SVAVELTRIOXID (SO3): STRUKTUR, EGENSKAPER, RISKER, ANVÄNDNINGAR - KEMI - 2026

Den svaveltrioxid är en oorganisk förening bildad genom förening av en svavelatom (S) och 3 syreatomer (O). Dess molekylformel är SO ₃ . Vid rumstemperatur är SO ₃ en vätska som släpper ut gaser i luften.

Strukturen för gasformig SO ₃ är platt och symmetrisk. Alla tre oxygens är jämnt belägna runt svavel. SO ₃ reagerar våldsamt med vatten. Reaktionen är exoterm, vilket innebär att värme produceras, med andra ord blir det mycket varmt.

Svaveltrioxidmolekyl SO ₃ . Författare: Benjah-bmm27. Källa: Wikimedia Commons.

När flytande SO ₃ svalnar förvandlas den till ett fast ämne som kan ha tre typer av struktur: alfa, beta och gamma. Det mest stabila är alfa, i form av lager som sammanfogas för att bilda ett nätverk.

Gasformig svaveltrioxid används för att framställa rökande svavelsyra, även kallad oleum, på grund av dess likhet med olja eller oljiga ämnen. En annan av dess viktiga tillämpningar är sulfonering av organiska föreningar, det vill säga tillsatsen av -SO _3- grupper till dem. Således kan användbara kemikalier såsom tvättmedel, färgämnen, bekämpningsmedel, bland många andra, framställas.

SO ₃ är mycket farligt, det kan orsaka svåra brännskador, skador på ögon och hud. Det får inte heller inandas eller intas eftersom det kan orsaka dödsfall från inre brännskador, i munnen, matstrupen, magen etc.

Av dessa skäl måste det hanteras med stor försiktighet. Det får aldrig komma i kontakt med vatten eller brännbara material som trä, papper, tyger osv. Eftersom bränder kan uppstå. Varken bortskaffas eller släppas ut i avlopp på grund av risken för explosion.

Det gasformiga SO _{3 som} genereras i industriella processer bör inte släppas ut i miljön, eftersom det är en av dem som är ansvariga för det sura regnet som redan har skadat stora skogsområden i världen.

Strukturera

Molekylen svaveltrioxid SO ₃ i gasformigt tillstånd har en triangulär plan struktur.

Detta innebär att både svavel och de tre oxygena är i samma plan. Dessutom är distributionen av oxygener och alla elektroner symmetrisk.

Lewis resonansstrukturer. Elektroner distribueras jämnt i SO ₃ . Författare: Marilú Stea.

I fast tillstånd tre typer av strukturen av SO _{3 är kända} : alfa (α-SO ₃ ), beta (β-SO ₃ ) och gamma (γ-SO ₃ ).

Gamma γ-SO _{3 formen} innehåller cykliska trimerer, det vill säga tre enheter av SO ₃ tillsammans bildar en cyklisk eller ringformiga molekylen.

Gamma-typ fast svaveltrioxid ringformad molekyl. Författare: Marilú Stea.

Beta β-SO ₃ fas har oändlig spiralformade kedjor av tetraedrar av komposition SO ₄ kopplas samman.

Struktur för en kedja av fast-svaveltrioxid av betatyp. Författare: Marilú Stea.

Den mest stabila formen är alfa α-SO ₃ , liknar beta men med en skiktad struktur, med kedjorna förenade för att bilda ett nätverk.

Nomenklatur

-Svaveltrioxid

-Svavlsyraanhydrid

-Svaveloxid

-SO ₃ gamma, y-SO ₃

-SO ₃ beta, β-SO ₃

-SO ₃ alfa, α-SO ₃

Fysikaliska egenskaper

Fysiskt tillstånd

Vid rumstemperatur (cirka 25 ºC) och atmosfärstryck är SO ₃ en färglös vätska som avger rök i luften.

När flytande SO ₃ är ren vid 25 ° C är det en blandning av monomer SO ₃ (en enda molekyl) och trimera (3 förenade molekyler) enligt formeln S ₃ O ₉ , även kallad SO ₃ gamma γ-SO ₃ .

När temperaturen sänks, om SO ₃ är ren när den når 16,86 ºC, stelnar den eller fryser till γ-SO ₃ , även kallad ”SO _3- is ”.

Om den innehåller små mängder fukt (även spår eller extremt små mängder), SO ₃ polymeriserar till beta β-SO ₃ form som bildar kristaller med en silkeslen glans.

Sedan bildas fler bindningar som alstrar alfa-SO- _strukturen , som är ett nålformat kristallint fast ämne som liknar asbest eller asbest.

När alfa och beta går samman genererar de gamma.

Molekylvikt

80,07 g / mol

Smältpunkt

SO ₃ gamma = 16,86 ºC

Triple point

Det är temperaturen vid vilken de tre fysiska tillstånden finns: fast, vätska och gas. I alfaformen är trippelpunkten 62,2 ºC och i beta är den 32,5 ºC.

Uppvärmning av alfaformen har en större tendens att sublimera än att smälta. Sublimate innebär att gå direkt från det fasta till det gasformiga tillståndet utan att gå igenom det flytande tillståndet.

Kokpunkt

Alla former av SO ₃ kokar vid 44,8 ° C.

Densitet

Flytande SO ₃ (gamma) har en densitet av 1,9225 g / cm ³ vid 20 ° C.

Gasformig SO ₃ har en densitet på 2,76 relativt luft (luft = 1), vilket indikerar att den är tyngre än luft.

Ångtryck

SO ₃ alfa = 73 mm Hg vid 25 ° C

SO ₃ beta = 344 mm Hg vid 25 ° C

SO ₃ gamma = 433 mm Hg vid 25 ° C

Detta innebär att gammaformen tenderar att förångas lättare än beta- och betaform än alfa.

Stabilitet

Alfaformen är den mest stabila strukturen, de andra är metastabila, det vill säga de är mindre stabila.

Kemiska egenskaper

SO ₃ reagerar häftigt med vatten för att ge svavelsyra H ₂ SO ₄ . Vid reaktion produceras mycket värme så att vattenånga snabbt frigörs från blandningen.

När SO ₃ utsätts för luft, absorberar SO ₃ snabbt fukt och avger täta ångor.

Det är ett mycket starkt dehydratiseringsmedel, det betyder att det lätt tar bort vatten från andra material.

Svavel i SO ₃ har en affinitet för fria elektroner (dvs elektroner som inte är i en bindning mellan två atomer) så det tenderar att bilda komplex med föreningar som besitter dem, såsom pyridin, trimetylamin eller dioxan.

Komplex mellan svaveltrioxid och pyridin. Benjah-bmm27. Källa: Wikimedia Commons.

Genom att bilda komplex "lånar" svavel elektroner från den andra föreningen för att fylla sin brist på dem. Svaveltrioxid finns fortfarande i dessa komplex, som används i kemiska reaktioner för att tillhandahålla SO ₃ .

Det är ett kraftfullt sulfonerande reagens för organiska föreningar, vilket innebär att det används för att enkelt lägga till en grupp –SO ₃ - till molekyler.

Det reagerar lätt med oxiderna i många metaller för att ge sulfater av dessa metaller.

Det är frätande för metaller, djur- och växtvävnader.

SO ₃ är ett svårt material att hantera av flera skäl: (1) dess kokpunkt är relativt låg, (2) det har en tendens att bilda fasta polymerer vid temperaturer under 30 ° C och (3) den har en hög reaktivitet mot nästan alla organiska ämnen och vatten.

Kan polymerisera explosivt om det inte innehåller en stabilisator och fukt är närvarande. Dimetylsulfat eller boroxid används som stabilisatorer.

Erhållande

Den erhålls genom reaktionen vid 400 ° C mellan svaveldioxid SO ₂ och molekylärt syre O ₂ . Reaktionen är emellertid mycket långsam och katalysatorer krävs för att öka reaktionshastigheten.

2 SO ₂ + O ₂ ⇔ 2 SO ₃

Bland föreningarna som accelererar denna reaktion är platinametall Pt, vanadin pentoxid V ₂ O ₅ , ferrioxid Fe ₂ O ₃ och kväveoxid NO.

tillämpningar

Vid beredningen av oleum

En av dess huvudsakliga tillämpningar består i beredningen av oleum eller rökande svavelsyra, så kallad eftersom den avger ångor synliga för blotta ögat. För att erhålla den, SO ₃ absorberas i koncentrerad svavelsyra H ₂ SO ₄ .

Oleum eller rökande svavelsyra. Du kan se den vita röken komma ut ur flaskan. W. Oelen. Källa: Wikimedia Commons.

Detta görs i speciella torn i rostfritt stål där den koncentrerade svavelsyran (som är flytande) sjunker och den gasformiga SO ₃ går upp.

Vätskan och gasen kommer i kontakt och kommer samman och bildar oleum som är en oljig utseende vätska. Den har en blandning av H ₂ SO ₄ och SO ₃ , men den har också molekyler av pyrosvavelsyra H ₂ S ₂ O ₇ och trisulfuric acid H ₂ S ₃ O ₁₀ .

Vid sulfonering kemiska reaktioner

Sulfonation är en nyckelprocess i storskaliga industriella applikationer för tillverkning av tvättmedel, ytaktiva ämnen, färgämnen, bekämpningsmedel och läkemedel.

SO ₃ tjänar som ett sulfoneringsmedel för att bereda sulfonerade oljor och alkyl-aryl-sulfonerade detergenter, bland många andra föreningar. Följande visar sulfoneringsreaktionen för en aromatisk förening:

ArH + SO ₃ → ArSO ₃ H

Sulfonering av bensen med SO ₃ . Pedro8410. Källa: Wikimedia Commons.

För sulfonering reaktioner, oleum eller SO ₃ kan användas i form av sina komplex med pyridin eller med trimetylamin, bland andra.

Vid utvinning av metaller

SO ₃ -gas har använts vid mineralbehandling. Enkla oxider av metaller kan omvandlas till de mycket mer lösliga sulfater genom att behandla dem med SO ₃ vid relativt låga temperaturer.

Sulfidmineraler som pyrit (järnsulfid), kalkosin (kopparsulfid) och millerit (nickelsulfid) är de mest ekonomiska källorna till icke-järnmetaller, så behandling med SO ₃ gör att dessa metaller lätt kan erhållas. och till låg kostnad.

Järn, nickel och kopparsulfider reagerar med SO ₃ -gas även vid rumstemperatur och bildar respektive sulfater, som är mycket lösliga och kan underkastas andra processer för att erhålla ren metall.

I olika användningsområden

SO ₃ används för att framställa klorsvavelsyra, även kallad klorsulfonsyra HSO ₃ Cl.

Svaveltrioxid är en mycket kraftfull oxidant och används vid tillverkning av sprängämnen.

risker

För hälsan

SO ₃ är en mycket giftig förening på alla vägar, det vill säga inandning, förtäring och kontakt med huden.

Irriterar och korroderar slemhinnor. Orsakar hud- och ögonförbränningar. Ångorna är mycket giftiga vid inandning. Inre brännskador, andnöd, bröstsmärta och lungödem uppstår.

Svaveltrioxid SO3 är mycket frätande och farligt. Författare: OpenIcons. Källa: Pixabay.

Det är giftigt. Intag genererar allvarliga brännskador i munnen, matstrupen och magsäcken. Dessutom misstänks den vara cancerframkallande.

Från brand eller explosion

Det representerar en brandrisk vid kontakt med material av organiskt ursprung som trä, fibrer, papper, olja, bomull, bland annat, särskilt om de är våta.

Det finns också en risk om du kommer i kontakt med baser eller reduceringsmedel. Den kombineras med explosivt vatten och bildar svavelsyra.

Kontakt med metaller kan producera vätgas H ₂ som är mycket brandfarlig.

Uppvärmning i glasburkar bör undvikas för att förhindra eventuellt kraftigt brott i behållaren.

Miljöpåverkan

SO ₃ anses vara en av de största föroreningarna som finns i jordens atmosfär. Detta beror på dess roll i bildandet av aerosoler och dess bidrag till surt regn (på grund av bildandet av svavelsyra H ₂ SO ₄ ).

Skog skadad av surt regn i Tjeckien. Lovecz. Källa: Wikimedia Commons.

SO ₃ bildas i atmosfären genom oxidation av svaveldioxid SO ₂ . När SO _{3 är} utformad, det reagerar snabbt med vatten för att bilda svavelsyra H ₂ SO ₄ . Enligt nyligen genomförda studier finns det andra mekanismer för omvandling av SO ₃ i atmosfären, men på grund av den stora mängden vatten som finns i atmosfären, anses det fortfarande mycket mer troligt att SO ₃ huvudsakligen förvandlas till H ₂ SO ₄ .

SO ₃ -gas eller gasformigt industriavfall som innehåller det får inte släppas ut i atmosfären eftersom det är ett farligt förorenande ämne. Det är en mycket reaktiv gas och, såsom nämnts ovan, i närvaro av fuktighet i luften, SO ₃ blir svavelsyra H ₂ SO ₄ . Därför kvarstår SO ₃ i luft i form av svavelsyra och bildar små droppar eller aerosoler.

Om svavelsyredropparna kommer in i andningsvägarna hos människor eller djur, växer de snabbt i storlek på grund av fukten som finns där, så de har en chans att tränga in i lungorna. En av de mekanismer med vilka syradimma av H ₂ SO ₄ (det vill säga, SO ₃ ) kan producera stark toxicitet är eftersom det ändrar den extracellulära och intracellulära pH av levande organismer (växter, djur och människor).

Enligt vissa forskare är SO _3- dimma orsaken till ökningen av astmatiker i ett område i Japan. SO _3- dimman har en mycket frätande effekt mot metaller, så att metallkonstruktioner som byggts av människor som vissa broar och byggnader kan påverkas allvarligt.

Flytande SO ₃ bör inte kasseras i avloppsvatten eller avlopp. Om det spills i avlopp kan det orsaka brand- eller explosionsrisk. Om det spills ut av misstag ska du inte rikta en vattenström mot produkten. Det får aldrig absorberas i sågspån eller annat brännbart absorbent, eftersom det kan orsaka bränder.

Det måste absorberas i torr sand, torr jord eller annat helt torrt inert absorberande ämne. SO ₃ får inte släppas ut i miljön och får aldrig komma i kontakt med den. Det bör hållas borta från vattenkällor eftersom det med detta producerar svavelsyra som är skadligt för vattenlevande och markbundna organismer.

referenser

1. Sarkar, S. et al. (2019). Påverkan av ammoniak och vatten på ödet av svaveltrioxid i troposfären: teoretisk undersökning av sulfaminsyra och svavelsyrabildningsvägar. J Phys Chem A. 2019; 123 (14): 3131-3141. Återställs från ncbi.nlm.nih.gov.
2. Muller, TL (2006). Svavelsyra och svaveltrioxid. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Volym 23. Återställs från onlinelibrary.wiley.com.
3. US National Library of Medicine. (2019). Svaveltioxid. Återställs från pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
4. Kikuchi, R. (2001). Miljöhantering av utsläpp av svaveltrioxid: påverkan av SO ₃ på människors hälsa. Environmental Management (2001) 27: 837. Återhämtat från link.springer.com.
5. Cotton, F. Albert och Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avancerad oorganisk kemi. Fjärde upplagan. John Wiley & Sons.
6. Ismail, MI (1979). Extraktion av metaller från sulfider med användning av svaveltrioxid i fluidiserad bädd. J. Chem. Tech, Biotechnol. 1979, 29, 361-366. Återställs från onlinelibrary.wiley.com.