stringtranslate.com

Сероуглерод

Сероуглерод (также пишется как дисульфид углерода ) представляет собой неорганическое соединение с химической формулой CS 2 и структурой S=C=S . Это бесцветная, легковоспламеняющаяся, нейротоксичная жидкость, которая используется в качестве строительного блока в органическом синтезе. Чистый сероуглерод имеет приятный запах, напоминающий эфир или хлороформ , но коммерческие образцы обычно желтоватые и обычно загрязнены примесями с неприятным запахом. [7]

История

В 1796 году немецкий химик Вильгельм Август Лампадиус (1772–1842) впервые получил сероуглерод путем нагревания пирита с влажным древесным углем. Он назвал ее «жидкой серой» ( flussig Schwefel ). [8] Окончательно состав сероуглерода был определен в 1813 году группой шведского химика Йенса Якоба Берцелиуса (1779–1848) и швейцарско-британского химика Александра Марсета (1770–1822). [9] Их анализ соответствовал эмпирической формуле CS 2 . [10]

Возникновение, производство, свойства

Небольшие количества сероуглерода выделяются в результате извержений вулканов и болот . CS 2 когда-то производился путем объединения углерода (или кокса ) и серы при температуре 800–1000 °C. [11]

С + 2S → КС 2

В реакции с более низкой температурой, требующей всего 600 ° C, в качестве источника углерода используется природный газ в присутствии катализаторов из силикагеля или оксида алюминия : [7]

2 СН 4 + С 8 → 2 КС 2 + 4 Н 2 С

Реакция аналогична горению метана .

Мировое производство/потребление сероуглерода составляет около одного миллиона тонн, при этом Китай потребляет 49%, за ним следует Индия с 13%, в основном для производства вискозного волокна. [12] Производство в США в 2007 году составило 56 000 тонн. [13]

Растворитель

Сероуглерод является растворителем фосфора , серы, селена , брома , йода , жиров , смол , резины и асфальта . [14]

Реакции

При сжигании CS 2 образуется диоксид серы в соответствии с идеальной стехиометрией:

CS 2 + 3  O 2 → CO 2 + 2  SO 2

С нуклеофилами

Например, амины образуют дитиокарбаматы : [15]

2  R 2 NH + CS 2 → [R 2 NH 2 + ][R 2 NCS 2 − ]

Ксантогенаты образуются аналогично из алкоксидов : [15]

RONa + CS 2 → [Na + ][ROCS 2 − ]

Эта реакция лежит в основе производства регенерированной целлюлозы , основного ингредиента вискозы , вискозы и целлофана . И ксантогенаты, и родственные им тиоксантогенаты (полученные в результате обработки CS 2 тиолатами натрия ) используются в качестве флотореагентов при переработке полезных ископаемых.

При обработке сульфидом натрия из сероуглерода образуется тритиокарбонат : [15]

Na 2 S + CS 2 → [Na + ] 2 [CS 3 2− ]

Сероуглерод гидролизуется с трудом, хотя процесс катализируется ферментом дисульфидгидролазой .

По сравнению с изоэлектронным диоксидом углерода CS 2 является более слабым электрофилом . Однако, хотя реакции нуклеофилов с CO 2 весьма обратимы и продукты выделяются только с очень сильными нуклеофилами, реакции с CS 2 термодинамически более выгодны, позволяя образовывать продукты с менее реакционноспособными нуклеофилами. [16]

Снижение

Восстановление сероуглерода натрием дает 1,3-дитиол-2-тион-4,5-дитиолат натрия вместе с тритиокарбонатом натрия : [17]

4  Na + 4  CS 2 → Na 2 C 3 S 5 + Na 2 CS 3

Хлорирование

Хлорирование CS 2 обеспечивает путь к четыреххлористому углероду : [7]

CS 2 + 3 Cl 2 → CCl 4 + S 2 Cl 2

Это превращение происходит при посредничестве тиофосгена CSCl 2 .

Координационная химия

CS 2 является лигандом многих металлокомплексов, образующих пи-комплексы. Одним из примеров является Cp Co( η 2 -CS 2 )(P Me 3 ). [18]

Полимеризация

CS 2 полимеризуется при фотолизе или под высоким давлением с образованием нерастворимого материала, называемого кар-сул или «черный Бриджмен», названного в честь первооткрывателя полимера Перси Уильямса Бриджмена . [19] Тритиокарбонатные (-SC(S)-S-) связи частично составляют основную цепь полимера, который является полупроводником . [20]

Использование

Основными видами промышленного использования сероуглерода, на которые приходится 75% годового производства, является производство вискозного волокна и целлофановой пленки. [21]

Это также ценный промежуточный продукт в химическом синтезе четыреххлористого углерода . Он широко используется в синтезе сераорганических соединений, таких как ксантогенаты , которые используются в пенной флотации — методе извлечения металлов из руд. Сероуглерод также является предшественником дитиокарбаматов , которые используются в качестве лекарств (например, метамнатрия ) и в химии каучука .

Нишевое использование

Реклама инсектицида с сероуглеродом из номера журнала The American Elevator and Grain Trade за 1896 год.

Его можно использовать для фумигации герметичных складов, герметичных плоских хранилищ, бункеров, элеваторов , железнодорожных крытых вагонов , корабельных трюмов, барж и зерновых заводов. [22] Сероуглерод также используется в качестве инсектицида для фумигации зерна, саженцев, при консервировании свежих фруктов и в качестве дезинфицирующего средства для почвы против насекомых и нематод . [23]

Влияние на здоровье

Сероуглерод связан как с острыми , так и с хроническими формами отравлений с разнообразным спектром симптомов. [24]

Концентрации 500–3000 мг/м 3 вызывают острые и подострые отравления. К ним относится набор преимущественно неврологических и психиатрических симптомов, называемый сульфокарбоновой энцефалопатией. Симптомы включают острый психоз (маниакальный бред , галлюцинации ), параноидальные идеи, потерю аппетита, желудочно-кишечные и сексуальные расстройства, полиневрит , миопатию и изменения настроения (в том числе раздражительность и гневливость). Эффекты, наблюдаемые при более низких концентрациях, включают неврологические проблемы ( энцефалопатия , психомоторные и психологические нарушения, полиневриты , нарушения нервной проводимости), проблемы со слухом , проблемы со зрением (жжение в глазах, аномальные реакции на свет, повышение глазного давления), проблемы с сердцем (повышение смертности от сердечных заболеваний). , стенокардия , высокое кровяное давление ) и репродуктивные проблемы (учащение выкидышей , неподвижность или деформация сперматозоидов), а также снижение иммунного ответа. [25] [26]

Профессиональное воздействие сероуглерода также связано с сердечно-сосудистыми заболеваниями , особенно с инсультом . [27]

В 2000 году ВОЗ считала, что вред для здоровья маловероятен при уровнях ниже 100 мкг/м 3 , и установила этот уровень в качестве рекомендуемого уровня. [ требуется обновление ] Сероуглерод можно почувствовать при концентрации выше 200 мкг/м 3 , а ВОЗ рекомендовала сенсорный уровень ниже 20 мкг/м 3 . Хорошо известно, что воздействие сероуглерода вредно для здоровья в концентрациях 30 мг/м 3 или выше . Изменения в функции центральной нервной системы наблюдались при концентрациях 20–25 мг/м 3 . Имеются также сообщения о вреде для здоровья при концентрации 10 мг/м 3 при воздействии в течение 10–15 лет, но отсутствие достоверных данных об уровнях воздействия в прошлом делает неопределенными выводы о связи этого вреда с концентрациями 10 мг/м 3 . Измеренная концентрация 10 мг/м 3 может быть эквивалентна концентрации в окружающей среде 1 мг/м 3 . [25]

Источники окружающей среды

Основным источником сероуглерода в окружающей среде являются вискозные фабрики. [25] По состоянию на 2008 год большая часть глобальных выбросов сероуглерода приходится на производство вискозы. [28] Другие источники включают производство целлофана , четыреххлористого углерода , [28] технического углерода и рекуперацию серы. Производство сероуглерода также приводит к выбросам сероуглерода. [29]

По состоянию на 2004 год на килограмм произведенного вискозного волокна выбрасывается около 250 г сероуглерода. На килограмм произведенного технического углерода выделяется около 30 г сероуглерода. На килограмм извлеченной серы выделяется около 0,341 г сероуглерода. [29]

Япония сократила выбросы сероуглерода на килограмм произведенного вискозы, но в других странах-производителях вискозы, включая Китай, выбросы считаются неконтролируемыми (на основе глобального моделирования и крупномасштабных измерений концентрации в открытом воздухе). Производство вискозы остается стабильным или снижается, за исключением Китая, где оно растет по состоянию на 2004 год . [29] При производстве технического углерода в Японии и Корее используются мусоросжигательные печи для уничтожения около 99% сероуглерода, который в противном случае был бы выброшен в атмосферу. [29] При использовании в качестве растворителя выбросы в Японии составляют около 40% используемого сероуглерода; в других местах средний показатель составляет около 80%. [29]

Большая часть производства вискозы использует сероуглерод. [30] [31] Единственным исключением является вискоза, изготовленная с использованием лиоцелл- процесса, при котором используется другой растворитель; по состоянию на 2018 год лиоцелловый процесс широко не используется, поскольку он дороже, чем вискозный. [32] [33] В медноаммиачном районе также не используется сероуглерод.

Историческое и нынешнее воздействие

В группе высокого риска находятся промышленные рабочие, работающие с сероуглеродом. Выбросы также могут нанести вред здоровью людей, живущих вблизи районных предприятий. [25]

Опасения по поводу воздействия сероуглерода имеют давнюю историю. [21] [34] [35] : 79  Около 1900 года сероуглерод стал широко использоваться в производстве вулканизированной резины . Психоз , вызванный высоким воздействием, стал очевидным сразу (о нем сообщалось после 6 месяцев воздействия [25] ). Сэр Томас Оливер рассказал историю о резиновой фабрике , которая поставила решетки на окна, чтобы рабочие не выпрыгивали насмерть ( самоубийство ). [35] : 17  Использование сероуглерода в США в качестве яда, более тяжелого, чем воздух, для сусликов Ричардсона, также привело к сообщениям о психозе. Никакого систематического медицинского исследования по этому вопросу не было опубликовано, а знания не были переданы районной промышленности. [30]

Первое крупное эпидемиологическое исследование среди районных рабочих было проведено в США в конце 1930-х годов и выявило довольно серьезные последствия у 30% рабочих. Данные о повышенном риске инфарктов и инсультов появились в 1960-х годах. Компания Courtaulds , крупный производитель вискозы, приложила все усилия, чтобы предотвратить публикацию этих данных в Великобритании. [30] Средние концентрации в отобранных районных растениях снизились примерно с 250 мг/м 3 в 1955–1965 годах до примерно 20–30 мг/м 3 в 1980-х годах (только данные США? [ ориентированные на Соединенные Штаты ] ). [25] С тех пор производство вискозы в значительной степени переместилось в развивающиеся страны, особенно в Китай, Индонезию и Индию. [31] [30]

Уровень инвалидности на современных фабриках по состоянию на 2016 год неизвестен . [31] [36] Нынешние производители, использующие вискозный процесс, не предоставляют никакой информации о вреде для своих работников. [30] [31]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abcdefghijk «Свойства вещества: сероуглерод». chemister.ru .
  2. ^ Зейделл, Атертон; Линке, Уильям Ф. (1952). Растворимость неорганических и органических соединений . Ван Ностранд.
  3. ^ ab Сероуглерод в Линстреме, Питере Дж.; Маллард, Уильям Г. (ред.); Интернет-книга NIST по химии, справочная база данных стандартов NIST № 69 , Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсбург (Мэриленд) (получено 27 мая 2014 г.).
  4. ^ ab Sigma-Aldrich Co. , Сероуглерод. Проверено 27 мая 2014 г.
  5. ^ abcd Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0104». Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  6. ^ ab «Сероуглерод». Непосредственно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  7. ^ abc Холлеман, Арнольд Фредерик; Виберг, Эгон (2001), Виберг, Нильс (ред.), Неорганическая химия , перевод Иглсона, Мэри; Брюэр, Уильям, Сан-Диего/Берлин: Academic Press/De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5.
  8. ^ Лампадий (1796). «Etwas über flüssigen Schwefel, und Schwefel-Leberluft» [Кое-что о жидкой сере и серосодержащем газе (то есть сероводороде)]. Chemische Annalen für die Freunde der Naturlehre, Arzneygelährtheit, Haushaltungskunst und Manufacturen (Химические анналы для друзей науки, медицины, экономики и производства) (на немецком языке) (2): 136–137.
  9. ^ Берцелиус, Дж.; Марсет, Александр (1813). «Опыты со спиртом серы или сероуглеродом». Философские труды Лондонского королевского общества . 103 : 171–199. дои : 10.1098/rstl.1813.0026 . S2CID  94745906.
  10. ^ (Берцелиус и Марсет, 1813), с. 187.
  11. ^ Варнеке, Фридрих (1941). «Die gewerbliche Schwefelkohlenstoffvergiftung». Archiv für Gewerbepathologie und Gewerbehygiene (на немецком языке). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа». 11 (2): 198–248. дои : 10.1007/bf02122927. ISSN  0340-0131. S2CID  72106188.
  12. ^ «Отчет о сероуглероде от IHS Chemical» . Проверено 15 июня 2013 г.
  13. ^ «Химический профиль: сероуглерод с сайта ICIS.com» . Проверено 15 июня 2013 г.
  14. ^ «Сероуглерод». Акзо Нобель. Архивировано из оригинала 3 сентября 2017 г. Проверено 16 декабря 2010 г.
  15. ^ abc Ёкояма, Масатака; Имамото, Цунео (1984). «Органические реакции сероуглерода». Синтез . Георг Тиме Верлаг КГ. 1984 (10): 797–824. дои : 10.1055/с-1984-30978. ISSN  0039-7881.
  16. ^ Ли, Чжэнь; Майер, Роберт Дж.; Офиал, Армин Р.; Майр, Герберт (27 апреля 2020 г.). «От карбодиимидов к диоксиду углерода: количественная оценка электрофильной активности гетероалленов». Журнал Американского химического общества . 142 (18): 8383–8402. doi : 10.1021/jacs.0c01960. PMID  32338511. S2CID  216557447.
  17. ^ «4,5-Дибензоил-1,3-дитиол-1-тион» . Орг. Синтез . 73 : 270. 1996. doi : 10.15227/orgsyn.073.0270.
  18. ^ Вернер, Хельмут (1982). «Новые координационные соединения, образованные из CS 2 и гетероалленов». Обзоры координационной химии . 43 : 165–185. дои : 10.1016/S0010-8545(00)82095-0.
  19. ^ Бриджмен, PW (1941). «Исследования предела полезного давления». Журнал прикладной физики . 12 (6): 461–469. Бибкод : 1941JAP....12..461B. дои : 10.1063/1.1712926.
  20. ^ Отиай, Бунго; Эндо, Такеши (2005). «Углекислый газ и сероуглерод как ресурсы для функциональных полимеров». Прогресс в науке о полимерах . 30 (2): 183–215. doi :10.1016/j.progpolymsci.2005.01.005.
  21. ^ аб Лэй, Маньчжурия DS; Зауэрхофф, Митчелл В.; Сондерс, Дональд Р.; «Сульфид углерода», в Энциклопедии промышленной химии Ульмана , Wiley-VCH, Вайнхайм, 2000 г., номер : 10.1002/14356007.a05_185.
  22. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  23. ^ Уортинг, Чарльз Р.; Ханс, Рэймонд Дж. (1991). Руководство по пестицидам, Всемирный сборник (9-е изд.). Британский совет по защите растений. ISBN 9780948404429.
  24. ^ «ATSDR - Заявление общественного здравоохранения: сероуглерод» . www.atsdr.cdc.gov . Проверено 17 января 2020 г.
  25. ^ abcdef «Глава 5.4: Сероуглерод». Рекомендации по качеству воздуха (PDF) (2-е изд.). Европейское региональное бюро ВОЗ, Копенгаген, Дания. 2000 . Проверено 31 июля 2021 г.
  26. ^ Предотвращение потери слуха, вызванной химическим (ототоксичностью) и шумовым воздействием (Отчет). Министерство здравоохранения и социальных служб США, Служба общественного здравоохранения, Центры по контролю и профилактике заболеваний, Национальный институт безопасности и гигиены труда. 01.03.2018. дои : 10.26616/nioshpub2018124 .
  27. ^ «Охрана труда и безопасность – химическое воздействие». www.sbu.se. _ Шведское агентство по оценке технологий здравоохранения и социальных услуг (SBU). Архивировано из оригинала 6 июня 2017 г. Проверено 7 июня 2017 г.
  28. ^ ab «Оценка воздействия сероуглерода на здоровье для обсуждения HEAC в апреле 2008 г.» . Отдел охраны труда (DOC). Департамент производственных отношений штата Калифорния. Апрель 2008 года . Проверено 24 марта 2023 г.
  29. ^ abcde Блейк, Никола Дж. (2004). «Сульфид карбонила и сероуглерод: крупномасштабное распространение в западной части Тихого океана и выбросы из Азии в ходе TRACE-P». Журнал геофизических исследований . 109 (Д15): Д15С05. Бибкод : 2004JGRD..10915S05B. дои : 10.1029/2003JD004259 . S2CID  43793469.
  30. ^ abcde Свон, Норман; Блан, Поль (20 февраля 2017 г.). «Нагрузка на здоровье вискозного волокна». Национальное радио ABC . Проверено 24 марта 2023 г.
  31. ^ abcd Нейхаус, Мишель (2009). «Бамбуковый бум: этот материал для вас?». Специальные издания Scientific American . Том. 19, нет. 2. С. 60–65. Бибкод : 2009SciAm..19f..60N . Проверено 24 марта 2023 г.
  32. ^ «Регенерированная целлюлоза с помощью процесса Lyocell, краткий обзор процесса и свойств :: BioResources». БиоРес . 2018.
  33. ^ Тирни, Джон Уильям (2005). Кинетика растворения целлюлозы в N-метилморфолин-N-оксиде и процессы испарения подобных растворов (Диссертация).
  34. ^ Сент-Клер, Кассия (2018). Золотая нить: как ткань изменила историю . Лондон: Джон Мюррей. стр. 213–215. ISBN 978-1-4736-5903-2. ОСЛК  1057250632.
  35. ^ Аб Блан, доктор медицинских наук, Пол Дэвид (15 ноября 2016 г.). Поддельный шелк / Смертельная история вискозного шелка. Издательство Йельского университета. ISBN 9780300204667. Проверено 17 декабря 2020 г. в 1915 году... [из 16] случаев отравления сероуглеродом... один рабочий был ненадолго помещен в приют, а у нескольких других возникли жалобы на нервную систему...
  36. ^ Моноссон, Эмили (2016). «Токсичный текстиль». Наука . 354 (6315): 977. Бибкод : 2016Sci...354..977M. doi : 10.1126/science.aak9834. PMID  27884997. S2CID  45869497.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме сероуглерода .
В Wikisource есть текст статьи « Сероуглерод » из Британской энциклопедии 1911 года .