Дисульфид углерода, CAS 75-15-0

Реальная тара может отличаться от изображённой на фотографии

Дисульфид углерода

Нет в наличии

Дисульфид углерода (сероуглерод, CS₂, CAS 75-15-0) — техническая летучая жидкость по СТО 00204168-008-2011 и ГОСТ 19213-73 с линейным строением S=C=S и молекулярной массой 76,14 г/моль. Глубоко очищенный дистиллят прозрачен и пахнет эфирно, технический продукт из-за следов сероводорода бывает желтоватым и отдаёт редькой. Плотность 1,263–1,265 г/см³ при 20 °C, кипение 46,3 °C, показатель преломления 1,627–1,629, вязкость около 0,36 мПа·с, давление насыщенных паров порядка 40–48 кПа при 20–25 °C. В воде растворяется слабо, зато смешивается со спиртами, эфиром, бензолом и хлороформом и растворяет серу, белый фосфор, иод, жиры, смолы и каучук. Основная доля потребления приходится на ксантогенирование целлюлозы в вискозном процессе, остальное — на синтез ксантогенатных флотореагентов, дитиокарбаматных ускорителей вулканизации и четырёххлористого углерода. Пары в 2,6 раза тяжелее воздуха, вспышка около −30 °C, пределы взрываемости примерно 1–50 % по объёму; груз перевозят как UN 1131, класс 3.1 с дополнительной опасностью 6.1, группа упаковки I.

Категории: , , ,

Основные применения

  • Ксантогенирование щелочной целлюлозы в производстве вискозного волокна и целлофана
  • Синтез ксантогенатов — собирателей при флотации сульфидных руд цветных металлов
  • Получение дитиокарбаматов и тиурамов — ускорителей серной вулканизации каучука
  • Растворитель и экстрагент серы, белого фосфора, иода, жиров, восков, смол и каучука
  • Сырьё хлорирования до четырёххлористого углерода и препаративного пути к тиофосгену

Стандарты и документы

СТО 00204168-008-2011; ГОСТ 19213-73. Идентификаторы: CAS 75-15-0, EINECS 200-843-6, карта ICSC 0022, UN 1131, класс 3.1 с дополнительной опасностью 6.1.

Характеристики

CAS
75-15-0
Формула
CS₂
Молярная масса
76,14 г/моль
Класс вещества
Сульфид углерода(IV), летучий неполярный растворитель и сероорганический синтон
Внешний вид
Прозрачная бесцветная или слегка жёлтая жидкость; чистый продукт с эфирным запахом, технический — с резким сернистым
Растворимость
Слабо растворим в воде (около 2,1 г/л при 20 °C); смешивается с этанолом, диэтиловым эфиром, бензолом, хлороформом; растворяет серу, белый фосфор, иод, жиры, смолы и каучук
Плотность
1,263–1,265 г/см³ при 20 °C
Температура хранения
Прохладное затенённое место, ≤25 °C
Класс опасности
Класс 3.1 (легковоспламеняющаяся жидкость), доп. опасность 6.1 (токсичное)
ГОСТ / ТУ
СТО 00204168-008-2011; ГОСТ 19213-73

Применение по отраслям

Производство вискозы, регенерированной целлюлозы и целлофана

Дисульфид углерода — ключевой реагент вискозного процесса: щелочная целлюлоза при ксантогенировании присоединяет CS₂ и превращается в натриевый ксантогенат, растворимый в разбавленном гидроксиде натрия. Прядильный раствор формуют через фильеры в сернокислую коагуляционную ванну, где целлюлоза регенерируется в виде волокна или плёнки, а сероуглерод и сероводород высвобождаются и уходят на улавливание. Ксантогенирование ведут в герметичных аппаратах под азотом 1–1,5 ч при 22–35 °C; расход CS₂ составляет 30–50 % от массы целлюлозы, а при регенерации на каждый килограмм готовой вискозы выделяется 20–30 г реагента. Современные производства возвращают в цикл 85–90 % паров, и на вискозу с целлофаном приходится порядка четырёх пятых мирового потребления сероуглерода. Цветность и содержание сероводорода в исходном CS₂ прямо влияют на окраску ксантогената и стабильность вискозы.

Синтез ксантогенатных флотореагентов-собирателей

Ксантогенаты щелочных металлов получают действием сероуглерода на щелочные растворы спиртов, крахмала или фенолов: алкоголят присоединяет CS₂ с образованием соли алкилксантогеновой кислоты. Бутиловый, амиловый и изопропиловый ксантогенаты закрепляются на поверхности сульфидных минералов, повышают их гидрофобность и выводят медь, молибден, свинец, цинк и никель в пенный продукт. Тип собирателя технолог подбирает по минеральному составу руды и pH пульпы, а стабильность соли растёт с длиной алкильного радикала. На практике спирт смешивают со щёлочью и дозируют сероуглерод при охлаждении, после чего ксантогенат выделяют кристаллизацией или упаркой. При приёмке сырья контролируют нелетучий остаток не выше 0,002 %, отсутствие сероводорода и цветность не более 20 единиц Хазена — эти показатели определяют окраску и запах готового флотореагента.

Дитиокарбаматы, тиурамы и растворение каучука

Первичные и вторичные амины реагируют с CS₂ в щелочной среде, образуя соли дитиокарбаматов; последующий обмен на цинк даёт цинковые дитиокарбаматы — ультраускорители серной вулканизации со временем достижения 90 % степени сшивки порядка 5–10 мин. Циматы начинают работать уже при 60–70 °C, тиурамсульфиды относят к ускорителям высокой активности с критической температурой около 110 °C. Реакцию ведут от комнатной температуры до кипения сероуглерода: перегрев увеличивает потери летучего реагента и повышает риск воспламенения паров в паровом пространстве реактора. Параллельно CS₂ применяют как растворитель натурального и синтетического каучука при изготовлении клеёв, герметиков и каучуковых цементов, а также при переработке регенерата из отходов шин. Для идентификации партии и расчёта дозировки контролируют плотность и показатель преломления 1,627–1,629 при 20 °C.

Хлорирование до CCl₄, тиофосген и дитиокарбаматные хелаты

Классический маршрут Кольбе — хлорирование сероуглерода с получением четырёххлористого углерода и хлоридов серы; жидкофазный промышленный процесс при 105–130 °C работал с 1893 года по схеме CS₂ + 3Cl₂ → CCl₄ + S₂Cl₂, пока не уступил хлорированию метана по экономике и гигиене труда. Препаративная связь сохранилась: через перхлорметилмеркаптан из хлорированного CS₂ получают тиофосген. В аналитической химии дитиокарбаматы, образованные из аминов и сероуглерода, дают прочные окрашенные хелаты с переходными металлами и служат реагентами их определения; кислотный гидролиз разбирает такой лиганд обратно до CS₂. Как растворитель сероуглерод выделяется способностью растворять элементарную серу, белый фосфор, иод и нитрат серебра, а также жиры, масла, камфору, асфальт и парафины — сочетание низкой вязкости 0,365 мПа·с, поверхностного натяжения 32,4 мН/м и коэффициента распределения октанол/вода 1,84 обеспечивает быстрое смачивание и лёгкую отгонку.

Практические нюансы

Нормы качества по ГОСТ 19213-73 и СТО 00204168-008-2011

Внешний вид — прозрачная бесцветная жидкость. Плотность 1,263–1,265 г/см³ при 20 °C. Показатель преломления 1,627–1,629. Нелетучий остаток не более 0,002 %. Сероводород — отсутствие. Цветность не более 20 единиц Хазена. Реакция водной вытяжки — нейтральная. Гарантийный срок — 1 год со дня изготовления в герметичной таре. Справочные константы: молярная масса 76,14 г/моль, плавление около −111,6 °C, вязкость 0,365 мПа·с при 20 °C, поверхностное натяжение 32,4 мН/м, критическая температура 279 °C, относительная плотность паров к воздуху 2,6–2,7.

Вискозный цикл и расход сероуглерода

Щелочная целлюлоза плюс CS₂ дают натриевый ксантогенат, который растворяют в разбавленном гидроксиде натрия; полученную вискозу формуют в сернокислой ванне, целлюлоза регенерируется в волокно или плёнку, а сероуглерод высвобождается. Ксантогенирование ведут под азотом 1–1,5 ч при 22–35 °C, расход реагента 30–50 % от массы целлюлозы, на 1 кг готовой вискозы приходится 20–30 г выделяющегося CS₂. Заводы с рекуперацией возвращают в цикл 85–90 % паров; на вискозу и целлофан приходится порядка 80 % мирового потребления.

Откуда берётся CS₂ и куда ведёт его хлорирование

Современный синтез: метан или природный газ реагирует с парами серы на силикагеле при 500–700 °C по уравнению CH₄ + 4S → CS₂ + 2H₂S; классический вариант — уголь и сера при 750–1000 °C. Обратная сторона — хлорирование: жидкофазный процесс при 105–130 °C по схеме CS₂ + 3Cl₂ → CCl₄ + S₂Cl₂ работал в промышленности с 1893 года, пока производство четырёххлористого углерода не перешло на хлорирование метана. Препаративно из хлорированного сероуглерода через перхлорметилмеркаптан получают тиофосген.

Где справочники расходятся: самовоспламенение, растворимость, пределы взрываемости

Карточка ICSC 0022 даёт температуру самовоспламенения около 90 °C, тогда как отечественные данные к ГОСТ 19213-73 указывают 102 °C; для проектирования следует брать нижнюю оценку. Растворимость в воде при 20 °C приводят по-разному: 1,79 г/л, 2,1 г/л, 2,3–2,9 г/л — в спецификации указана величина около 2,1 г/л. Нижний предел взрываемости встречается как 1,0 и как 1,25–1,3 % по объёму при общем верхнем пределе 50 %. Температура кипения колеблется в пределах 46,2–46,5 °C, плавления — от −111,6 до −111,9 °C. Разброс вызван разными методиками, а не разными продуктами, и на приёмку партии не влияет.

Пожарная и гигиеническая дисциплина на площадке

Вспышка около −30 °C, пары в 2,6 раза тяжелее воздуха и собираются у пола, в каналах и приямках, поэтому отсос делают снизу, а освещение и электрооборудование берут во взрывозащищённом исполнении. Перекачка сжатым воздухом запрещена, инструмент — искробезопасный, ёмкости заземлены. Гигиеническая сторона столь же жёсткая: пары нейротоксичны, поражают нервную и сердечно-сосудистую системы при длительном воздействии, всасываются через кожу. Типовые европейские паспорта относят вещество к легковоспламеняющимся жидкостям 2-й категории (H225), отмечают раздражение кожи и глаз, вредность при вдыхании (H332), подозрение на репродуктивную токсичность (H361fd) и поражение органов при повторном воздействии (H372) — отсюда обязательные обучение персонала и медицинский контроль.

Хранение и безопасность

Условия хранения
Температура не выше 25 °C, защита от солнца и искрообразования, заземление ёмкостей; хранение отдельно от окислителей, пищевых продуктов и кормов, без сливов в канализацию.
Меры безопасности
Противогаз или изолирующий аппарат для органических паров, химстойкие перчатки и очки, антистатическая одежда, запрет курения. Жидкость и пары всасываются через кожу, поэтому открытые участки тела защищают полностью. Признаки острого отравления — головокружение, головная боль, тошнота, возбудимость, при высоких концентрациях помрачение сознания и судороги: пострадавшего выводят на свежий воздух и вызывают врача. Пролив локализуют, засыпают песком или инертным сорбентом, собирают в герметичную тару; остатки нейтрализуют раствором сернистого натрия или калия.
Перевозка
Опасный груз UN 1131; только специализированный транспорт с маркировкой 3.1/6.1, группа упаковки I, раздельно от пищевых грузов.
Вентиляция
Принудительная приточно-вытяжная вентиляция с отсосом на нижнем уровне (пары тяжелее воздуха), местные отсосы у точек слива и отбора проб, взрывозащищённое электрооборудование, заземление от статического электричества.
Температурный режим
Хранение 5–25 °C; не допускать нагрева выше 30 °C и контакта с поверхностями, нагретыми до температуры самовоспламенения.
Тара
Герметичные стальные цистерны под азотом или слоем воды; при розливе — заземлённые металлические канистры и бочки. Бьющуюся тару помещают во внешний небьющийся контейнер.

Частые вопросы

Чем СТО 00204168-008-2011 отличается от ГОСТ 19213-73?
Оба документа описывают один и тот же синтетический технический сероуглерод. ГОСТ 19213-73 — государственный стандарт со времён СССР: плотность 1,263–1,265 г/см³, нелетучий остаток не более 0,002 %, отсутствие сероводорода, цветность не более 20 единиц Хазена. СТО 00204168-008-2011 — стандарт организации-изготовителя с теми же по сути требованиями к чистоте и внешнему виду; в спецификации партии обычно ссылаются на оба.
«Дисульфид углерода» и «сероуглерод» — это одно вещество?
Да, речь об одном соединении CS₂ с номером CAS 75-15-0. Систематическое название отражает строение S=C=S, а «сероуглерод» — традиционное имя российской промышленности, под которым вещество и записано в стандартах. Свойства и нормативные показатели одинаковы, различается только формулировка в тендерной документации.
Какие показатели проверяют при приёмке партии?
Внешний вид (прозрачная бесцветная жидкость), плотность 1,263–1,265 г/см³ при 20 °C, показатель преломления 1,627–1,629, нелетучий остаток после выпаривания 50 см³ пробы не более 0,002 %, отсутствие сероводорода, цветность не более 20 единиц Хазена и нейтральную реакцию водной вытяжки. Отклонение плотности больше чем на 0,002 г/см³ — повод повторить анализ.
Зачем цистерну держат под азотом или слоем воды?
Сероуглерод кипит уже при 46,3 °C и вспыхивает около −30 °C, поэтому паровое пространство над продуктом опасно само по себе. Азотная подушка или слой воды отсекают пары от кислорода воздуха, снижают потери на испарение и защищают продукт от окисления. Летом после слива в котёл цистерны наливают 3–5 см воды именно с этой целью.
Почему пределы взрываемости паров называют рекордными?
Смеси паров сероуглерода с воздухом воспламеняются в интервале примерно от 1 до 50 % по объёму — один из самых широких диапазонов среди промышленных жидкостей. Пары в 2,6 раза тяжелее воздуха, стелются по полу и могут вспыхнуть далеко от места пролива — от нагретого трубопровода, паровой линии или обычной лампы накаливания.
Что сероуглерод растворяет лучше других растворителей и как ведёт себя в воде?
Он растворяет элементарную серу, белый фосфор, иод, нитрат серебра, жиры, масла, воски, камфору, смолы, асфальт и каучук, поэтому и применяется как экстрагент. В воде растворимость мала — около 2,1 г/л при 20 °C, и жидкость тяжелее воды, поэтому при проливе она тонет. Для полярных полимеров и водных систем сероуглерод не подходит.
Как из сероуглерода получают ксантогенаты и дитиокарбаматы?
Оба класса образуются нуклеофильной атакой на углерод молекулы, но нуклеофил разный. Алкоголят или щелочной раствор спирта даёт ксантогенат с фрагментом O–C(=S)S⁻ — собиратель для флотации сульфидов и промежуточное звено вискозы. Амин в щелочной среде даёт дитиокарбамат с фрагментом R₂N–C(=S)S⁻, а обмен на цинк превращает его в ускоритель вулканизации.
Как промышленно получают дисульфид углерода?
Основной современный маршрут — реакция метана или природного газа с парами серы на силикагеле в реакторе из хромоникелевой стали при 500–700 °C: CH₄ + 4S → CS₂ + 2H₂S. Побочный сероводород направляют на регенерацию серы. Сохраняется и классический способ из угля и серы при 750–1000 °C.
Какая транспортная классификация и какие документы сопровождают отгрузку?
UN 1131, класс 3.1 с дополнительной опасностью 6.1, группа упаковки I, номер опасности 336, туннельный код (C/E). Отгрузку сопровождают паспорт качества, паспорт безопасности и транспортные документы на опасный груз; перевозка идёт наземным специализированным транспортом, авиаперевозка запрещена.
Достаточно ли ориентироваться на запах при контроле воздуха рабочей зоны?
Нет. Порог восприятия запаха у разных людей выше гигиенического норматива, а обоняние быстро притупляется, поэтому смену фильтров «по запаху» делают с опозданием. В России предельно допустимая концентрация паров в воздухе рабочей зоны — 1 мг/м³; американские рекомендации NIOSH дают 1 ppm среднесменно и 10 ppm кратковременно, а порогом немедленной опасности для жизни считают 500 ppm. Нужен приборный газовый контроль.

Связанные материалы

  • Ксантогенат целлюлозы — продукт реакции CS₂ со щелочной целлюлозой, основа прядильного раствора вискозы
  • Бутилксантогенат калия — флотореагент-собиратель, синтезируемый из CS₂ и бутилата щёлочи
  • Диэтилдитиокарбамат цинка — ускоритель вулканизации, получаемый из CS₂ и вторичного амина
  • Четырёххлористый углерод — исторический продукт хлорирования сероуглерода
  • Тиофосген — получают через перхлорметилмеркаптан из хлорированного CS₂
  • Сероводород — побочный продукт синтеза и типичная примесь технической партии
  • Сера — сырьё получения CS₂ и вещество, отлично в нём растворимое
  • Метан — углеводородное сырьё современного синтеза сероуглерода

Аналоги

  • Толуол или ксилол — для части неполярных растворительных задач без серы в молекуле
  • н-Гексан — менее токсичный, но менее универсальный растворитель каучука
  • Диметилсульфоксид — для отдельных растворительных задач в лаборатории
  • Реактивные марки CS₂ высокой чистоты — когда технической чистоты недостаточно

Используют вместе с

  • Гидроксид натрия в вискозном процессе
  • Серная кислота в коагуляционной ванне
  • Алифатические спирты и щёлочи при синтезе ксантогенатов
  • Вторичные амины при синтезе дитиокарбаматов
  • Хлор и катализаторы хлорирования
  • Инертный газ при переливе и системы рекуперации паров

Источники

Смотрите также в: Лабораторные реактивы и аналитика Полимеры, пластики и синтетические смолы Растворители и технические жидкости Химия для металлургии, металлообработки и литья

Похожие