亞硫酸鈣

亞硫酸鈣
	IUPAC名; Calcium sulfite
別名	E226
識別
CAS編號	10257-55-3（無水） ; 72878-03-6（四水） [NIST]; 29501-28-8（半水） [NIST]
PubChem	159274
ChemSpider	8329549
SMILES	[Ca+2].[O-]S([O-])=O;
InChI	1/Ca.H2O3S/c;1-4(2)3/h;(H2,1,2,3)/q+2;/p-2;
InChIKey	GBAOBIBJACZTNA-NUQVWONBAU
性質
化學式	CaSO3
莫耳質量	120.17 g·mol⁻¹
外觀	白色固體
熔點	600 °C（873 K）
溶解性（水）	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，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

亞硫酸鈣屬於亞硫酸鹽與鈣鹽，化學式 ${\ce {CaSO3.xH2O}}$ 。亞硫酸鈣有兩種已知結晶水合物：半水合亞硫酸鈣 ${\ce {CaSO3.1/2H2O}}$ 與四水合亞硫酸鈣 ${\ce {CaSO3.4H2O}}$ ^[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。^{[來源請求]}

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：

${\rm {FeS_{2}+3.5O_{2}+H_{2}O\rightarrow Fe^{2+}+2SO_{4}^{2-}+2H^{+}}}$
${\rm {2Fe^{2+}+0.5O_{2}+2H^{+}\rightarrow 2Fe^{3+}+H_{2}O}}$
${\rm {FeS_{2}+14Fe^{3+}+8H_{2}O\rightarrow 15Fe^{2+}+16H^{+}+2SO_{4}^{2-}}}$

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。^[7]

製備

通過煙氣脫硫（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：^[8]^[9]

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^[10]。

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^[11]。

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。^[12]

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。^[13]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。^[14]

參見

參考文獻

^ 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.
^ USGS Gypsum Statistics and Information. USGS. [2017-08-02]. （原始內容存檔於2017-05-13）.
^ 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）.
^ Sulfites.org. Sulfites in Foods. [2017-08-04]. （原始內容存檔於2017-08-01）.
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^ 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.
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^ 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.

[Xray-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.

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[7] 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.

[8] Hudson, JL. Sulfur Oxidation in Scrubber Systems. University of Virginia. 1980.

[9] Miller, Bruce. Coal Energy Systems. Elsevier Science Technology. 2004: 294–299.

[10] 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.

[11] Yasue, Tamotsu; Arai, Yasuo. Crystal structure of calcium sulfite. Gypsum & Lime (Jap. Language). 1986, 203: 235–244.

[12] 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.

[13] 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.

[14] 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


IUPAC名 Calcium sulfite
別名	E226
識別
CAS編號	10257-55-3（無水） ^Y 72878-03-6（四水） ^Y[NIST] 29501-28-8（半水） ^Y[NIST]
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熔點	600 °C（873 K）
溶解性（水）	0.0043 g/100 mL, 18℃
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