SVOVLTRIOXID (SO3): STRUKTUR, EGENSKABER, RISICI, ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den svovltrioxid er en uorganisk forbindelse dannet ved foreningen af et svovlatom (S) og 3 oxygenatomer (O). Dens molekylformel er SO ₃. Ved stuetemperatur er SO ₃ en væske, der frigiver gasser i luften.

Strukturen af gasformig SO ₃ er flad og symmetrisk. Alle tre oxygener er jævnt placeret omkring svovl. SO ₃ reagerer voldsomt med vand. Reaktionen er eksoterm, hvilket betyder, at der produceres varme, med andre ord, det bliver meget varmt.

Svovltrioxidmolekyle SO ₃. Forfatter: Benjah-bmm27. Kilde: Wikimedia Commons.

Når flydende SO ₃ afkøles, forvandles det til et fast stof, der kan have tre typer struktur: alfa, beta og gamma. Den mest stabile er alfa i form af lag, der er sammenføjet for at danne et netværk.

Gasformigt svovltrioxid bruges til at fremstille rygende svovlsyre, også kaldet oleum, på grund af dens lighed med olie eller olieagtige stoffer. En anden af ​​dens vigtige anvendelser er sulfonering af organiske forbindelser, det vil sige tilsætningen af ​​-SO ₃ - grupper til dem. Således kan nyttige kemikalier såsom detergenter, farvestoffer, pesticider blandt mange andre fremstilles.

SO ₃ er meget farlig, det kan forårsage alvorlige forbrændinger, øjenskader og hud. Det må heller ikke indåndes eller indtages, da det kan forårsage død af indre forbrændinger, i munden, spiserøret, maven osv.

Af disse grunde skal det håndteres med stor forsigtighed. Det må aldrig komme i kontakt med vand eller brændbare materialer som træ, papir, tekstiler osv., Da der kan opstå brand. Det må heller ikke bortskaffes, og det må heller ikke gå ind i kloakken på grund af eksplosionsfare.

Den gasformige SO _{3, der} genereres i industrielle processer, bør ikke frigøres i miljøet, da det er en af ​​dem, der er ansvarlige for det sure regn, der allerede har skadet store skovområder i verden.

Struktur

Molekylet af svovltrioxid SO ₃ i gasform har en trekantet plan struktur.

Dette betyder, at både svovl og de tre oxygener er i samme plan. Desuden er fordelingen af ​​oxygener og alle elektroner symmetrisk.

Lewis resonansstrukturer. Elektroner distribueres jævnt i SO ₃. Forfatter: Marilú Stea.

I fast tilstand tre typer af strukturen af SO _{3 er kendte}: alpha (α-SO ₃), beta (β-SO ₃) og gamma (γ-SO ₃).

Gamma γ-SO _{3 danner} indeholder cykliske trimerer, det vil sige tre enheder af SO ₃ tilsammen danner en cyklisk eller ring-formet molekyle.

Gamma-type fast svovltrioxid-ringformet molekyle. Forfatter: Marilú Stea.

Beta β-SO ₃ -fase har uendelig spiralformede kæder af tetraedre af præparat SO ₄ koblet sammen.

Struktur af en kæde af beta-type fast svovltrioxid. Forfatter: Marilú Stea.

Den mest stabile form er alfa α-SO ₃, der ligner beta, men med en lagdelt struktur, hvor kæderne er forbundet til at danne et netværk.

nomenklatur

-Svovltrioxid

-Svovlsyreanhydrid

- Svovloxid

-SO ₃ gamma, y-SO ₃

-SO ₃ beta, β-SO ₃

-SO ₃ alfa, α-SO ₃

Fysiske egenskaber

Fysisk tilstand

Ved stuetemperatur (ca. 25 ºC) og atmosfærisk tryk er SO ₃ en farveløs væske, der udsender røg i luften.

Når flydende SO ₃ er ren ved 25 ºC, er det en blanding af monomer SO ₃ (et enkelt molekyle) og trimeriske (3 sammenkoblede molekyler) med formlen S ₃ O ₉, også kaldet SO ₃ gamma γ-SO ₃.

Når temperaturen sænkes, hvis SO ₃ er ren, når den når 16,86 ºC, størkner eller fryser den til γ-SO ₃, også kaldet “SO ₃ is ”.

Hvis den indeholder små mængder fugtighed (endda spor eller ekstremt små mængder), polymeriserer SO ₃ til beta-ß-SO _3- formen, som danner krystaller med en silkeagtig glans.

Derefter dannes flere bindinger, der genererer alpha α-S03- _strukturen, som er et nålformet krystallinsk fast stof, der ligner asbest eller asbest.

Når alfa og beta smelter sammen genererer de gamma.

Molekylær vægt

80,07 g / mol

Smeltepunkt

SO ₃ gamma = 16,86 ºC

Triple point

Det er den temperatur, hvor de tre fysiske tilstande er til stede: faststof, væske og gas. I alfaformen er tredobbeltpunktet ved 62,2 ºC og i beta er det ved 32,5 ºC.

Opvarmning af alfaformen har en større tendens til at sublimere end at smelte. Sublimat betyder at gå direkte fra faststof til gasform uden at gå gennem den flydende tilstand.

Kogepunkt

Alle former for SO ₃ koges ved 44,8 ° C.

Massefylde

Flydende SO ₃ (gamma) har en densitet på 1,9225 g / cm ³ ved 20 ºC.

Gasformig SO ₃ har en densitet på 2,76 i forhold til luft (luft = 1), hvilket indikerer at den er tungere end luft.

Damptryk

SO ₃ alfa = 73 mm Hg ved 25 ° C

SO ₃ beta = 344 mm Hg ved 25 ° C

SO ₃ gamma = 433 mm Hg ved 25 ° C

Dette betyder, at gammaformen har en tendens til at fordampe lettere end beta- og beta-form end alfa.

Stabilitet

Alfaformen er den mest stabile struktur, de andre er metastabile, dvs. de er mindre stabile.

Kemiske egenskaber

SO ₃ reagerer kraftigt med vand til opnåelse af svovlsyre H ₂ SO ₄. Ved reaktion frembringes en masse varme, så vanddamp frigøres hurtigt fra blandingen.

Når SO ₃ udsættes for luft, absorberer SO ₃ hurtigt fugt og udsender tæt damp.

Det er et meget stærkt dehydratiseringsmiddel, det betyder, at det let fjerner vand fra andre materialer.

Svovl i SO ₃ har en affinitet for frie elektroner (det vil sige elektroner, der ikke er i en forbindelse mellem to atomer), så det har en tendens til at danne komplekser med forbindelser, der har dem, såsom pyridin, trimethylamin eller dioxan.

Kompleks mellem svovltrioxid og pyridin. Benjah-bmm27. Kilde: Wikimedia Commons.

Ved at danne komplekser "låner" svovl elektroner fra den anden forbindelse for at udfylde manglen på dem. Svovltrioxid findes stadig i disse komplekser, der bruges i kemiske reaktioner til levering af SO ₃.

Det er et kraftfuldt sulfonerende reagens til organiske forbindelser, hvilket betyder, at det bruges til let at tilføje en gruppe –SO ₃ - til molekyler.

Det reagerer let med oxiderne i mange metaller for at give sulfater af disse metaller.

Det er ætsende over for metaller, dyre- og plantevæv.

SO ₃ er et vanskeligt materiale at håndtere af flere grunde: (1) dets kogepunkt er relativt lavt, (2) det har en tendens til at danne faste polymerer ved temperaturer under 30 ºC og (3) det har en høj reaktivitet over for næsten alle organiske stoffer og vand.

Kan polymerisere eksplosivt, hvis det ikke indeholder en stabilisator, og der er fugtighed til stede. Dimethylsulfat eller boroxid anvendes som stabilisatorer.

Indhentning

Den opnås ved reaktionen ved 400 ºC mellem svovldioxid SO ₂ og molekylært oxygen O ₂. Imidlertid er reaktionen meget langsom, og katalysatorer kræves for at øge reaktionshastigheden.

2 SO ₂ + O ₂ ⇔ 2 SO ₃

Blandt forbindelserne, der fremskynder denne reaktion er platin metal Pt, vanadiumpentoxid V ₂ O ₅, ferrioxid Fe ₂ O ₃ og nitrogenoxid NO.

Applikationer

Ved forberedelse af oleum

En af dens vigtigste anvendelser består i fremstilling af oleum eller røg svovlsyre, såkaldt fordi den udsender dampe, der er synlige for det blotte øje. At opnå det, SO ₃ absorberes i koncentreret svovlsyre H ₂ SO ₄.

Oleum eller røg svovlsyre. Du kan se den hvide røg komme ud af flasken. W. Oelen. Kilde: Wikimedia Commons.

Dette gøres i specielle tårne ​​i rustfrit stål, hvor den koncentrerede svovlsyre (som er flydende) falder ned og den gasformige SO ₃ går op.

Væsken og gassen kommer i kontakt og kommer sammen og danner oleum, som er en olieagtig udseende væske. Det har en blanding af H ₂ SO ₄ og SO ₃, men det har også molekyler af disulfuric syre H ₂ S ₂ O ₇ og trisulfuric syre H ₂ S ₃ O ₁₀.

Ved sulfonering kemiske reaktioner

Sulfonation er en nøgleproces i industrielle applikationer i stor skala til fremstilling af detergenter, overfladeaktive stoffer, farvestoffer, pesticider og farmaceutiske produkter.

SO ₃ tjener som et sulfoneringsmiddel til fremstilling af sulfonerede olier og alkyl-arylsulfonerede detergenter blandt mange andre forbindelser. Det følgende viser sulfoneringsreaktionen af ​​en aromatisk forbindelse:

ArH + SO ₃ → ArSO ₃ H

Sulfonering af benzen med SO ₃. Pedro8410. Kilde: Wikimedia Commons.

For sulfoneringen reaktioner, rygende svovlsyre eller SO ₃ kan anvendes i form af dets komplekser med pyridin eller med trimethylamin, blandt andre.

I ekstraktion af metaller

SO _3- gas er blevet anvendt til mineralbehandling. Enkle oxider af metaller kan omdannes til de meget mere opløselige sulfater ved at behandle dem med SO ₃ ved relativt lave temperaturer.

Sulfidmineraler såsom pyrit (jernsulfid), chalcosin (kobbersulfid) og millerit (nikkelsulfid) er de mest økonomiske kilder til ikke-jernholdige metaller, så behandlingen med SO ₃ gør det let at opnå disse metaller. og til lave omkostninger.

Jern, nikkel og kobbersulfider reagerer med SO ₃ -gas selv ved stuetemperatur og danner de respektive sulfater, som er meget opløselige og kan underkastes andre processer til opnåelse af det rene metal.

I forskellige anvendelser

SO ₃ bruges til at fremstille chlorsvovlsyre, også kaldet chlorsulfonsyre HSO ₃ Cl.

Svovltrioxid er en meget kraftig oxidant og bruges til fremstilling af sprængstoffer.

Risici

Til sundhed

SO ₃ er en meget giftig forbindelse på alle veje, det vil sige indånding, indtagelse og kontakt med huden.

Irriterer og korroderer slimhinder. Forårsager forbrændinger i hud og øjne. Dampene er meget giftige ved indånding. Indvendige forbrændinger, åndenød, brystsmerter og lungeødem forekommer.

Svovltrioxid SO3 er meget ætsende og farlig. Forfatter: OpenIcons. Kilde: Pixabay.

Det er giftigt. Indtagelsen genererer alvorlige forbrændinger i munden, spiserøret og maven. Desuden mistænkes det for at være kræftfremkaldende.

Fra brand eller eksplosion

Det udgør en brandfare ved kontakt med materialer af organisk oprindelse, såsom træ, fibre, papir, olie, bomuld, blandt andet, især hvis de er våde.

Der er også en risiko, hvis du kommer i kontakt med baser eller reduktionsmidler. Det kombineres med vand eksplosivt og danner svovlsyre.

Kontakt med metaller kan producere hydrogengas H ₂, som er meget brandfarlige.

Opvarmning i glasskruer bør undgås for at forhindre mulig voldelig brud på beholderen.

Miljømæssig påvirkning

SO ₃ betragtes som en af ​​de største forurenende stoffer, der findes i jordens atmosfære. Dette er på grund af sin rolle i dannelsen af aerosoler og dets bidrag til syreregn (på grund af dannelsen af svovlsyre H ₂ SO ₄).

Skov beskadiget af surt regn i Tjekkiet. Lovecz. Kilde: Wikimedia Commons.

SO ₃ dannes i atmosfæren ved oxidation af svovldioxid SO ₂. Når SO _{3 er} dannet, det reagerer hurtigt med vand til dannelse af svovlsyre H ₂ SO ₄. I henhold til nylige studier er der andre mekanismer til transformation af SO ₃ i atmosfæren, men på grund af den store mængde vand, der er til stede i atmosfæren, betragtes det stadig som meget mere sandsynligt, at SO ₃ hovedsageligt omdannes til H ₂ SO ₄.

SO ₃ -gas eller gasformigt industriaffald, der indeholder det, må ikke udledes i atmosfæren, fordi det er et farligt forurenende stof. Det er en meget reaktiv gas, og som nævnt ovenfor, i nærvær af fugtighed i luften, SO ₃ bliver svovlsyre H ₂ SO ₄. Derfor fortsætter SO ₃ i luft i form af svovlsyre og danner små dråber eller aerosoler.

Hvis svovlsyredråberne kommer ind i åndedrætsorganerne hos mennesker eller dyr, vokser de hurtigt i størrelse på grund af den fugtighed, der findes der, så de har en chance for at trænge ind i lungerne. En af de mekanismer, hvorved syretågen af H ₂ SO ₄ (dvs. SO ₃) kan producere stærk toksicitet, fordi den ændrer den ekstracellulære og intracellulære pH af levende organismer (planter, dyr og mennesker).

Ifølge nogle forskere er SO _3- tåge årsagen til stigningen i astmatikere i et område af Japan. SO _3- tågen har en meget ætsende virkning på metaller, så metalkonstruktioner, der er bygget af mennesker, såsom nogle broer og bygninger, kan blive hårdt påvirket.

Flydende SO ₃ bør ikke bortskaffes i kloakafløb eller kloak. Hvis det spildes i kloak, kan det medføre brand- eller eksplosionsfare. Hvis du spildes ved et uheld, må du ikke rette en vandstrøm mod produktet. Det bør aldrig optages i savsmuld eller anden brændbar absorbent, da det kan forårsage brand.

Det skal absorberes i tørt sand, tør jord eller anden helt tør inert absorberende middel. SO ₃ må ikke frigøres i miljøet og må aldrig have tilladelse til at komme i kontakt med det. Det bør holdes væk fra vandkilder, fordi det med dette producerer svovlsyre, der er skadeligt for organismer, der lever i vand og land.

Referencer

1. Sarkar, S. et al. (2019). Indflydelse af ammoniak og vand på skæbnen af ​​svovltrioxid i troposfæren: Teoretisk undersøgelse af sulfaminsyre og svovlsyredannelsesveje. J Phys Chem A. 2019; 123 (14): 3131-3141. Gendannes fra ncbi.nlm.nih.gov.
2. Muller, TL (2006). Svovlsyre og svovltrioxid. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Bind 23. Gendannes fra onlinelibrary.wiley.com.
3. US National Library of Medicine. (2019). Svovltrioxid. Gendannes fra pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
4. Kikuchi, R. (2001). Miljøstyring af svovltrioxidudledning: Effekten af ​​SO ₃ på menneskers sundhed. Environmental Management (2001) 27: 837. Gendannes fra link.springer.com.
5. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avanceret uorganisk kemi. Fjerde udgave. John Wiley & sønner.
6. Ismail, MI (1979). Ekstraktion af metaller fra sulfider under anvendelse af svovltrioxid i fluidiseret leje. J. Chem. Tech. Biotechnol. 1979, 29, 361-366. Gendannes fra onlinelibrary.wiley.com.