TRIOXID DE SULF (SO3): STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, RISCURI, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Trioxidul de sulf este un compus anorganic format prin unirea unui atom de sulf (S) și 3 atomi de oxigen (O). Formula sa moleculara este SO ₃ . La temperatura camerei, SO ₃ este un lichid care eliberează gaze în aer.

Structura SO ₃ gazoasă este plană și simetrică. Toți cei trei oxigeni sunt situați uniform în jurul sulfului. SO ₃ reacționează violent cu apa. Reacția este exotermică, ceea ce înseamnă că se produce căldură, cu alte cuvinte, devine foarte cald.

Molecula de trioxid de sulf SO ₃ . Autor: Benjah-bmm27. Sursa: Wikimedia Commons.

Când lichidul SO ₃ se răcește, se transformă într-un solid care poate avea trei tipuri de structură: alfa, beta și gamma. Cea mai stabilă este alfa, sub formă de straturi unite pentru a forma o rețea.

Trioxidul de sulf gazos este utilizat pentru prepararea acidului sulfuric afumat, numit și oleum, din cauza asemănării sale cu uleiul sau substanțele uleioase. O altă dintre aplicațiile sale importante este în sulfonarea compușilor organici, adică adăugarea de grupe -SO ₃ la aceștia. Astfel, pot fi preparate substanțe chimice utile precum detergenți, coloranți, pesticide, printre multe altele.

SO ₃ este foarte periculos, poate provoca arsuri severe, deteriorarea ochilor și a pielii. Nici nu trebuie inhalat sau ingerat, deoarece poate provoca moartea prin arsuri interne, în gură, esofag, stomac etc.

Din aceste motive, trebuie tratat cu multă precauție. Nu trebuie să intre niciodată în contact cu apa sau cu materiale combustibile, cum ar fi lemn, hârtie, țesături etc., deoarece pot apărea incendii. Nici nu trebuie aruncat și nici nu trebuie să intre în canalizare din cauza pericolului de explozie.

SO ₃ gazos generat în procesele industriale nu trebuie eliberat în mediu, deoarece este unul dintre cei responsabili de ploaia acidă care a deteriorat deja suprafețe mari de păduri din lume.

Structura

Molecula de trioxid de sulf SO ₃ în stare gazoasă are o structură plană triunghiulară.

Aceasta înseamnă că atât sulful, cât și cei trei oxigeni sunt în același plan. Mai mult, distribuția oxigenilor și a tuturor electronilor este simetrică.

Structuri de rezonanță Lewis. Electronii sunt distribuiți uniform în SO ₃ . Autor: Marilú Stea.

În stare solidă _{sunt cunoscute} trei tipuri de structuri de SO ₃ : alfa (α-SO ₃ ), beta (β-SO ₃ ) și gamma (γ-SO ₃ ).

Gamma y-SO _{3 formă} conține trimeri ciclici, adică, trei unități de SO ₃ împreună formând o moleculă ciclică sau în formă de inel.

Molecula în formă de inel de trioxid de sulf solid tip Gamma. Autor: Marilú Stea.

Faza beta β-SO ₃ are lanțuri elicoidale infinite de tetraedre ale compoziției SO ₄ legate între ele.

Structura unui lanț de trioxid de sulf solid de tip beta. Autor: Marilú Stea.

Cea mai stabilă formă este alfa α-SO ₃ , similar cu beta , dar cu o structură stratificată, cu lanțuri unite pentru a forma o rețea.

Nomenclatură

-Trioxid de sulf

-Anhidrură sulfurică

-Oxidul sulfuric

-SO ₃ gamma, γ-SO ₃

-SO ₃ beta, β-SO ₃

-SO ₃ alfa, α-SO ₃

Proprietăți fizice

Stare fizică

La temperatura camerei (în jur de 25 ºC) și presiunea atmosferică, SO ₃ este un lichid incolor care emite fum în aer.

Când lichidul SO ₃ este pur la 25 ° C, este un amestec de monomeri SO ₃ (o singură moleculă) și trimeri (3 molecule unite) cu formula S ₃ O ₉ , denumită și SO ₃ gamma γ-SO ₃ .

La scăderea temperaturii, dacă SO ₃ este pur când atinge 16,86 ºC, se solidifică sau se îngheață până la γ-SO ₃ , numită și „SO ₃ ice ”.

Dacă conține cantități mici de umiditate (chiar urme sau cantități extrem de mici), SO ₃ polimerizează până la forma beta β-SO ₃ care formează cristale cu strălucire mătăsoasă.

Apoi , mai multe legături sunt formate generatoare de alfa α-SO _{3 structura} , care este un solid cristalin , care seamănă cu azbest în formă de ac sau azbest.

Când alfa și beta se îmbină, acestea generează gama.

Greutate moleculară

80,07 g / mol

Punct de topire

SO ₃ gamma = 16,86 ºC

Punct triplu

Este temperatura la care sunt prezente cele trei stări fizice: solid, lichid și gaz. În forma alfa punctul triplu se situează la 62,2 ºC și în beta este la 32,5 ºC.

Încălzirea formei alfa are o tendință mai mare de sublimare decât de topire. Sublimul înseamnă să treci direct de la solid la starea gazoasă, fără a trece prin starea lichidă.

Punct de fierbere

Toate formele de SO ₃ se fierb la 44,8 ºC.

Densitate

Liquid SO ₃ (gamma) are o densitate de 1.9225 g / cm ³ la 20 ° C.

SO ₃ gazos are o densitate de 2,76 în raport cu aerul (aer = 1), ceea ce indică faptul că este mai greu decât aerul.

Presiunea de vapori

SO ₃ alfa = 73 mm Hg la 25 ºC

SO ₃ beta = 344 mm Hg la 25 ° C

SO ₃ gamma = 433 mm Hg la 25 ° C

Aceasta înseamnă că forma gamma tinde să se evapore mai ușor decât forma beta și beta decât alfa.

Stabilitate

Forma alfa este cea mai stabilă structură, celelalte sunt metastabile, adică sunt mai puțin stabile.

Proprietăți chimice

SO ₃ reacționează energic cu apă pentru a da acid sulfuric H ₂ SO ₄ . La reacție, se produce multă căldură, astfel încât vaporii de apă să fie eliberați rapid din amestec.

Când este expus la aer, SO ₃ absoarbe rapid umiditatea, emițând vapori densi.

Este un agent de deshidratare foarte puternic, asta înseamnă că îndepărtează cu ușurință apa din alte materiale.

Sulful din SO ₃ are o afinitate pentru electronii liberi (adică electronii care nu sunt legați între doi atomi), astfel încât tinde să formeze complexe cu compuși care le posedă, cum ar fi piridina, trimetilamina sau dioxanul.

Complex între trioxidul de sulf și piridina. Benjah-bmm27. Sursa: Wikimedia Commons.

Prin formarea complexelor, sulful „împrumută” electronii din celălalt compus pentru a-și umple lipsa de aceștia. Trioxid de sulf este încă disponibil în aceste complexe, care sunt utilizate în reacțiile chimice pentru a furniza SO ₃ .

Este un reactiv puternic de sulfonare pentru compușii organici, ceea ce înseamnă că este utilizat pentru a adăuga cu ușurință un grup - SO ₃ - la molecule.

Reacționează ușor cu oxizii multor metale pentru a da sulfații acestor metale.

Este coroziv pentru metale, țesuturi animale și vegetale.

SO ₃ este un material dificil de manipulat din mai multe motive: (1) punctul său de fierbere este relativ scăzut, (2) are tendința de a forma polimeri solizi la temperaturi sub 30 ºC și (3) are o reactivitate ridicată față de aproape toate substanțe organice și apă.

Poate polimeriza exploziv dacă nu conține un stabilizator și umiditatea este prezentă. Sulfatul de dimetil sau oxidul de bor sunt folosiți ca stabilizatori.

Obținerea

Se obține prin reacția la 400 ° C între dioxidul de sulf SO ₂ și oxigen molecular O ₂ . Cu toate acestea, reacția este foarte lentă și sunt necesari catalizatori pentru a crește rata reacției.

2 SO ₂ + O ₂ ⇔ 2 SO ₃

Printre compușii care accelerează această reacție se numără metalul de platină Pt, pentoxidul de vanadiu V ₂ O ₅ , oxidul feric Fe ₂ O ₃ și oxidul nitric NO.

Aplicații

În prepararea uleiului

Una dintre principalele sale aplicații constă în prepararea uleiului sau fumingului sulfuric, așa numit, deoarece emite vapori vizibili cu ochiul liber. Pentru a obtine, SO ₃ este absorbit în acid sulfuric concentrat H ₂ SO ₄ .

Oleum sau fum sulfuros. Puteți vedea fumul alb ieșind din sticlă. W. Oelen. Sursa: Wikimedia Commons.

Aceasta se face în turnuri speciale din oțel inoxidabil unde acidul sulfuric concentrat (care este lichid) coboară și SO ₃ gazos se ridică.

Lichidul și gazul intră în contact și se reunesc, formând oleum care este un lichid cu aspect uleios. Are un amestec de H ₂ SO ₄ și SO ₃ , dar are, de asemenea, molecule de acid disulfuric H ₂ S ₂ O ₇ și acid trisulfuric H ₂ S ₃ O ₁₀ .

În reacțiile chimice de sulfonare

Sulfonarea este un proces cheie în aplicațiile industriale pe scară largă pentru fabricarea de detergenți, agenți tensioactivi, coloranți, pesticide și produse farmaceutice.

SO ₃ servește ca agent sulfonant pentru a prepara uleiuri sulfonate și detergenți alchil-aril-sulfonat, printre mulți alți compuși. Următoarele arată reacția de sulfonare a unui compus aromatic:

ArH + SO ₃ → Arso ₃ H

Sulfonarea benzen cu SO ₃ . Pedro8410. Sursa: Wikimedia Commons.

Pentru reacțiile de sulfonare, oleum sau SO ₃ pot fi utilizate sub formă de complecși sale cu piridină sau cu trimetilamina, printre altele.

În extracția metalelor

Gazul SO ₃ a fost utilizat în tratarea mineralelor. Oxizii simpli ai metalelor pot fi transformați în sulfați mult mai solubili, tratându-i cu SO ₃ la temperaturi relativ scăzute.

Mineralele cu sulf, cum ar fi piritul (sulfura de fier), calcosina (sulfura de cupru) și mileritul (sulfura de nichel) sunt cele mai economice surse de metale neferoase, astfel că tratarea cu SO ₃ permite obținerea acestor metale cu ușurință. iar la cost redus.

Sulfurile de fier, nichel și cupru reacționează cu gazul SO ₃ chiar și la temperatura camerei, formând sulfații respectivi, care sunt foarte solubili și pot fi supuși altor procedee pentru obținerea metalului pur.

În diverse utilizări

SO _{3 este} utilizat pentru prepararea acidului clorosulfuric, numit și acid clorosulfonic HSO ₃ Cl.

Trioxidul de sulf este un oxidant foarte puternic și este utilizat la fabricarea explozivilor.

riscuri

Pentru sănătate

SO ₃ este un compus extrem de toxic pe toate căile, adică prin inhalare, ingestie și contact cu pielea.

Iritant și corodând mucoasele. Provoacă arsuri ale pielii și ochilor. Vaporii săi sunt foarte toxici atunci când sunt inhalați. Apare arsuri interne, respirație, dureri toracice și edem pulmonar.

Trioxidul de sulf SO3 este foarte coroziv și periculos. Autor: OpenIcons. Sursa: Pixabay.

Este otrăvitor. Ingestia sa generează arsuri severe ale gurii, esofagului și stomacului. Mai mult, se suspectează că este cancerigen.

Din foc sau explozie

Reprezintă un pericol de incendiu atunci când vine în contact cu materiale de origine organică, cum ar fi lemnul, fibrele, hârtia, uleiul, bumbacul, printre altele, mai ales dacă sunt umede.

Există, de asemenea, un risc dacă intrați în contact cu baze sau agenți reducători. Se combină cu apa exploziv, formând acid sulfuric.

Contactul cu metalele poate produce hidrogen gaz H _2, care este foarte inflamabil.

Încălzirea în borcane de sticlă trebuie evitată pentru a preveni posibila rupere violentă a recipientului.

Impact asupra mediului

SO ₃ este considerat unul dintre poluanții majori prezenți în atmosfera pământului. Acest lucru se datorează rolului său în formarea aerosolilor și a contribuției sale la ploaia acidă (datorită formării acidului sulfuric H ₂ SO ₄ ).

Pădurea deteriorată de ploi acide în Republica Cehă. Lovecz. Sursa: Wikimedia Commons.

SO ₃ se formează în atmosferă prin oxidarea dioxidului de sulf SO ₂ . Când SO _{este 3} format, acesta reacționează rapid cu apa pentru a forma acid sulfuric H ₂ SO ₄ . Conform studiilor recente, există alte mecanisme de transformare a SO ₃ în atmosferă, dar din cauza cantității mari de apă prezentă în atmosferă, este considerat încă mult mai probabil ca SO ₃ se transformă în principal în H ₂ SO ₄ .

Gazul SO ₃ sau deșeurile industriale gazoase care le conțin nu trebuie evacuate în atmosferă, deoarece este un poluant periculos. Este un gaz extrem de reactiv și, după cum am menționat mai sus, în prezența umidității în aer, SO ₃ devine acid sulfuric H ₂ SO ₄ . Prin urmare, în aer, SO ₃ persistă sub formă de acid sulfuric, formând picături mici sau aerosoli.

Dacă picăturile de acid sulfuric intră în tractul respirator al oamenilor sau animalelor, acestea cresc rapid ca mărime datorită umidității prezente acolo, deci au șansa de a pătrunde în plămâni. Unul dintre mecanismele prin care ceața acidă a H ₂ SO ₄ (adică SO ₃ ) poate produce o toxicitate puternică se datorează faptului că modifică pH-ul extracelular și intracelular al organismelor vii (plante, animale și ființe umane).

Conform unor cercetători, ceața SO ₃ este cauza creșterii astmatice într-o zonă a Japoniei. Ceața SO ₃ are un efect foarte coroziv față de metale, astfel încât structurile metalice construite de oameni, precum unele poduri și clădiri, pot fi grav afectate.

Soluția lichidă SO ₃ nu trebuie aruncată în canalizări sau canalizări. Dacă este vărsat în canalizare, poate crea un pericol de incendiu sau explozie. Dacă este vărsat din greșeală, nu direcționați un flux de apă către produs. Nu trebuie absorbit niciodată în rumeguș sau alt absorbant combustibil, deoarece poate provoca incendii.

Acesta trebuie să fie absorbit în nisip uscat, pământ uscat sau alte substanțe absorbante inerte complet uscate. SO ₃ nu trebuie eliberat în mediu și niciodată nu trebuie lăsat să intre în contact cu acesta. Ar trebui să fie ținut departe de sursele de apă, deoarece prin aceasta produce acid sulfuric care dăunează organismelor acvatice și terestre.

Referințe

1. Sarkar, S. și colab. (2019). Influența amoniacului și a apei asupra destinului trioxidului de sulf în troposferă: investigarea teoretică a căilor de formare a acidului sulfuric și a acidului sulfuric. J Phys Chem A. 2019; 123 (14): 3131-3141. Recuperat din ncbi.nlm.nih.gov.
2. Muller, TL (2006). Acidul sulfuric și trioxidul de sulf. Enciclopedia Kirk-Othmer a tehnologiei chimice. Volumul 23. recuperat de pe onlinelibrary.wiley.com.
3. Biblioteca Națională de Medicină din SUA. (2019). Trioxid de sulf. Recuperat din pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
4. Kikuchi, R. (2001). Managementul mediului al emisiilor de trixid de sulf: impactul SO ₃ asupra sănătății umane. Managementul mediului (2001) 27: 837. Recuperat de la link.springer.com.
5. Cotton, F. Albert și Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimie anorganică avansată. A patra editie. John Wiley & Sons.
6. Ismail, MI (1979). Extracție de metale din sulfuri folosind triaxid de sulf în pat fluidizat. J. Chem. Tech. Biotechnol. 1979, 29, 361-366. Recuperat de pe onlinelibrary.wiley.com.