亚硫酸钙

亚硫酸钙
	IUPAC名; Calcium sulfite
别名	E226
识别
CAS号	10257-55-3（无水） ; 72878-03-6（四水） ; 29501-28-8（半水）
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
性质
化学式	CaSO3
摩尔质量	120.17 g·mol⁻¹
外观	白色固体
熔点	600 °C（873 K）
溶解性（水）	0.0043 g/100 mL, 18℃
危险性
闪点	不可燃
相关物质
其他阴离子	硫酸钙
其他阳离子	亚硫酸钠
	若非注明，所有数据均出自一般条件（25 ℃，100 kPa）下。

亚硫酸钙属于亚硫酸盐与钙盐，化学式 ${\ce {CaSO3.xH2O}}$ 。亚硫酸钙有两种已知结晶水合物：半水合亚硫酸钙 ${\ce {CaSO3.1/2H2O}}$ 与四水合亚硫酸钙 ${\ce {CaSO3.4H2O}}$ [1]，均为白色固体。亚硫酸钙是烟气脱硫的产物之一。

用途

乾壁

在制备乾壁的主要成分石膏的过程中，亚硫酸钙是一种中间产物。一间典型的全新美国房屋含有7公吨石膏[2]。

食品添加剂

亚硫酸钙可用作防腐剂，E编码为E226[3]。与其他亚硫酸盐抗氧化剂类似，亚硫酸钙广泛用于保存葡萄酒、苹果酒、水果汁、罐头水果、蔬菜等[4]。在溶液中，亚硫酸盐是强还原剂，作为除氧剂起到保存食品的作用。因为部分人群对亚硫酸盐过敏，所以有必要对其进行标注。[5][6]

木浆生产

化学木浆的生产过程是溶解掉木片中的木质素，分离出原本与前者紧密结合的纤维素。在亚硫酸盐制浆法中，用来分离木质素的盐可以是亚硫酸钙。人们曾经用过亚硫酸钙，但如今镁和钠的亚硫酸盐与亚硫酸氢盐已广泛取代之。另一种制浆法是硫酸盐制浆法，使用的是氢氧化物与硫化物。[7]

酸抑制剂

煤中的二硫化铁在空气中煅烧会生成酸性气体，溶于水形成酸，污染环境：

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

亚硫酸盐具有还原性，可以除去氧气从而抑制酸的形成。亚硫酸的钠盐、钾盐和铵盐都相对较贵且生产规模较小，而已经大规模生产的亚硫酸钙是该过程中较理想的酸抑制剂。[8]

制备

通过烟气脱硫（FGD）可大量制备亚硫酸钙。烟道气指的是煤等化石燃料燃烧后得到的一类副产物，通常包括SO₂。人们为了防止酸雨而限制二氧化硫排放，在其他气体从烟囱排出之前，需要除去二氧化硫。比较经济的做法是用熟石灰（Ca(OH)₂）或石灰石（CaCO₃）处理。

理想状况下，用石灰石除去二氧化硫的反应如下：

SO₂ + CaCO₃ → CaSO₃ + CO₂

理想状况下，用熟石灰除去二氧化硫的反应如下：[9][10]

SO₂ + Ca(OH)₂ → CaSO₃ + H₂O

如果体系中存在氧气，亚硫酸根就会被氧化为硫酸根，最后可以得到二水合硫酸钙晶体，即石膏[11]。

实验室制法则是令氯化鈣水溶液与亚硫酸钠水溶液反应：

CaCl₂ + Na₂SO₃ → CaSO₃ + 2 NaCl

结构

亚硫酸钙的结构已由X射线晶体学检验得出[12]。

半水合亚硫酸钙晶体中，钙的配位数是6，每个钙离子连有五个亚硫酸根的氧原子及一个水分子中的氧原子，六个氧原子组成三角反棱柱的形状。半水合亚硫酸钙晶体热力学较稳定的原因可能是Ca－O键在整个晶体中延展形成网状结构。[13]

四水合亚硫酸钙只在低温下稳定，在室温下会迅速转变为半水合物，因此获得四水合物单晶并分析结构较为困难。不过，使用琼脂制造溶胶环境即可减慢反应物分子的速度，便于结晶，从而制得晶体。[14]四水合亚硫酸钙晶体中钙的配位数同样为6，两个氧原子来自亚硫酸根，四个来自水分子。其热力学不稳定的原因可能是其中的亚硫酸根离子处于无序状态。[15]

参见

参考文献

Abraham Cohen; Mendel Zangen. . Chemistry Letters. 1984: 1051–1054. doi:10.1246/cl.1984.1051.
. USGS. [2017-08-02]. （原始内容存档于2017-05-13）.
. United Kingdom: Food Standards Agency. 2010 [2017-08-04]. （原始内容存档于2012-02-07）.
Sulfites.org. . [2017-08-04]. （原始内容存档于2017-08-01）.
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Vally, H.; Misso, N. L. A.; Madan, V. . Clinical & Experimental Allergy. 2009-11, 39 (11): 1643–1651. doi:10.1111/j.1365-2222.2009.03362.x.
Ropp, Richard. . Elsevier Science Technology. 2013: 145–148.
Hao, Yueli; Dick, Warren A. . Environmental Science & Technology. 2000-06, 34 (11): 2288–2292. doi:10.1021/es9904235.
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Søren Kiil, Michael L. Michelsen and Kim Dam-Johansen. . Ind. Eng. Chem. Res. 1998, 7 (37): 2792–2806. doi:10.1021/ie9709446.
Yasue, Tamotsu; Arai, Yasuo. . Gypsum & Lime (Jap. Language). 1986, 203: 235–244.
Matsuno, Takashi; Takayanagi, Hiroaki; Furuhata, Kimio; Koishi, Masumi; Ogura, Haruo. . Bulletin of the Chemical Society of Japan. 1984, 57 (2): 1155–1156. doi:10.1246/bcsj.57.1155.
Matsuno, Takashi; Takayanagi, Hiroaki; Furuhata, Kimio; Koishi, Masumi; Ogura, Haruo. . Chemistry Letters. 1983, 12 (4): 459–462. doi:10.1246/cl.1983.459.
Matsuno, Takashi; Takayanagi, Hiroaki; Furuhata, Kimio; Koishi, Masumi; Ogura, Haruo. . Bulletin of the Chemical Society of Japan. 1984, 57 (2): 593–594. doi:10.1246/bcsj.57.593.

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[Xray-1] Abraham Cohen; Mendel Zangen. . Chemistry Letters. 1984: 1051–1054. doi:10.1246/cl.1984.1051.

[2] . USGS. [2017-08-02]. （原始内容存档于2017-05-13）.

[3] . United Kingdom: Food Standards Agency. 2010 [2017-08-04]. （原始内容存档于2012-02-07）.

[4] Sulfites.org. . [2017-08-04]. （原始内容存档于2017-08-01）.

[5] García-Gavín, Juan; Parente, Joana; Goossens, An. . 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 & Experimental Allergy. 2009-11, 39 (11): 1643–1651. doi:10.1111/j.1365-2222.2009.03362.x.

[7] Ropp, Richard. . Elsevier Science Technology. 2013: 145–148.

[8] Hao, Yueli; Dick, Warren A. . Environmental Science & Technology. 2000-06, 34 (11): 2288–2292. doi:10.1021/es9904235.

[9] Hudson, JL. . University of Virginia. 1980.

[10] Miller, Bruce. . Elsevier Science Technology. 2004: 294–299.

[11] Søren Kiil, Michael L. Michelsen and Kim Dam-Johansen. . Ind. Eng. Chem. Res. 1998, 7 (37): 2792–2806. doi:10.1021/ie9709446.

[12] Yasue, Tamotsu; Arai, Yasuo. . Gypsum & Lime (Jap. Language). 1986, 203: 235–244.

[13] Matsuno, Takashi; Takayanagi, Hiroaki; Furuhata, Kimio; Koishi, Masumi; Ogura, Haruo. . 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. . Chemistry Letters. 1983, 12 (4): 459–462. doi:10.1246/cl.1983.459.

[15] Matsuno, Takashi; Takayanagi, Hiroaki; Furuhata, Kimio; Koishi, Masumi; Ogura, Haruo. . Bulletin of the Chemical Society of Japan. 1984, 57 (2): 593–594. doi:10.1246/bcsj.57.593.