ŽVEPLOV TRIOKSID (SO3): STRUKTURA, LASTNOSTI, TVEGANJA, UPORABE - KEMIJA - 2026

Trioksid žveplo je anorganska spojina tvori z zvezo atom žvepla (S) in 3 atomi kisika (O). Njegova molekularna formula je SO ₃ . Pri sobni temperaturi je SO ₃ tekočina, ki sprošča pline v zrak.

Struktura plinastega SO ₃ je ravna in simetrična. Vsi trije kisiki so enakomerno razporejeni okoli žvepla. SO ₃ burno reagira z vodo. Reakcija je eksotermična, kar pomeni, da se proizvaja toplota, z drugimi besedami, zelo segreje.

Molekula žveplovega trioksida SO ₃ . Avtor: Benjah-bmm27. Vir: Wikimedia Commons.

Ko se tekoči SO ₃ ohladi, se spremeni v trdno snov, ki ima lahko tri vrste strukture: alfa, beta in gama. Najbolj stabilna je alfa, v obliki plasti, ki so združene in tvorijo mrežo.

Plinasti žveplov trioksid se uporablja za pripravo dimne žveplove kisline, imenovane tudi olje, zaradi podobnosti z oljem ali mastnimi snovmi. Še ena izmed njegovih pomembnih aplikacij je v sulfoniranjem organskih spojin, to je dodajanje -SO ₃ - skupin nanje. Tako lahko med številnimi drugimi pripravimo koristne kemikalije, kot so detergenti, barvila, pesticidi.

SO ₃ je zelo nevaren, lahko povzroči hude opekline, poškodbe oči in kože. Prav tako ga ne smete vdihavati ali zaužiti, saj lahko povzroči smrt zaradi notranjih opeklin, v ustih, požiralniku, želodcu itd.

Zaradi tega je treba z njim ravnati zelo previdno. Nikoli ne sme priti v stik z vodo ali gorljivimi materiali, kot so les, papir, tkanine itd., Saj lahko pride do požarov. Niti ga ne smete odvreči, niti v kanalizacijo ne sme priti zaradi nevarnosti eksplozije.

Plinastega SO _3, ustvarjenega v industrijskih procesih, ne bi smeli izpustiti v okolje, saj je eden tistih, ki so odgovorni za kisli dež, ki je že poškodoval velike površine gozdov na svetu.

Struktura

Molekula žveplovega trioksida SO ₃ v plinastem stanju ima trikotno ravninsko strukturo.

To pomeni, da sta žveplo in trije oksigeni v isti ravnini. Poleg tega je porazdelitev kisika in vseh elektronov simetrična.

Lewisove resonančne strukture. Elektroni so enakomerno razporejeni v SO ₃ . Avtor: Marilú Stea.

V trdnem stanju _{so znane} tri vrste strukture SO ₃ : alfa (α-SO ₃ ), beta (β-SO ₃ ) in gama (γ-SO ₃ ).

Oblika gama γ-SO ₃ vsebuje ciklične trimere, torej tri enote SO _3, skupaj tvorijo ciklično ali obročasto molekulo.

Trdna žveplena trioksidna molekula tipa gama. Avtor: Marilú Stea.

Faza beta β-SO ₃ ima neskončno spiralne verige tetraedrov sestavka SO _4, povezane med seboj.

Struktura verige trdnega žveplovega trioksida beta tipa. Avtor: Marilú Stea.

Najbolj stabilna oblika je alfa α-SO ₃ , podobna beta, vendar s plastno strukturo, z verigami, ki so povezane v mrežo.

Nomenklatura

-Žveplov trioksid

-Žveplovi anhidrid

-Žveplovi oksid

-SO ₃ gama, γ-SO ₃

-SO ₃ beta, β-SO ₃

-SO ₃ a, α-SO ₃

Fizične lastnosti

Fizično stanje

Pri sobni temperaturi (okoli 25 ° C) in atmosferskem tlaku je SO ₃ brezbarvna tekočina, ki oddaja dim v zrak.

Kadar je tekoč SO ₃ čist pri 25 ° C, gre za mešanico monomernega SO ₃ (ena sama molekula) in trimerne (3 združene molekule) s formulo S ₃ O ₉ , imenovane tudi SO ₃ gama γ-SO ₃ .

Če je SO ₃ čist, ko doseže 16,86 ºC, se strdi ali zmrzne na γ-SO ₃ , imenovan tudi „led ₃ SO “.

Če vsebuje majhne količine vlage (celo sledi ali izredno majhne količine), SO ₃ polimerizira do oblike beta β-SO _3, ki tvori kristale s svilnatim sijajem.

Nato nastane več vezi, ki tvorijo _strukturo alfa α-SO ₃ , ki je iglasto kristalno trdno snov, ki spominja na azbest ali azbest.

Ko se alfa in beta združita, ustvarjata gama.

Molekularna teža

80,07 g / mol

Tališče

SO ₃ gama = 16,86 ºC

Trojna točka

To je temperatura, pri kateri so prisotna tri fizikalna stanja: trdno, tekoče in plinsko. V alfa obliki je trojna točka pri 62,2 ° C, v beta različici pa pri 32,5 ° C.

Segrevanje alfa oblike ima večjo težnjo k sublimaciji kot taljenju. Sublimacija pomeni prehod iz trdnega v plinasto stanje neposredno, ne da bi šli skozi tekoče stanje.

Vrelišče

Vse oblike SO ₃ vrejo pri 44,8 ° C.

Gostota

Tekoči SO ₃ (gama) ima gostoto 1,9225 g / cm ³ pri 20 ° C.

Plinasti SO ₃ ima glede na zrak gostoto 2,76 (zrak = 1), kar pomeni, da je težji od zraka.

Parni tlak

SO ₃ alfa = 73 mm Hg pri 25 ° C

SO ₃ beta = 344 mm Hg pri 25 ° C

SO ₃ gama = 433 mm Hg pri 25 ° C

To pomeni, da gama oblika izhlapi lažje kot beta in beta oblika kot alfa.

Stabilnost

Oblika alfa je najbolj stabilna struktura, druge so metastabilne, torej manj stabilne.

Kemijske lastnosti

SO ₃ močno reagira z vodo, da dobi žveplovo kislino H ₂ SO ₄ . Pri reagiranju nastane veliko toplote, tako da se vodna para hitro sprosti iz mešanice.

Kadar je izpostavljen zraku, SO ₃ hitro absorbira vlago in oddaja goste hlape.

Je zelo močno dehidrirajoče sredstvo, to pomeni, da vodo zlahka odstranjuje iz drugih materialov.

Žveplo v SO ₃ ima afiniteto do prostih elektronov (to je elektronov, ki niso v vezi med dvema atomoma), zato teži k nastanku kompleksov s spojinami, ki jih imajo, kot so piridin, trimetilamin ali dioksan.

Kompleks med žveplovim trioksidom in piridinom. Benjah-bmm27. Vir: Wikimedia Commons.

S tvorjenjem kompleksov žveplo »zadolžuje« elektrone iz druge spojine, da zapolni njihovo pomanjkanje. V teh kompleksih je še vedno na voljo žveplov trioksid, ki se v kemičnih reakcijah uporablja za dovajanje SO ₃ .

To je močan sulfoniranje reagent za organskih spojin, kar pomeni, da se uporabljajo omogoča enostavno dodajanje skupino -SO ₃ - molekule.

Preprosto reagira z oksidi številnih kovin, da dobimo sulfate teh kovin.

Je jedko za kovine, živalska in rastlinska tkiva.

SO ₃ je težaven material za obdelavo iz več razlogov: (1) njegova vrelišče je relativno nizko, (2) ima težnjo po tvorbi trdnih polimerov pri temperaturah pod 30 ° C in (3) ima visoko reaktivnost skoraj vseh organske snovi in ​​voda.

Lahko polimerizira eksplozivno, če ne vsebuje stabilizatorja in je prisotna vlaga. Dimetil sulfat ali borov oksid se uporabljajo kot stabilizatorji.

Pridobitev

To je dobljen z reakcijo pri 400 ° C med žveplovega dioksida SO ₂ in molekularnega kisika O ₂ . Vendar je reakcija zelo počasna in za povečanje hitrosti reakcije so potrebni katalizatorji.

2 SO ₂ + O ₂ ⇔ 2 SO ₃

Med spojinami, ki pospešijo to reakcijo, so kovina platine Pt, vanadij pentoksid V ₂ O ₅ , železov oksid Fe ₂ O ₃ in dušikov oksid NO.

Prijave

Pri pripravi oleja

Ena od njegovih glavnih uporab je sestavljena iz priprave oleja ali raztapljanja žveplove kisline, tako imenovane, ker oddaja hlape, vidne s prostim očesom. Da bi ga pridobili, se SO ₃ absorbira v koncentrirani žveplovi kislini H ₂ SO ₄ .

Olje ali žveplena kislina. Lahko vidite beli dim, ki prihaja iz steklenice. W. Oelen. Vir: Wikimedia Commons.

To se izvede v posebnih stolpih iz nerjavečega jekla, kjer koncentrirana žveplova kislina (ki je tekoča) pada in se plinasti SO ₃ dvigne.

Tekočina in plin prideta v stik in se združita in tvorita olej, ki je oljnatega videza. Ima mešanico H ₂ SO ₄ in SO ₃ , ima pa tudi molekuli žveplove kisline H ₂ S ₂ O ₇ in trisulfinske kisline H ₂ S ₃ O ₁₀ .

Pri kemijskih reakcijah s sulfoniranjem

Sulfoniranje je ključni postopek v velikih industrijskih aplikacijah za proizvodnjo detergentov, površinsko aktivnih snovi, barvil, pesticidov in zdravil.

SO ₃ služi kot sulfonirno sredstvo za pripravo sulfoniranih olj in alkil-aril-sulfoniranih detergentov, med številnimi drugimi spojinami. Naslednje prikazuje reakcijo sulfoniranja aromatične spojine:

ArH + SO ₃ → ArSO ₃ H

Sulfoniranje benzena s SO ₃ . Pedro8410. Vir: Wikimedia Commons.

Za sulfonacijske reakcij, oleumom ali SO ₃ lahko uporabimo v obliki njenih kompleksov s piridinom ali z trimetilamin, med drugim.

Pri pridobivanju kovin

Plin ₃ se uporablja pri obdelavi mineralov. Preprosti oksidi kovin se lahko pretvorijo v veliko bolj topne sulfate, če jih obdelamo s SO ₃ pri razmeroma nizkih temperaturah.

Sulfidni minerali, kot so pirit (železov sulfid), halkozin (bakrov sulfid) in millerit (nikelj sulfid), so najbolj ekonomični viri barvnih kovin, zato obdelava s SO ₃ omogoča enostavno pridobivanje teh kovin. in z nizkimi stroški.

Železov, nikelj in bakreni sulfidi reagirajo s plinom SO ₃ tudi pri sobni temperaturi in tvorijo ustrezne sulfate, ki so zelo topni in jih lahko podvržemo drugim postopkom, da dobimo čisto kovino.

V različnih vrstah uporabe

SO _{3 se} uporablja za pripravo klorosvenske kisline, imenovane tudi klorosulfonska kislina HSO ₃ Cl.

Žveplov trioksid je zelo močan oksidant in se uporablja pri izdelavi eksploziva.

Tveganja

Na zdravje

SO ₃ je zelo strupena spojina po vseh poteh, torej pri vdihavanju, zaužitju in stiku s kožo.

Draži in korodira sluznico. Povzroča opekline kože in oči. Njeni hlapi so pri vdihavanju zelo strupeni. Pojavijo se notranje opekline, zasoplost, bolečine v prsih in pljučni edem.

Žveplov trioksid SO3 je zelo jedko in nevaren. Avtor: OpenIcons. Vir: Pixabay.

Je strupen. Njegovo zaužitje povzroči močne opekline ust, požiralnika in želodca. Poleg tega obstaja sum, da je rakotvoren.

Od požara ali eksplozije

Predstavlja požarno nevarnost pri stiku z materiali organskega izvora, kot so les, vlakna, papir, olje, bombaž, med drugim, še posebej, če so mokri.

Obstaja tudi tveganje, če pridete v stik z bazami ali reducirnimi snovmi. Kombinira se z vodo eksplozivno in tvori žveplovo kislino.

Stiku s kovinami lahko proizvajajo vodik plin H ₂ , ki je lahko vnetljiv.

Izogibati se je treba segrevanju v steklenih kozarcih, da se prepreči morebitno nasilno porušitev posode.

Okoljski udarec

SO ₃ velja za eno glavnih onesnaževal, prisotnih v zemeljski atmosferi. To je posledica njegove vloge pri nastajanju aerosolov in njegovega prispevka k kislemu dežju (zaradi tvorbe žveplove kisline H ₂ SO ₄ ).

Gozd, poškodovan s kislim dežjem na Češkem. Lovecz. Vir: Wikimedia Commons.

SO ₃ nastane v atmosferi z oksidacijo žveplovega dioksida SO ₂ . Ko nastane SO ₃ , hitro reagira z vodo, da tvori žveplovo kislino H ₂ SO ₄ . Po zadnjih raziskavah obstajajo še drugi mehanizmi za preoblikovanje SO ₃ v atmosferi, vendar zaradi velike količine vode, ki je prisotna v atmosferi, še vedno velja, da je veliko večja verjetnost, da se SO ₃ v glavnem pretvori v H ₂ SO ₄ .

SO ₃ plina ali plinasti industrijskih odpadkov, ki ga vsebujejo, ne sme biti odvaja v ozračje, ker gre za nevarno onesnažuje. Je visoko reaktiven plin in, kot že omenjeno, se ob prisotnosti vlage v zraku SO ₃ pretvori v žveplovo kislino H ₂ SO ₄ . Zato na zraku SO ₃ vztraja v obliki žveplove kisline, tvori majhne kapljice ali aerosole.

Če kapljice žveplove kisline vstopijo v dihala ljudi ali živali, se zaradi vlage, ki je tam prisotna, hitro povečajo, zato lahko prodrejo v pljuča. Eden od mehanizmov, s katerim lahko kisla meglica H ₂ SO ₄ (torej SO ₃ ) povzroči močno strupenost, je ta, ker spreminja zunajcelični in znotrajcelični pH živih organizmov (rastlin, živali in ljudi).

Po mnenju nekaterih raziskovalcev je megla SO ₃ vzrok za povečanje astmatikov na območju Japonske. Meglica SO ₃ ima zelo koroziven učinek na kovine, tako da lahko kovinske konstrukcije, ki jih zgradijo ljudje, kot so nekateri mostovi in ​​zgradbe, močno prizadenejo.

Tekočega SO ₃ ne smete odvreči v kanalizacijske kanalizacije ali kanalizacije. Če se razlije v kanalizacijo, lahko povzroči požar ali eksplozijo. Če se slučajno razlije, ne usmerite toka vode na izdelek. Nikoli se ne sme vpijati v žagovino ali drug vnetljiv vpojni material, saj lahko povzroči požare.

Vpijati ga je treba v suh pesek, suho zemljo ali drug popolnoma suh inerten absorbent. SO ₃ se ne sme izpustiti v okolje in nikoli ne sme priti v stik z njim. Hraniti ga je treba stran od vodnih virov, saj s tem proizvaja žveplovo kislino, ki je škodljiva za vodne in kopenske organizme.

Reference

1. Sarkar, S. et al. (2019). Vpliv amoniaka in vode na usodo žveplovega trioksida v troposferi: teoretično raziskovanje poti nastanka žveplove kisline in žveplove kisline. J Phys Chem A. 2019; 123 (14): 3131–3141. Pridobljeno iz ncbi.nlm.nih.gov.
2. Muller, TL (2006). Žveplova kislina in žveplov trioksid. Kirk-Othmerjeva enciklopedija za kemijsko tehnologijo. Zbirka 23. Pridobljeno s spletnega naslova onlinelibrary.wiley.com.
3. Ameriška nacionalna medicinska knjižnica. (2019). Žveplov trioksid. Obnovljeno iz pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
4. Kikuchi, R. (2001). Okoljsko upravljanje emisij žveplovega trioksida: Vpliv SO ₃ na zdravje ljudi. Okoljsko upravljanje (2001) 27: 837. Pridobljeno z link.springer.com.
5. Cotton, F. Albert in Wilkinson, Geoffrey. (1980). Napredna anorganska kemija. Četrta izdaja. John Wiley & Sons.
6. Ismail, MI (1979). Ekstrakcija kovin iz sulfidov z uporabo žveplovega trioksida v fluidiziranem sloju. J. Chem. Tech. Biotechnol. 1979, 29, 361-366. Pridobljeno iz spletnega spletnega naslova.wiley.com.