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亞硫酸鈣

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亞硫酸鈣
IUPAC名
Calcium sulfite
別名 E226
識別
CAS號 10257-55-3(無水)  ✓
72878-03-6(四水)  ☒N
29501-28-8(半水)  ☒N
PubChem 159274
ChemSpider 8329549
SMILES
InChI
InChIKey GBAOBIBJACZTNA-NUQVWONBAU
性質
化學式 CaSO3
摩爾質量 120.17 g·mol⁻¹
外觀 白色固體
熔點 600 °C(873 K)
溶解性 0.0043 g/100 mL, 18℃
危險性
閃點 不可燃
相關物質
其他陰離子 硫酸鈣
其他陽離子 亞硫酸鈉
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

亞硫酸鈣屬於亞硫酸鹽與鈣鹽,化學式。亞硫酸鈣有兩種已知結晶水合物:半水合亞硫酸鈣與四水合亞硫酸鈣[1],均為白色固體。亞硫酸鈣是煙氣脫硫的產物之一。

用途

乾壁

在製備乾壁的主要成分石膏的過程中,亞硫酸鈣是一種中間產物。一間典型的全新美國房屋含有7公噸石膏[2]

食品添加劑

亞硫酸鈣可用作防腐劑,E編碼為E226[3]。與其他亞硫酸鹽抗氧化劑類似,亞硫酸鈣廣泛用於保存葡萄酒、蘋果酒、水果汁、罐頭水果、蔬菜等[4]。在溶液中,亞硫酸鹽是強還原劑,作為除氧劑英語oxygen scavenger起到保存食品的作用。因為部分人群對亞硫酸鹽過敏,所以有必要對其進行標註。[5][6]

木漿生產

化學木漿的生產過程是溶解掉木片中的木質素,分離出原本與前者緊密結合的纖維素。在亞硫酸鹽製漿法英語sulfite process中,用來分離木質素的鹽可以是亞硫酸鈣。人們曾經用過亞硫酸鈣,但如今鎂和鈉的亞硫酸鹽與亞硫酸氫鹽已廣泛取代之。另一種製漿法是硫酸鹽製漿法,使用的是氫氧化物與硫化物[7]

酸抑制劑

煤中的二硫化鐵在空氣中煅燒會生成酸性氣體,溶於水形成酸,污染環境:

亞硫酸鹽具有還原性,可以除去氧氣從而抑制酸的形成。亞硫酸的鈉鹽、鉀鹽和銨鹽都相對較貴且生產規模較小,而已經大規模生產的亞硫酸鈣是該過程中較理想的酸抑制劑。[8]

製備

通過煙氣脫硫英語Flue-gas desulfurization(FGD)可大量製備亞硫酸鈣。煙道氣指的是煤等化石燃料燃燒後得到的一類副產物,通常包括SO2。人們為了防止酸雨而限制二氧化硫排放,在其他氣體從煙囪排出之前,需要除去二氧化硫。比較經濟的做法是用熟石灰(Ca(OH)2)或石灰石(CaCO3)處理。

理想狀況下,用石灰石除去二氧化硫的反應如下:

SO2 + CaCO3 → CaSO3 + CO2

理想狀況下,用熟石灰除去二氧化硫的反應如下:[9][10]

SO2 + Ca(OH)2 → CaSO3 + H2O

如果體系中存在氧氣,亞硫酸根就會被氧化為硫酸根,最後可以得到二水合硫酸鈣晶體,即石膏[11]

實驗室製法則是令氯化鈣水溶液與亞硫酸鈉水溶液反應:

CaCl2 + Na2SO3 → CaSO3 + 2 NaCl

結構

亞硫酸鈣的結構已由X射線晶體學檢驗得出[12]

半水合亞硫酸鈣晶體中,鈣的配位數是6,每個鈣離子連有五個亞硫酸根的氧原子及一個水分子中的氧原子,六個氧原子組成三角反稜柱的形狀。半水合亞硫酸鈣晶體熱力學較穩定的原因可能是Ca-O鍵在整個晶體中延展形成網狀結構。[13]

四水合亞硫酸鈣只在低溫下穩定,在室溫下會迅速轉變為半水合物,因此獲得四水合物單晶並分析結構較為困難。不過,使用瓊脂製造溶膠環境即可減慢反應物分子的速度,便於結晶,從而製得晶體。[14]四水合亞硫酸鈣晶體中鈣的配位數同樣為6,兩個氧原子來自亞硫酸根,四個來自水分子。其熱力學不穩定的原因可能是其中的亞硫酸根離子處於無序狀態。[15]

參見

參考文獻

  1. ^ 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. 
  2. ^ USGS Gypsum Statistics and Information. USGS. [2017-08-02]. (原始內容存檔於2017-05-13). 
  3. ^ Current EU approved additives and their E Numbers. United Kingdom: Food Standards Agency. 2010 [2017-08-04]. (原始內容存檔於2012-02-07). 
  4. ^ Sulfites.org. Sulfites in Foods. [2017-08-04]. (原始內容存檔於2017-08-01). 
  5. ^ 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. 
  6. ^ 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. 
  7. ^ Ropp, Richard. Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Elsevier Science Technology. 2013: 145–148. 
  8. ^ 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. 
  9. ^ Hudson, JL. Sulfur Oxidation in Scrubber Systems. University of Virginia. 1980. 
  10. ^ Miller, Bruce. Coal Energy Systems. Elsevier Science Technology. 2004: 294–299. 
  11. ^ 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. 
  12. ^ Yasue, Tamotsu; Arai, Yasuo. Crystal structure of calcium sulfite. Gypsum & Lime (Jap. Language). 1986, 203: 235–244. 
  13. ^ 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. 
  14. ^ 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. 
  15. ^ 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. 
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亞硫酸鈣
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