'un traitement de CS₂ par des thiolates de sodium) sont utilisés comme agents de flottation dans le traitement de certains minerais. La réaction avec le sulfure de sodium donne l'ion trithiocarbonate :

Na₂S + CS₂ → [Na⁺]₂[CS₃²⁻].

Réduction

Le sodium réduit CS₂ et donne l'hétérocycle « dmit²⁻ »^[16] :

3 CS₂ + 4 Na → Na₂C₃S₅ + Na₂S.

Une réduction électrochimique directe donne l'anion tétrathiooxalate^[17] :

2 CS₂ + 2 e⁻ → C₂S₄²⁻.

Chloration

La production de tétrachlorure de carbone à partir de CS₂ est la voie de synthèse majoritairement employée^[15] :

CS₂ + 3 Cl₂ → CCl₄ + S₂Cl₂.

Cette conversion passe par l'intermédiaire thiophosgène, CSCl₂.

Chimie de coordination

CS₂ est un ligand impliqué dans de nombreux complexes, formant des recouvrements de type Pi. Par exemple CpCo(η²-CS₂)(PMe₃)^[18].

Utilisations

Publicité américaine de 1896 pour un insecticide au disulfure de carbone.

La principale utilisation du CS₂ est la fabrication des fibres de viscose^[19]. Il est aussi utilisé pour la synthèse de tétrachlorure de carbone et les feuilles de cellophane^[20].

La production mondiale était de l'ordre de 750 000 t en 1990. Elle diminue depuis à cause des contraintes sur l'utilisation de CCl₄ et du remplacement des films de cellophane par d'autres matériaux^[20].

Dangerosité

À des niveaux élevés, le disulfure de carbone peut être mortel, car il touche le système nerveux. Ce point est critique dans l'industrie de la rayonne viscose où il est présent en plus du sulfure d'hydrogène lui aussi toxique.

Le disulfure de carbone est particulièrement irritant pour les yeux et la peau. Il est considéré comme un des plus irritants pour cette dernière. Une ingestion par inhalation, lors d’une exposition courte, cause, à haute concentration, des tremblements, vertiges, hallucinations, troubles comportementaux, troubles de la marche ainsi que des mouvements désordonnés. Après une ingestion grave, survient un coma souvent convulsif, une défaillance respiratoire (paralysie) voire le décès de l’individu. Les survivants présentent par la suite des séquelles neurologiques^[21].

En cas d’exposition chronique, on remarque chez ces individus différents troubles neurocomportementaux : fatigue, irritabilité, céphalées, problème de concentration, vertiges, perte de poids, diminution de la force musculaire, troubles de la mémoire, du sommeil et de la libido et tendance dépressive.

En mai 2012, un wagon-citerne contenant 70 tonnes de disulfure de carbone a été accidenté lors d'une collision de trains à Godinne en Belgique. Par mesure de précaution en raison de la toxicité et du risque d'explosion durant le transvasement du produit, un périmètre de sécurité de 500 mètres a été délimité et tout un quartier a été évacué plusieurs jours^[22].

Le 18 mai 2022, un camion-citerne contenant du disulfure de carbone s'est renversé à la suite d'une collision sur l'autoroute A7, aux abords de Chasse-sur-Rhône en France. La sécurisation et le dépannage ont mobilisé 110 sapeurs pompiers, 26 engins, des gendarmes et des policiers. Un périmètre de sécurité de 1,5 km a été mis en place. La zone commerciale et l'autoroute ont été évacuées, et les habitants ont été invités à rester confinés à leur domicile^[23],[24].