Сульфит натрия

Шаблон:Не путать Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}}

Сульфи́т на́трия (сернистокислый натрий) — неорганическое соединение, соль натрия и сернистой кислоты с химической формулой Na₂SO₃. Белый порошок или кристаллы с солёным вкусом. Важная пищевая добавка, используемая в пищевой промышленности как консервант, антиоксидант, отбеливатель и стабилизатор цвета продуктов питанияШаблон:Переход. Входит в свод международных пищевых стандартов Кодекс Алиментариус под названием E221. Помимо пищевого применения, используется также в фотографии, при изготовлении тканей и вискозного волокна, при обработке руд цветных металлов и для обезвреживания сточных вод.

История

В фотографии впервые было использовано в 1882 году Х. Б. Беркли для пирогаллоловых проявителей с целью уменьшить пятна, возникающие на фотоматериале в процессе обработки. С 1882 года многие составы включали в себя сульфитные ионы, как правило с целями защиты проявителя от окисления, но в целом роль этих ионов была малопонятна и только спустя годы исследований удалось выявить значительный ряд функций этого соединения в составе проявляющих растворовШаблон:Sfn.

Физические свойства

Шаблон:Float box Соединение имеет вид бесцветных кристаллов гексагональной сингонии с параметрами: a=0,5459 нм, с=0,6160 нм, z=2, пространственная группа C3, также выпускается в виде мелкого белого порошка, иногда имеющего розоватый оттенок. Обладает холодящим солёным вкусом и слабым запахом диоксида серы. Молярная масса 126,04 г/моль, плотность 2,633 г/см³. Растворим в воде, при этом с ростом температуры растворимость сначала растёт, достигая максимума растворимости при 33,4 °C, затем начинает снижаться; растворимость составляет (в 100 г воды): 14,29 г (0 °C), 26,10 г (20 °C), 36,99 г (40 °C), 29,20 г (80 °C). Также растворим в этиловом спирте, нерастворим в жирах и маслахШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Образует гептагидрат Na₂SO₃·7H₂O при кристаллизации из водных растворов ниже 33,4 °C. Гептагидрат сульфита натрия имеет молярную массу 252,14 г/моль и плотность 1,539 г/см³Шаблон:SfnШаблон:Sfn.

Химические свойства

Сульфит натрия устойчив на воздухе при комнатной температуре, но при сильном нагревании разлагается с образованием плава сульфата натрия и сульфида натрияШаблон:SfnШаблон:Sfn:

$4\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3⟶\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}+3\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$,

при этом при температуре выше 800 °C разложение идёт до образования оксида натрия и диоксида серыШаблон:Sfn.

Гептагидрат сульфита натрия во влажном воздухе легко окисляется до сульфата натрия, для замедления окисления используют ингибиторы — гидрохинон, пирогаллол, 1,4-фенилендиамин. В сухом воздухе гептагидрат не окисляется, но частично теряет кристаллизационную воду, полностью обезвоживаясь при температуре 150—160 °CШаблон:Sfn.

Водные растворы сульфита натрия имеют щелочную реакцию, при их подкислении происходит выделение диоксида серыШаблон:Sfn.

Сульфит натрия является сильным восстановителем. В водных растворах находится в частично гидролизованном состоянии, легко окисляется кислородом воздуха, перманганатом калия, бихроматом калия, бромом, иодом и другими окислителями до сульфата натрия. Растворы сульфита натрия поглощают диоксид серы, образуя гидросульфит натрия, а при кипячении присоединяют серу с образованием тиосульфата натрия. В кислых растворах хлорида титана (III), двуххлористого олова и хлорида железа (II) восстанавливается до дитионита натрия или до сульфида натрияШаблон:Sfn.

Фотографические свойства

Многочисленные исследования свойств сульфита натрия в составе проявляющих растворов показали, что действие этого соединения не ограничивается узкой областью снижения количества пятен на эмульсии, образующихся в процессе обработки в некоторых окрашивающих проявителях, для чего это соединение было предложено изначально. Практически сразу сульфит натрия стал использоваться в своей роли основного универсального сохраняющего вещества, что было вызвано его многоаспектным действием на фотографические составы при всех этапах проявления и хранения растворовШаблон:Sfn.

Антиоксидант

Шаблон:Float box Основная роль сульфита натрия в составе фотографических проявляющих растворов заключается в защите органических проявляющих веществ от окисления кислородом воздуха. При высоком значении pH раствора проявляющее вещество в отсутствие сульфита быстро окисляется, становясь фотографически неактивным. Например, гидрохинон сначала превращается в хинон, вследствие чего раствор приобретает жёлтую окраску, а затем в фотографически неактивный оксихинон, окрашивающий раствор в тёмно-коричневый цвет. Небольшое количество сульфита натрия резко замедляет этот процесс за счёт того, что вместо гидрохинона с кислородом в первую очередь будет реагировать сам сульфит с образованием сульфата натрия. Присутствие же органического проявляющего вещества, в свою очередь, является ингибитором процесса окисления сульфита кислородомШаблон:Sfn.

Точный механизм ингибирования окисления органических проявляющих веществ неизвестен, но предполагается, что он обусловлен связыванием сульфитом натрия окрашенных окисленных форм проявляющих веществ, которые в несвязанном состоянии катализируют дальнейшее окисление своей неокисленной формыШаблон:Sfn.

Окисление гидрохинона кислородом воздуха в растворах, содержащих сульфит натрия, будет происходить уже не с образованием хинона и оксихинона, а с образованием бесцветного добезилата натрия, который также является проявляющим веществомШаблон:Sfn:

+ O₂ + 2 Na₂SO₃ $\text{-}>\mathrm{[}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{]}$ + Na₂SO₄ + NaOH

Разрыв цепи полимеризации

При проявлении гидрохиноном и его производными в растворе образуются семихиноны — высокоактивные и нестабильные соединения. Они имеют тенденцию к полимеризации в гуминовые кислоты, цепи которых в типичных условиях для фотографического проявления образуются из порядка 10 молекул окисленных остатков гидрохинона и имеют тёмную окраску. Так как на стадии образования семихинона сульфит реагирует с ним, то полимеризации, как правило, не происходит, а следовательно, не будет и каталитического воздействия данных полимерных соединений на неокисленную форму проявляющего вещества. Тем не менее, для пирогаллола сульфит не способен взаимодействовать с нерастворимыми окрашенными продуктами окисления, аналогично и для слабоокрашенных продуктов окисления фенидона и L-аскорбиновой кислотыШаблон:Sfn.

Гуминовая кислота, образующаяся из 10 молекул гидроксигидрохинона в безсульфитных проявителях по Х. Тилю и Х. КеттнеруШаблон:Sfn

Обесцвечивающий агент

Сульфит натрия в описанном выше процессе связывания окрашенных форм образует бесцветные соединения, вместо сильноокрашенных, тем самым снижая нежелательные пятна и окраску результирующего изображенияШаблон:Sfn.

Поддержание активности проявления

Окисленные остатки проявляющего вещества в растворе, хотя и непосредственно не реагируют с галогенидом серебра в эмульсии, но изменяют pH среды и другие её показатели, что может вести либо к нарастанию скорости проявления, либо к её спаду. Лишь немногие проявляющие вещества не дают подобного эффекта. Рост активности наблюдается в проработавших растворах проявляющих веществ, имеющих активные гидроксогруппы, например у глицина-фото. Если же проявляющее вещество имеет только аминогруппы, то скорость проявления будет падать. Превращение окисленных форм в сульфонаты при реакции с сульфитом стабилизирует и поддерживает активность, тем самым позволяя избегнуть нежелательного пере- или недопроявленияШаблон:Sfn.

Получение

Сульфит натрия получают:

• взаимодействием растворов карбоната натрия с диоксидом серыШаблон:Sfn:

$\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\uparrow$

$2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3⟶2\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\uparrow +\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

Процесс насыщения раствора диоксидом проводят под тягой при 40 °C, после этого кристаллизуют раствор, защищая его от действия кислорода, выход реакции 80%Шаблон:Sfn.

• нейтрализацией раствора NaHSO₃ раствором гидроксида натрия при 38—40 °C с последующим охлаждением и кристаллизацией гептагидрата.

$𝖭𝖺𝖧𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}𝖭𝖺𝖮𝖧\mathsf{\to }𝖭{𝖺}_{\mathrm{𝟤}}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

• реакцией гидроксида натрия и диоксида серы:

$\mathrm{𝟤}𝖭𝖺𝖮𝖧\mathsf{+}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }𝖭{𝖺}_{\mathrm{𝟤}}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Безводную соль:

• выделяют кристаллизацией при 100—105 °C. Если процесс проводится из технического продукта, то для осаждения примесей кальция, магния и других металлов в раствор предварительно добавляют небольшое количество гидроксида натрия и отфильтровывают выпавший осадок. Продукт стехиометрического состава при этом способе можно получить только в атмосфере водородаШаблон:Sfn;
• получают обезвоживанием гептагидрата;
• получают реакцией NaHSO₃ с Са(ОН)₂:

$2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_2⟶\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\mathrm{v}+\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

• получают как побочный продукт при производстве фенола из бензолсульфокислотыШаблон:Sfn.

Применение

В пищевой промышленности используется как консервант. Кодекс Алиментариус допускает индивидуальное использование или вместе с другими сульфитами, например, для морских полупродуктов до 300 мг/кг и до 30 мг/кг готовых продуктов, в замороженных картофельных изделиях до 50 мг/кг, а также в концентрате ананасового сока до 500 мг/кг. В РФ разрешён в различных готовых продуктах с концентрацией до 500 мг / кг (для сушёных фруктов и орехов) и в некоторых полупродуктах до 3 г/кг (для полупродуктов из вишни), в частности, в колбасных издениях до 450 мг/кг, в винах до 300 мг/кг. При содержании менее 10 мг/кг (в расчёте на диоксид серы) сульфит натрия допускается не указывать на этикеткеШаблон:Sfn.

Применяют для удаления следов хлора после отбеливания тканей, для удаления серы из вискозного волокна после формования, как флотореагент для руд цветных металлов, в производстве пестицидов, для обезвреживания сточных вод, содержащих хромШаблон:Sfn.

В фотографии используют как основное сохраняющее вещество в проявителях, входит в состав фиксажей и других растворовШаблон:SfnШаблон:Sfn.

В косметике применяется с допустимым содержанием 0,2% (свободного диоксида серы)Шаблон:Sfn.

Безопасность

Временно допустимая концентрация в воздухе составляет 0,1 мг/м³Шаблон:Sfn.

В качестве пищевой добавки допустимое суточное потребление составляет 0,7 мг/кг массы тела (в пересчёте на диоксид серы), установленное Объединённым экспертным комитетом ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам (JECFA) в 1998 году и впоследствии утверждённое Европейским агентством по безопасности продуктов питания (EFSA) в 2016 году. Уровень, не вызывающий видимых отрицательных эффектов (УНВОЭ) для животных составляет 70 мг/кг массы тела.

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) в США считает сульфит натрия как «общепризнанную безопасную» (GRAS) пищевую добавку, за исключением его использования в продуктах, признанных источником витамина B1 (тиамина), поскольку сульфит натрия (наряду с добавками E220-E228, выделяющими диоксид серы) разлагает этот витамин и его использование в перечне богатых витамином B1 продуктов, а также во фруктах и овощах запрещено.

Литература

• Шаблон:Публикация
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Публикация
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Публикация
• Шаблон:Книга

Ссылки

• Шаблон:Cite web