ZWAVELTRIOXIDE (SO3): STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, RISICO'S, GEBRUIK - CHEMIE - 2026

Het zwaveltrioxide is een anorganische verbinding die wordt gevormd door de vereniging van een zwavelatoom (S) en 3 zuurstofatomen (O). De molecuulformule is SO ₃ . Bij kamertemperatuur is SO ₃ een vloeistof die gassen in de lucht afgeeft.

De structuur van gasvormig SO ₃ is vlak en symmetrisch. Alle drie de zuurstofatomen zijn gelijkmatig rond zwavel geplaatst. SO ₃ reageert heftig met water. De reactie is exotherm, wat betekent dat er warmte wordt geproduceerd, met andere woorden, het wordt erg heet.

Zwaveltrioxide molecuul SO ₃ . Auteur: Benjah-bmm27. Bron: Wikimedia Commons.

Wanneer vloeibare SO ₃ afkoelt, verandert het in een vaste stof die drie soorten structuren kan hebben: alfa, bèta en gamma. De meest stabiele is alfa, in de vorm van lagen die met elkaar zijn verbonden om een ​​netwerk te vormen.

Gasvormig zwaveltrioxide wordt gebruikt om rokend zwavelzuur te bereiden, ook wel oleum genoemd, vanwege de gelijkenis met olie of olieachtige stoffen. Een andere belangrijke toepassing ervan is de sulfonering van organische verbindingen, dat wil zeggen de toevoeging van -SO ₃ -groepen eraan. Zo kunnen bruikbare chemicaliën zoals wasmiddelen, kleurstoffen, pesticiden en vele andere worden bereid.

SO ₃ is erg gevaarlijk, het kan ernstige brandwonden, oog- en huidletsel veroorzaken. Het mag ook niet worden ingeademd of ingeslikt, omdat het de dood kan veroorzaken door inwendige brandwonden in de mond, slokdarm, maag, enz.

Om deze redenen moet er met grote voorzichtigheid mee worden omgegaan. Het mag nooit in contact komen met water of brandbare materialen zoals hout, papier, stoffen enz., Aangezien er brand kan ontstaan. Het mag ook niet worden afgevoerd en mag niet in het riool terechtkomen vanwege explosiegevaar.

Het gasvormige SO ₃ dat bij industriële processen wordt gegenereerd, mag niet in het milieu terechtkomen, aangezien het een van de verantwoordelijken is voor de zure regen die al grote delen van de bossen in de wereld heeft beschadigd.

Structuur

Het molecuul zwaveltrioxide SO ₃ in gasvormige toestand heeft een driehoekige vlakke structuur.

Dit betekent dat zowel zwavel als de drie zuurstofatomen zich in hetzelfde vlak bevinden. Bovendien is de verdeling van zuurstofatomen en alle elektronen symmetrisch.

Lewis-resonantiestructuren. Elektronen worden gelijkmatig verdeeld in SO ₃ . Auteur: Marilú Stea.

In vaste toestand zijn er drie soorten structuur van SO _{3 bekend} : alfa (α-SO ₃ ), bèta (β-SO ₃ ) en gamma (γ-SO ₃ ).

De gamma γ-SO _{3 -vorm} bevat cyclische trimeren, dat wil zeggen drie eenheden SO _{3 die} samen een cyclisch of ringvormig molecuul vormen.

Ringvormig molecuul van het gamma-type vast zwaveltrioxide. Auteur: Marilú Stea.

De beta-β-SO _3- fase heeft oneindige spiraalvormige ketens van tetraëders met samenstelling SO ₄ die aan elkaar zijn gekoppeld.

Structuur van een keten van bèta-type vast zwaveltrioxide. Auteur: Marilú Stea.

De meest stabiele vorm is alfa α-SO ₃ , vergelijkbaar met bèta maar met een gelaagde structuur, waarbij de ketens zijn verbonden om een ​​netwerk te vormen.

Nomenclatuur

-Zwaveltrioxide

-Zwavelzuuranhydride

-Zwavelzuur

-SO ₃ gamma, γ-SO ₃

-SO ₃ bèta, β-SO ₃

-SO ₃ alfa, α-SO ₃

Fysieke eigenschappen

Fysieke toestand

Bij kamertemperatuur (ongeveer 25 ºC) en atmosferische druk is SO ₃ een kleurloze vloeistof die rook in de lucht afgeeft.

Wanneer vloeibare SO ₃ zuiver is bij 25 ºC, is het een mengsel van monomeer SO ₃ (een enkel molecuul) en trimeer (3 samengevoegde moleculen) met de formule S ₃ O ₉ , ook wel SO ₃ gamma γ-SO _{3 genoemd} .

Als de temperatuur wordt verlaagd en de SO ₃ zuiver is wanneer hij 16,86 ºC bereikt, stolt of bevriest hij tot γ-SO ₃ , ook wel "SO _3- ijs " genoemd.

Als het kleine hoeveelheden vocht bevat (zelfs sporen of extreem kleine hoeveelheden) polymeriseert SO ₃ tot de bèta β-SO _3- vorm die kristallen vormt met een zijdeachtige glans.

Vervolgens worden meer bindingen gevormd die de alfa α-SO _3-structuur genereren , een naaldvormige kristallijne vaste stof die lijkt op asbest of asbest.

Wanneer alfa en bèta samenkomen, genereren ze gamma.

Molecuulgewicht

80,07 g / mol

Smeltpunt

SO ₃ gamma = 16,86 ºC

Drievoudig punt

Het is de temperatuur waarbij de drie fysische toestanden aanwezig zijn: vast, vloeibaar en gas. In de alfa-vorm is het tripelpunt 62,2 ºC en in de bèta is het 32,5 ºC.

Het verwarmen van de alfavorm heeft een grotere neiging tot sublimeren dan tot smelten. Sublimeren betekent direct van de vaste naar de gasvormige toestand gaan, zonder door de vloeibare toestand te gaan.

Kookpunt

Alle vormen van SO ₃ koken bij 44,8 ° C.

Dichtheid

Vloeibare SO ₃ (gamma) een dichtheid van 1,9225 g / cm ³ bij 20 ° C.

Gasvormig SO ₃ heeft een dichtheid van 2,76 ten opzichte van lucht (lucht = 1), wat aangeeft dat het zwaarder is dan lucht.

Dampdruk

SO ₃ alpha = 73 mm Hg bij 25 ºC

SO ₃ beta = 344 mm Hg bij 25 ºC

SO ₃ gamma = 433 mm Hg bij 25 ºC

Dit betekent dat de gammavorm de neiging heeft gemakkelijker te verdampen dan de bèta- en bètavorm dan alfa.

Stabiliteit

De alfavorm is de meest stabiele structuur, de andere zijn metastabiel, dat wil zeggen, ze zijn minder stabiel.

Chemische eigenschappen

SO ₃ reageert heftig met water om zwavelzuur H ₂ SO _{4 te geven} . Bij het reageren wordt veel warmte geproduceerd waardoor waterdamp snel uit het mengsel vrijkomt.

Bij blootstelling aan lucht neemt SO ₃ snel vocht op en geeft het dichte dampen af.

Het is een zeer sterk dehydratatiemiddel, dit betekent dat het gemakkelijk water uit andere materialen verwijdert.

Zwavel in SO ₃ heeft affiniteit voor vrije elektronen (dat wil zeggen, elektronen die niet in een binding tussen twee atomen zitten), dus het heeft de neiging complexen te vormen met verbindingen die ze bezitten, zoals pyridine, trimethylamine of dioxaan.

Complex tussen zwaveltrioxide en pyridine. Benjah-bmm27. Bron: Wikimedia Commons.

Door complexen te vormen, "leent" zwavel elektronen van de andere verbinding om het gebrek eraan te vullen. In deze complexen is nog zwaveltrioxide aanwezig, die in chemische reacties worden gebruikt om SO ₃ te leveren .

Het is een krachtig sulfonerend reagens voor organische verbindingen, wat betekent dat het wordt gebruikt om gemakkelijk een groep –SO ₃ - aan moleculen toe te voegen .

Het reageert gemakkelijk met de oxiden van veel metalen om sulfaten van deze metalen te geven.

Het is corrosief voor metalen, dierlijk en plantaardig weefsel.

SO ₃ is om verschillende redenen moeilijk te hanteren: (1) het kookpunt is relatief laag, (2) het heeft de neiging om vaste polymeren te vormen bij temperaturen onder 30 ºC en (3) het heeft een hoge reactiviteit ten opzichte van bijna alle organische stoffen en water.

Kan explosief polymeriseren als het geen stabilisator bevat en er vocht aanwezig is. Dimethylsulfaat of booroxide worden als stabilisatoren gebruikt.

Het verkrijgen van

Het wordt verkregen door de reactie bij 400 ºC tussen zwaveldioxide SO ₂ en moleculaire zuurstof O ₂ . De reactie is echter erg langzaam en er zijn katalysatoren nodig om de reactiesnelheid te verhogen.

2 SO ₂ + O ₂ ⇔ 2 SO ₃

Onder de verbindingen die deze reactie versnellen, zijn platinametaal Pt, vanadiumpentoxide V ₂ O ₅ , ijzeroxide Fe ₂ O ₃ en stikstofoxide NO.

Toepassingen

Bij de bereiding van oleum

Een van de belangrijkste toepassingen is de bereiding van oleum of rokend zwavelzuur, zo genoemd omdat het met het blote oog zichtbare dampen afgeeft. Om dit te verkrijgen wordt SO ₃ geabsorbeerd in geconcentreerd zwavelzuur H ₂ SO ₄ .

Oleum of rokend zwavelzuur. U kunt de witte rook uit de fles zien komen. W. Oelen. Bron: Wikimedia Commons.

Dit gebeurt in speciale roestvrijstalen torens waar het geconcentreerde zwavelzuur (dat vloeibaar is) naar beneden gaat en het gasvormige SO ₃ omhoog gaat.

De vloeistof en het gas komen in contact en komen samen, waarbij oleum wordt gevormd dat een olieachtige vloeistof is. Het heeft een mengsel van H ₂ SO ₄ en SO ₃ , maar het heeft ook moleculen van zwavelzuur H ₂ S ₂ O ₇ en trizwavelzuur H ₂ S ₃ O ₁₀ .

Bij sulfonering chemische reacties

Sulfonering is een sleutelproces in grootschalige industriële toepassingen voor de productie van wasmiddelen, oppervlakteactieve stoffen, kleurstoffen, pesticiden en farmaceutische producten.

SO ₃ dient als een sulfoneringsmiddel om gesulfoneerde oliën en alkylarylsulfonerende wasmiddelen te bereiden, naast vele andere verbindingen. Het volgende toont de sulfoneringsreactie van een aromatische verbinding:

ArH + SO ₃ → ArSO ₃ H

Sulfonering van benzeen met SO ₃ . Pedro8410. Bron: Wikimedia Commons.

Voor de sulfoneringsreacties kan oleum of SO ₃ worden gebruikt in de vorm van zijn complexen met onder andere pyridine of trimethylamine.

Bij de winning van metalen

SO ₃ -gas is gebruikt bij de behandeling van mineralen. Eenvoudige oxiden van metalen kunnen worden omgezet in de veel beter oplosbare sulfaten door ze bij relatief lage temperaturen te behandelen met SO ₃ .

Sulfidemineralen zoals pyriet (ijzersulfide), chalcosine (kopersulfide) en milleriet (nikkelsulfide) zijn de meest economische bronnen van non-ferrometalen, dus door behandeling met SO ₃ kunnen deze metalen gemakkelijk worden verkregen. en tegen lage kosten.

IJzer-, nikkel- en kopersulfiden reageren met SO _3- gas zelfs bij kamertemperatuur, waarbij de respectievelijke sulfaten worden gevormd, die zeer oplosbaar zijn en kunnen worden onderworpen aan andere processen om het zuivere metaal te verkrijgen.

In verschillende toepassingen

SO _{3 wordt} gebruikt om chloorzwavelzuur te bereiden, ook wel chloorsulfonzuur HSO ₃ Cl genoemd.

Zwaveltrioxide is een zeer krachtig oxidatiemiddel en wordt gebruikt bij de vervaardiging van explosieven.

Risico's

Voor de gezondheid

SO ₃ is een zeer giftige verbinding via alle routes, dat wil zeggen bij inademing, inslikken en contact met de huid.

Irriterende en corroderende slijmvliezen. Veroorzaakt brandwonden aan huid en ogen. De dampen zijn bij inademing zeer giftig. Interne brandwonden, kortademigheid, pijn op de borst en longoedeem treden op.

Zwaveltrioxide SO3 is zeer corrosief en gevaarlijk. Auteur: OpenIcons. Bron: Pixabay.

Het is giftig. De inname ervan veroorzaakt ernstige brandwonden aan mond, slokdarm en maag. Bovendien wordt ervan verdacht kankerverwekkend te zijn.

Van brand of explosie

Het vormt een brandgevaar bij contact met materialen van organische oorsprong zoals hout, vezels, papier, olie, katoen, onder andere, vooral als ze nat zijn.

Er is ook een risico als u in contact komt met basen of reductiemiddelen. Het combineert explosief met water en vormt zwavelzuur.

Contact met metalen kan waterstofgas produceren H ₂ die licht ontvlambaar.

Verhitting in glazen potten moet worden vermeden om mogelijk gewelddadig scheuren van de container te voorkomen.

Milieu-impact

SO ₃ wordt beschouwd als een van de belangrijkste verontreinigende stoffen in de atmosfeer van de aarde. Dit komt door zijn rol bij de vorming van aërosolen en zijn bijdrage aan zure regen (door de vorming van zwavelzuur H ₂ SO ₄ ).

Bos beschadigd door zure regen in Tsjechië. Lovecz. Bron: Wikimedia Commons.

SO ₃ wordt gevormd in de atmosfeer door de oxidatie van zwaveldioxide SO ₂ . Wanneer SO _{3 wordt} gevormd, reageert het snel met water om zwavelzuur H ₂ SO _{4 te vormen} . Volgens recente studies, zijn er andere mechanismen voor de omzetting van SO ₃ in de atmosfeer, maar door de grote hoeveelheid water in de atmosfeer, wordt nog steeds beschouwd veel waarschijnlijker dat SO ₃ windingen in hoofdzaak in H ₂ SO ₄ .

SO ₃ -gas of gasvormig industrieel afval dat het bevat, mag niet in de atmosfeer worden geloosd omdat het een gevaarlijke verontreinigende stof is. Het is een zeer reactief gas en, zoals hierboven vermeld, wordt SO ₃ in aanwezigheid van vocht in de lucht zwavelzuur H ₂ SO ₄ . Daarom blijft SO ₃ in de lucht bestaan ​​in de vorm van zwavelzuur, waarbij kleine druppeltjes of aerosolen worden gevormd.

Als de zwavelzuurdruppeltjes de luchtwegen van mensen of dieren binnendringen, groeien ze snel in omvang door het daar aanwezige vocht, waardoor ze kans hebben om de longen binnen te dringen. Een van de mechanismen waarmee de zure nevel van H ₂ SO ₄ (dat wil zeggen SO ₃ ) een sterke toxiciteit kan veroorzaken, is omdat het de extracellulaire en intracellulaire pH van levende organismen (planten, dieren en mensen) verandert.

Volgens sommige onderzoekers is SO _3- mist de oorzaak van de toename van astmapatiënten in een gebied van Japan. De SO _3- nevel heeft een zeer corrosief effect op metalen, waardoor metalen constructies die door mensen zijn gebouwd, zoals sommige bruggen en gebouwen, ernstig kunnen worden aangetast.

Vloeibaar SO ₃ mag niet worden afgevoerd via riolering of riolering. Als het in rioleringen terechtkomt, kan dit brand- of explosiegevaar opleveren. Richt de waterstraal niet op het product als dit per ongeluk wordt gemorst. Het mag nooit worden geabsorbeerd in zaagsel of ander brandbaar absorptiemiddel, aangezien dit brand kan veroorzaken.

Het moet worden geabsorbeerd in droog zand, droge aarde of een ander volledig droog inert absorptiemiddel. SO ₃ mag niet in het milieu terechtkomen en mag er nooit mee in aanraking komen. Het moet uit de buurt van waterbronnen worden gehouden, omdat het hiermee zwavelzuur produceert dat schadelijk is voor water- en landorganismen.

Referenties

1. Sarkar, S. et al. (2019). Invloed van ammoniak en water op het lot van zwaveltrioxide in de troposfeer: theoretisch onderzoek van routes voor de vorming van sulfaminezuur en zwavelzuur. J Phys Chem A. 2019; 123 (14): 3131-3141. Opgehaald van ncbi.nlm.nih.gov.
2. Muller, TL (2006). Zwavelzuur en zwaveltrioxide. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Volume 23. Hersteld van onlinelibrary.wiley.com.
3. Amerikaanse National Library of Medicine. (2019). Zwaveltrioxide. Opgehaald van pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
4. Kikuchi, R. (2001). Milieubeheer van zwaveltrioxide-emissie: impact van SO ₃ op de menselijke gezondheid. Environmental Management (2001) 27: 837. Hersteld van link.springer.com.
5. Cotton, F. Albert en Wilkinson, Geoffrey. (1980). Geavanceerde anorganische chemie. Vierde druk. John Wiley & Sons.
6. Ismail, MI (1979). Extractie van metalen uit sulfiden met behulp van zwaveltrioxide in gefluïdiseerd bed. J. Chem Tech Biotechnol. 1979, 29, 361-366. Hersteld van onlinelibrary.wiley.com.