Le dioxyde de soufre, également appelé anhydride sulfureux (nom qui n’est plus employé en chimie), est un composé chimique de formule . Il s'agit d'un gaz incolore, dense et toxique, dont l'inhalation est fortement irritante. Il est libéré dans l'atmosphère terrestre par les volcans et par de nombreux procédés industriels, ainsi que par la combustion de certains charbons, pétroles et gaz naturels non désulfurés. L'oxydation du dioxyde de soufre, le plus souvent en présence de catalyseurs tels que le dioxyde d'azote , conduit au trioxyde de soufre et à l'acide sulfurique , d'où la formation de pluies acides A. F. Holleman et E. Wiberg, « », , San Diego, 2001 .. Elle a pour conséquence une inflammation de l'appareil respiratoire.
Le dioxyde de soufre est utilisé comme désinfectant, antiseptique, antibactérien, gaz réfrigérant, agent de blanchiment, gaz catalyseur pour les noyaux de fonderie dans le procédé Ashland et comme conservateur de produits alimentaires, notamment pour les fruits secs, dans la production de boissons alcoolisées comme pour l'élaboration du vin.
Structure de la molécule 200px|vignette|gauche|En bleu, les orbitales des électrons liants ().En rose, les doublets non liants ou .En vert, les orbitales des électrons liants ().
est une molécule coudée dans laquelle l'atome de soufre est à l'état d'oxydation +4. Du point de vue de la théorie des orbitales moléculaires, la plupart des électrons de valence sont engagés dans une liaison S=O.
La longueur des liaisons S=O du est de , inférieure à celle de cette liaison dans le monoxyde de soufre SO ().
Par analogie, les liaisons O-O dans l'ozone () sont plus longues que dans le dioxygène ().
De même, l'énergie de liaison moyenne est plus élevée dans () que dans SO (), alors qu'elle est plus faible dans () que dans ().
Ces considérations ont conduit les chimistes à conclure que les liaisons S=O du dioxyde de soufre ont un ordre de liaison au moins égal à 2, contrairement aux liaisons O-O de l'ozone, qui sont d'ordre 1,5 Norman N. Greenwood et A. Earnshaw, « », Butterworth-Heinemann , , Oxford, 1997 ..
Production Le dioxyde de soufre peut être préparé :
par combustion du soufre élémentaire :
+ → ;
par combustion de sulfure d'hydrogène ou de composés organosulfurés :
2 + 3 → 2 + 2 ;
par grillage des minéraux sulfurés comme la pyrite, la sphalérite ou le cinabre :
4 + 11 → 2 + 8 , 2 + 3 → 2 + 2 , + → + ;
comme produit résiduel de la fabrication du ciment : et sont chauffés avec du coke et du sable (dioxyde de silicium) :
2 + 2 + → 2 + 2 + ;
par acide sulfurique chaud sur de la limaille de cuivre
+ 2 → + + 2 .
Le dioxyde de soufre dissous dans l'eau est un acide bifonctionnel, et se divise en trois fractions en fonction des équilibres suivants :
.
Ces fractions dépendent de constantes thermodynamiques et du pH du vin.
On obtient également un dégagement de en mélangeant du métabisulfite de sodium avec de l'acide tartrique dans de l'eau, expérience proposée par certains coffrets d'initiation aux expériences de chimie.
Propriétés physiques Pression de vapeur saturante. :
Température Pression Température Pression Température Pression Température Pression
Dans l'industrie Dans l'industrie, le dioxyde de soufre sert surtout pour la production d'acide sulfurique. Ce dernier possède d'innombrables applications et est le produit chimique le plus utilisé seul ou combiné avec d'autres substances, comme le chlorure de thionyle . Le dioxyde de soufre est obtenu par combustion de soufre ou de pyrites, puis transformé en trioxyde de soufre () très pur par oxydation avec de l'air, catalysée par le platine ou du pentoxyde de vanadium. Le ainsi obtenu permet la fabrication directe d'acide sulfurique très concentré par simple hydratation.
La pollution atmosphérique en dioxyde de soufre issue de l'industrie provient principalement de la consommation de combustibles fossiles. En effet, du soufre est naturellement contenu dans ces combustibles, et leur combustion génère du . Il peut aussi provenir de l'industrie métallurgique, des procédés de fabrication d'acide sulfurique, de la conversion de la pulpe de bois en papier, de l'incinération des ordures et de la production de soufre élémentaire.
La combustion du charbon est la source synthétique la plus importante et représente environ 50 % des émissions globales annuelles. Celle du pétrole représente encore 25 à 30 %.
Les rejets industriels de dioxyde de soufre peuvent être réduits grâce à la mise en place de procédés de désulfuration.
Dans l'environnement vignette|left|Émission naturelle, d'origine volcanique, de . Le dioxyde de soufre est produit naturellement par les éruptions volcaniques.
Le joue plutôt un rôle refroidissant pour la planète, car il peut servir de noyau de nucléation à des aérosols dont l'albédo est assez élevé, c'est-à-dire réfléchissant les rayons du Soleil sans les absorber. Ce mécanisme est d'une grande importance dans l'atmosphère mais la durée de vie du et des aérosols induits est de quelques années, là où est la durée de vie du atteint le siècle.
La dernière éruption majeure du Pinatubo a relâché jusqu'à de dans l'air ( au total, la quantité la plus importante jamais mesurée par des instruments modernesStephen Self , The Atmospheric Impact of the 1991 Mount Pinatubo Eruption, Fire and Mud: Eruptions and Lahars of Mount Pinatubo, Philippines, 1997.), ce qui a affecté la couche d'ozone et modifié la météo en refroidissant significativement la planète et en modifiant la pluviométrie durant au moins deux ans. À noter toutefois qu'en 1986, les émissions anthropiques des seuls États-Unis () étaient comparables à cette émission-record du Pinatubo.
La géoingénierie solaire étudie l'utilisation du comme moyen d'enrayer le réchauffement climatique. Les modèles montrent que les aérosols issus de l'injection de grandes quantités de dans la stratosphère basse pourraient compenser la montée des températures dans l'ensemble du système terrestre., en réfléchissant une partie du rayonnement solaire. Des incertitudes persistent sur l'impact d'un tel procédé, notamment sur les modifications du cycle de l'eau. Par ailleurs, l'utilisation d'aérosols dans ce cadre ne permettrait pas de régler le problème d'acidification des océans. et risquerait au contraire d'augmenter l'incidence des pluies acides, entre autres causées par la présence de .
Polluant atmosphérique
Le dioxyde de soufre est l'un des polluants majeurs de l'atmosphère depuis le début de la révolution industrielle, en raison des grandes quantités de charbon, puis de pétrole et de gaz brûlés par les humains, essentiellement dans l'hémisphère nord. Il a des effets significatifs sur la santé publiqueSulfur Dioxide, EPA et est un des responsables des smogs qui affectent les grandes villes industrialisées. Les impacts furent particulièrement sévères au début et milieu du dans les grandes villes européennes (Londres en particulier avec le Grand smog de Londres). Il est désormais un phénomène courant dans les mégapoles asiatiques.
En outre, la concentration de dioxyde de soufre dans l'air dégrade les écosystèmes : c'est un acidifiant chronique des pluies et l'acidification des sols et des sédiments favorisent la libération de métaux toxiques (métaux lourds, métalloïdes, radionucléides) ainsi que leur biodisponibilitéHogan, C. Michael, « Abiotic factor » in Encyclopedia of Earth, 2010, Emily Monosson et C. Cleveland (éditeurs), National Council for Science and the Environment, Washington DC..
Les émissions de dioxyde de soufre sont (avec les nitrates) des précurseurs des pluies acides mais elles contribuent aussi à la formation d'aérosols atmosphériques qui modifient significativement le climat. En grande partie grâce au programme de l'Environmental Protection Agency, les États-Unis qui comptaient parmi les plus gros émetteurs ont enregistré une diminution de 33 % des émissions de 1983 à 2002. Cette amélioration résulte essentiellement de la désulfuration des gaz de combustion, une technologie qui permet de récupérer du soufre dans les gaz de combustion des centrales au charbon et au pétrole en particulier en le faisant réagir avec de la chaux pour former du sulfite de calcium : CaO + → L'oxydation aérobie du donne du , anhydrite.
La plus grande partie du gypse vendu en Europe provient maintenant de la désulfuration des gaz de combustion.
Dans une chaudière industrielle à lit fluidisé, le soufre peut être ôté du charbon au moment de sa combustion en ajoutant du calcaire comme matériau dans le lit. On parle de « combustion à lit fluidisé »..
Le soufre peut aussi être éliminé de certains combustibles (pétrole, gaz) avant même la combustion, ce qui empêche la formation de lorsque le combustible est brûlé et protège les installations des effets corrosifs du soufre. Le procédé Claus est utilisé dans les raffineries pour produire du soufre en tant que sous-produit. Le procédé de Stretford a aussi été utilisé pour éliminer le soufre du carburant. Les procédés reposant sur une réaction d'oxydoréduction à base d'oxydes de fer peuvent enfin être utilisés, par exemple, le procédé « Lo-Cat »FAQ's About Sulfur Removal and Recovery using the LO-CAT Hydrogen Sulfide Removal System. gtp-merichem.comProcess screening analysis of alternative gas treating and sulfur removal for gasification , décembre 2002, Report by SFA Pacific, Inc. prepared for U.S. Department of Energy (consulté le 31 octobre 2011)..
L'utilisation obligatoire de carburants désoufrés pour certains usages a permis de diminuer les quantités émises dans l'air à partir des années 1970, mais des dérogations accordées au transport maritime et à certaines industries expliquent des émissions qui restent importantes. Par ailleurs au début du , la Chine et l'Inde, en brûlant de grandes quantités de charbon, restent des émetteurs majeurs de gaz soufrés. Certains additifs pour carburants (ex à base de calcium et de carboxylate de magnésium) peuvent être utilisés dans les moteurs marins pour réduire les émissions de dioxyde de soufre dans l'atmosphèreMay, Walter R., Marine Emissions Abatement, SFA International, Inc., ..
En 2006, la Chine était le plus grand pollueur au dioxyde de soufre au monde, en grande partie pour produire des biens de consommation utilisés dans d'autres pays (« émissions grises »). En 2005, les émissions chinoises étaient estimées à , presque comparables à celles des États-Unis en 1980, et étaient en forte augmentation (croissance de plus de 27 % en cinq ans de 2000 à 2005)China has its worst spell of acid rain, United Press International, 22 septembre 2006.. Pour moins subir les retombées acides de la Chine, le Japon a décidé en 2007 de l'aider à développer les énergies propresMichel Temman, « Victime de ses rejets, Tokyo aide Pékin à se mettre au vert », Libération, 16 avril 2007, ..
Dans l'agroalimentaire Il est largement utilisé dans l'agroalimentaire et l'agro-industrie et est principalement présent dans : les vins, essentiellement rosés et blancs qui présentent moins de tannins que les vins rouges et subissent donc une plus forte oxydation. Le dioxyde de soufre permet de réduire celle-ci ; les vinaigres ; les fruits secs ; les viandes, les gelées utilisées en charcuterie, les bières et autres boissons fermentées ; confiseries, confitures, fruits confits, gelées, marmelades, sirops
En vinification
Dans le vin, le dioxyde de soufre est présent sous forme libre hydratée : ou acide sulfureux, qui se combine aux 2/3 à des constituants du vin. On a ainsi total = libre + combiné.