- Struktura
- Nomenklatura
- Właściwości fizyczne
- Stan fizyczny
- Waga molekularna
- Temperatura topnienia
- Potrójny punkt
- Temperatura wrzenia
- Gęstość
- Ciśnienie pary
- Stabilność
- Właściwości chemiczne
- Otrzymywanie
- Aplikacje
- W przygotowaniu oleum
- W reakcjach chemicznych sulfonowania
- W wydobyciu metali
- W różnych zastosowaniach
- Ryzyka
- Za zdrowie
- Od pożaru lub wybuchu
- Wpływ środowiska
- Bibliografia
Trójtlenek siarki jest nieorganiczny związek utworzony przez połączenie atom siarki (S) i 3 atomy tlenu (O). Jego wzór cząsteczkowy to SO 3 . W temperaturze pokojowej SO 3 jest cieczą, która uwalnia gazy do powietrza.
Struktura gazowego SO 3 jest płaska i symetryczna. Wszystkie trzy tlenki są równomiernie rozmieszczone wokół siarki. SO 3 reaguje gwałtownie z wodą. Reakcja jest egzotermiczna, co oznacza, że wytwarzane jest ciepło, innymi słowy, bardzo się nagrzewa.
Cząsteczka trójtlenku siarki SO 3 . Autor: Benjah-bmm27. Źródło: Wikimedia Commons.
Gdy ciekły SO 3 ochładza się, zamienia się w ciało stałe, które może mieć trzy typy struktury: alfa, beta i gamma. Najbardziej stabilna jest alfa, w postaci warstw połączonych ze sobą w sieć.
Gazowy trójtlenek siarki jest używany do przygotowania dymiącego kwasu siarkowego, zwanego także oleum, ze względu na jego podobieństwo do olejów lub substancji oleistych. Innym ważnym jej zastosowaniem jest sulfonowanie związków organicznych, czyli dodawanie do nich grup -SO 3 -. W ten sposób można przygotować przydatne chemikalia, takie jak między innymi detergenty, barwniki, pestycydy.
SO 3 jest bardzo niebezpieczny, może powodować poważne oparzenia, uszkodzenia oczu i skóry. Nie należy go również wdychać ani połykać, ponieważ może to spowodować śmierć w wyniku poparzeń wewnętrznych ust, przełyku, żołądka itp.
Z tych powodów należy obchodzić się z nim z dużą ostrożnością. Nigdy nie może mieć kontaktu z wodą lub materiałami palnymi, takimi jak drewno, papier, tkaniny itp., Ponieważ może dojść do pożaru. Nie należy go również usuwać ani przedostawać do kanalizacji ze względu na niebezpieczeństwo wybuchu.
Gazowy SO 3 powstający w procesach przemysłowych nie powinien być uwalniany do środowiska, ponieważ jest jednym z czynników odpowiedzialnych za kwaśne deszcze, które już zniszczyły duże obszary lasów na świecie.
Struktura
Cząsteczka trójtlenku siarki SO 3 w stanie gazowym ma trójkątną płaską strukturę.
Oznacza to, że zarówno siarka, jak i trzy tlenki znajdują się w tej samej płaszczyźnie. Ponadto rozkład tlenu i wszystkich elektronów jest symetryczny.
Struktury rezonansowe Lewisa. Elektrony są rozłożone równomiernie w SO 3 . Autor: Marilú Stea.
W stanie stałym znane są trzy typy struktur SO 3 : alfa (α-SO 3 ), beta (β-SO 3 ) i gamma (γ-SO 3 ).
Gamma γ-SO 3 tworzą zawiera cykliczne trimery, czyli trzy jednostki SO 3 razem tworzą cykliczną lub pierścienia cząsteczki.
Cząsteczka w kształcie pierścienia stałego trójtlenku siarki typu gamma. Autor: Marilú Stea.
Faza beta β-SO 3 ma połączone ze sobą nieskończone helikalne łańcuchy czworościanów o składzie SO 4 .
Struktura łańcucha stałego trójtlenku siarki typu beta. Autor: Marilú Stea.
Najbardziej stabilną formą jest alfa α-SO 3 , podobna do beta, ale o strukturze warstwowej, z łańcuchami połączonymi w sieć.
Nomenklatura
-Trójtlenek siarki
-Bezwodnik siarkowy
-Tlenek siarki
-SO 3 gamma, γ-SO 3
-SO 3 beta, β-SO 3
-SO 3 alfa, α-SO 3
Właściwości fizyczne
Stan fizyczny
W temperaturze pokojowej (około 25 ºC) i ciśnieniu atmosferycznym SO 3 jest bezbarwną cieczą emitującą dym do powietrza.
Gdy ciekły SO 3 jest czysty w temperaturze 25 ° C, jest to mieszanina monomerycznego SO 3 (pojedyncza cząsteczka) i trimerycznego (3 połączone cząsteczki) o wzorze S 3 O 9 , zwanym także SO 3 gamma γ-SO 3 .
Podczas obniżania temperatury, jeśli SO 3 jest czysty, gdy osiąga 16,86 ° C, krzepnie lub zamarza do γ-SO 3 , zwanego również „lodem SO 3 ”.
Jeśli zawiera niewielkie ilości wilgoci (nawet ślady lub bardzo małe ilości), SO 3 polimeryzuje do postaci beta β-SO 3, która tworzy kryształy o jedwabistym połysku.
Następnie więcej wiązań powstają generowania alfa, alfa-SO 3 struktury , która jest w kształcie igły, krystaliczne ciało stałe, które przypomina azbest lub azbestu.
Kiedy alfa i beta łączą się, generują gamma.
Waga molekularna
80,07 g / mol
Temperatura topnienia
Gamma SO 3 = 16,86 ºC
Potrójny punkt
Jest to temperatura, w której występują trzy stany skupienia: ciało stałe, ciecz i gaz. W formie alfa punkt potrójny ma temperaturę 62,2 ° C, a w wersji beta 32,5 ° C.
Ogrzewanie formy alfa ma większą tendencję do sublimacji niż do topienia. Sublimacja oznacza bezpośrednie przejście ze stanu stałego do stanu gazowego, bez przechodzenia przez stan ciekły.
Temperatura wrzenia
Wszystkie formy SO 3 wrzą w temp. 44,8ºC.
Gęstość
Ciekły SO 3 (gamma) ma gęstość 1,9225 g / cm 3 w temperaturze 20 ºC.
Gazowy SO 3 ma gęstość 2,76 względem powietrza (powietrze = 1), co oznacza, że jest cięższy od powietrza.
Ciśnienie pary
SO 3 alpha = 73 mm Hg w 25 ° C
SO 3 beta = 344 mm Hg przy 25 ºC
SO 3 gamma = 433 mm Hg przy 25 ºC
Oznacza to, że forma gamma ma tendencję do łatwiejszego parowania niż forma beta i beta niż alfa.
Stabilność
Forma alfa jest najbardziej stabilną strukturą, pozostałe są metastabilne, to znaczy są mniej stabilne.
Właściwości chemiczne
SO 3 energicznie reaguje z wodą, dając kwas siarkowy H 2 SO 4 . Podczas reakcji wytwarza się dużo ciepła, dzięki czemu para wodna jest szybko uwalniana z mieszaniny.
Wystawiony na powietrze SO 3 szybko wchłania wilgoć, wydzielając gęste opary.
Jest bardzo silnym środkiem odwadniającym, co oznacza, że łatwo usuwa wodę z innych materiałów.
Siarka w SO 3 ma powinowactwo do wolnych elektronów (to znaczy elektronów, które nie są w wiązaniu między dwoma atomami), więc ma tendencję do tworzenia kompleksów ze związkami, które je posiadają, takimi jak pirydyna, trimetyloamina czy dioksan.
Kompleks między trójtlenkiem siarki i pirydyną. Benjah-bmm27. Źródło: Wikimedia Commons.
Tworząc kompleksy, siarka „pożycza” elektrony od innego związku, aby wypełnić ich brak. W tych kompleksach nadal występuje trójtlenek siarki, który jest używany w reakcjach chemicznych do dostarczania SO 3 .
Jest silnym odczynnikiem sulfonującym związki organiczne, co oznacza, że służy do łatwego dodawania grupy - SO 3 - do cząsteczek.
Łatwo reaguje z tlenkami wielu metali, dając siarczany tych metali.
Działa korodująco na metale, tkanki zwierzęce i roślinne.
SO 3 jest materiałem trudnym w obróbce z kilku powodów: (1) jego temperatura wrzenia jest stosunkowo niska, (2) ma tendencję do tworzenia stałych polimerów w temperaturach poniżej 30 ºC oraz (3) ma wysoką reaktywność w stosunku do prawie wszystkich substancje organiczne i woda.
Może polimeryzować wybuchowo, jeśli nie zawiera stabilizatora i występuje wilgoć. Jako stabilizatory stosuje się siarczan dimetylu lub tlenek boru.
Otrzymywanie
Uzyskuje się go w wyniku reakcji w temperaturze 400 ºC między dwutlenkiem siarki SO 2 a tlenem cząsteczkowym O 2 . Jednak reakcja przebiega bardzo wolno i do zwiększenia szybkości reakcji potrzebne są katalizatory.
2 SO 2 + O 2 ⇔ 2 SO 3
Do związków przyspieszających tę reakcję należą platyna metaliczna Pt, pięciotlenek wanadu V 2 O 5 , tlenek żelaza Fe 2 O 3 i tlenek azotu NO.
Aplikacje
W przygotowaniu oleum
Jednym z jego głównych zastosowań jest otrzymywanie oleum czyli dymiącego kwasu siarkowego, zwanego tak, ponieważ wydziela opary widoczne gołym okiem. Aby go otrzymać, SO 3 jest absorbowany w stężonym kwasie siarkowym H 2 SO 4 .
Oleum lub dymiący kwas siarkowy. Możesz zobaczyć biały dym wydobywający się z butelki. W. Oelen. Źródło: Wikimedia Commons.
Odbywa się to w specjalnych wieżach ze stali nierdzewnej, w których stężony kwas siarkowy (który jest płynny) opada, a gazowy SO 3 podnosi się.
Ciecz i gaz wchodzą w kontakt i łączą się, tworząc oleum, które jest oleistą cieczą. Zawiera mieszaninę H 2 SO 4 i SO 3 , ale ma również cząsteczki kwasu disiarkowego H 2 S 2 O 7 i kwasu trisiarkowego H 2 S 3 O 10 .
W reakcjach chemicznych sulfonowania
Sulfonowanie jest kluczowym procesem w zastosowaniach przemysłowych na dużą skalę do produkcji detergentów, środków powierzchniowo czynnych, barwników, pestycydów i farmaceutyków.
SO 3 służy jako środek sulfonujący do wytwarzania między innymi sulfonowanych olejów i alkilo-arylosulfonowanych detergentów. Poniżej przedstawiono reakcję sulfonowania związku aromatycznego:
ArH + SO 3 → ArSO 3 H
Sulfonowanie benzenu SO 3 . Pedro8410. Źródło: Wikimedia Commons.
Do reakcji sulfonowania, oleum lub SO 3 można stosować w postaci jego kompleksu pirydyny lub z trimetyloaminą, między innymi.
W wydobyciu metali
Do oczyszczania minerałów zastosowano gaz SO 3 . Proste tlenki metali można przekształcić w znacznie lepiej rozpuszczalne siarczany, traktując je SO 3 w stosunkowo niskich temperaturach.
Minerały siarczkowe, takie jak piryt (siarczek żelaza), chalkozyna (siarczek miedzi) i milleryt (siarczek niklu) są najbardziej ekonomicznymi źródłami metali nieżelaznych, dlatego obróbka SO 3 pozwala na łatwe uzyskanie tych metali. i po niskich kosztach.
Siarczki żelaza, niklu i miedzi reagują z gazowym SO 3 nawet w temperaturze pokojowej, tworząc odpowiednie siarczany, które są bardzo dobrze rozpuszczalne i można je poddać innym procesom w celu uzyskania czystego metalu.
W różnych zastosowaniach
SO 3 służy do otrzymywania kwasu chlorosulfonowego, zwanego także kwasem chlorosulfonowym HSO 3 Cl.
Trójtlenek siarki jest bardzo silnym utleniaczem i jest używany do produkcji materiałów wybuchowych.
Ryzyka
Za zdrowie
SO 3 jest związkiem silnie toksycznym we wszystkich drogach, to znaczy przez wdychanie, połknięcie i kontakt ze skórą.
Działa drażniąco i korodująco na błony śluzowe. Powoduje oparzenia skóry i oczu. Jego opary są bardzo toksyczne przy wdychaniu. Występują oparzenia wewnętrzne, duszność, ból w klatce piersiowej i obrzęk płuc.
Trójtlenek siarki SO3 jest bardzo żrący i niebezpieczny. Autor: OpenIcons. Źródło: Pixabay.
Jest trujący. Jego połknięcie powoduje poważne oparzenia ust, przełyku i żołądka. Ponadto podejrzewa się, że jest rakotwórczy.
Od pożaru lub wybuchu
Stanowi zagrożenie pożarowe w kontakcie z materiałami pochodzenia organicznego, takimi jak między innymi drewno, włókna, papier, olej, bawełna, zwłaszcza jeśli są mokre.
Istnieje również ryzyko w przypadku kontaktu z zasadami lub środkami redukującymi. Łączy się z wodą wybuchowo, tworząc kwas siarkowy.
W kontakcie z metalami może wytworzyć się wodór H 2, który jest wysoce łatwopalny.
Należy unikać podgrzewania w szklanych słoikach, aby zapobiec możliwemu gwałtownemu pęknięciu pojemnika.
Wpływ środowiska
SO 3 jest uważany za jeden z głównych zanieczyszczeń obecnych w ziemskiej atmosferze. Wynika to z jego roli w tworzeniu się aerozoli i udziału w kwaśnych deszczach (w wyniku tworzenia się kwasu siarkowego H 2 SO 4 ).
Las zniszczony przez kwaśne deszcze w Czechach. Lovecz. Źródło: Wikimedia Commons.
SO 3 powstaje w atmosferze w wyniku utleniania dwutlenku siarki SO 2 . Kiedy tworzy się SO 3 , szybko reaguje z wodą, tworząc kwas siarkowy H 2 SO 4 . Według ostatnich badań istnieją inne mechanizmy przemiany SO 3 w atmosferze, ale ze względu na dużą ilość wody obecnej w atmosferze, nadal uważa się, że znacznie bardziej prawdopodobne jest, że SO 3 zamienia się głównie w H 2 SO 4 .
Gaz SO 3 lub zawierające go gazowe odpady przemysłowe nie mogą być wypuszczane do atmosfery, ponieważ jest on niebezpiecznym zanieczyszczeniem. Jest to gaz silnie reaktywny i jak wspomniano powyżej, w obecności wilgoci zawartej w powietrzu SO 3 przechodzi w kwas siarkowy H 2 SO 4 . Dlatego w powietrzu SO 3 utrzymuje się w postaci kwasu siarkowego, tworząc małe kropelki lub aerozole.
Jeśli kropelki kwasu siarkowego dostaną się do dróg oddechowych ludzi lub zwierząt, ze względu na obecną tam wilgoć szybko rosną, więc mają szansę przedostać się do płuc. Jednym z mechanizmów, za pomocą których kwaśna mgła H 2 SO 4 (czyli SO 3 ) może wywoływać silną toksyczność, jest to, że zmienia zewnątrzkomórkowe i wewnątrzkomórkowe pH organizmów żywych (roślin, zwierząt i ludzi).
Według niektórych badaczy mgła SO 3 jest przyczyną wzrostu zachorowań na astmę na terenie Japonii. Mgła SO 3 ma bardzo korozyjny wpływ na metale, przez co konstrukcje metalowe budowane przez ludzi, takie jak niektóre mosty i budynki, mogą zostać poważnie naruszone.
Płynny SO 3 nie powinien być usuwany do kanalizacji ani kanalizacji. Rozlany do kanalizacji może spowodować pożar lub zagrożenie wybuchem. W razie przypadkowego rozlania nie kierować strumienia wody na produkt. Nigdy nie należy go wchłaniać w trociny lub inne palne absorbenty, ponieważ może spowodować pożar.
Należy go wchłonąć w suchy piasek, suchą ziemię lub inny całkowicie suchy obojętny absorbent. SO 3 nie może przedostawać się do środowiska i nigdy nie wolno mu wchodzić z nim w kontakt. Powinien być trzymany z dala od źródeł wody, ponieważ wytwarza kwas siarkowy, który jest szkodliwy dla organizmów wodnych i lądowych.
Bibliografia
- Sarkar, S. i in. (2019). Wpływ amoniaku i wody na losy trójtlenku siarki w troposferze: Teoretyczne badanie szlaków tworzenia kwasu amoniowego i kwasu siarkowego. J Phys Chem A. 2019; 123 (14): 3131-3141. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
- Muller, TL (2006). Kwas siarkowy i trójtlenek siarki. Kirk-Othmer Encyklopedia technologii chemicznej. Tom 23. Odzyskany z onlinelibrary.wiley.com.
- Narodowa Biblioteka Medyczna Stanów Zjednoczonych. (2019). Trójtlenek siarki. Odzyskany z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
- Kikuchi, R. (2001). Zarządzanie środowiskowe emisją trójtlenku siarki: wpływ SO 3 na zdrowie ludzi. Environmental Management (2001) 27: 837. Odzyskane z link.springer.com.
- Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
- Ismail, MI (1979). Ekstrakcja metali z siarczków przy użyciu trójtlenku siarki w złożu fluidalnym. J. Chem. Tech. Biotechnol. 1979, 29, 361-366. Odzyskany z onlinelibrary.wiley.com.