- estructura
- Nomenclatura
- propietats físiques
- estat físic
- pes molecular
- Punt de fusió
- punt triple
- Punt d'ebullició
- densitat
- Pressió de vapor
- estabilitat
- propietats químiques
- obtenció
- usos
- En la preparació d'òleum
- En reaccions químiques de sulfonació
- En l'extracció de metalls
- En diversos usos
- Riscos
- Per a la salut
- D'incendi o explosió
- Impacte mediambiental
- referències
El triòxid de sofre és un compost inorgànic format per la unió d'un àtom de sofre (S) i 3 àtoms d'oxigen (O). La seva fórmula molecular és SO 3. A temperatura ambient, el SO 3 és un líquid que desprèn gasos a l'aire.
L'estructura de l'SO 3 gasós és plana i simètrica. Els tres oxígens estan situats de forma equitativa al voltant de l'sofre. El SO 3 reacciona violentament amb l'aigua. La reacció és exotèrmica, el que significa que es produeix calor, en altres paraules, s'escalfa molt.
Molècula de triòxid de sofre SO 3. Autor: Benjah-bmm27. Font: Wikimedia Commons.
Quan el SO 3 líquid es refreda, es converteix en un sòlid que pot tenir tres tipus d'estructura: alfa, beta i gamma. La més estable és l'alfa, en forma de capes unides entre si constituint una xarxa.
El triòxid de sofre gasós s'empra per preparar àcid sulfúric fumant, també anomenat òleum, per la seva semblança amb oli o substàncies olioses. Una altra de les seves importants aplicacions és a la sulfonació de compostos orgànics, és a dir, l'addició de grups -SO 3 - a aquests. Així es poden preparar substàncies químiques útils com detergents, colorants, pesticides, entre moltes altres.
El SO 3 és molt perillós, pot causar greus cremades, danys en els ulls i la pell. Tampoc ha de ser inhalat ni ingerit doncs pot causar la mort per cremades internes, a la boca, esòfag, estómac, etc.
Per aquestes raons, ha de ser manipulat amb molta precaució. Mai ha d'entrar en contacte amb aigua ni materials combustibles com ara fusta, paper, teles, etc., ja que es poden produir incendis. Tampoc s'ha de rebutjar ni ha d'arribar a clavegueram pel perill d'explosió.
El SO 3 gasós generat en processos industrials no ha de alliberar-se a l'ambient, ja que és un dels responsables de la pluja àcida que ja ha danyat grans extensions de boscos al món.
estructura
La molècula d'el triòxid de sofre SO 3 en estat gasós posseeix una estructura plana triangular.
Això vol dir que tant el sofre com els tres oxígens es troben en un mateix pla. A més, la distribució dels oxígens i de tots els electrons és simètrica.
Estrcuturas de ressonància de Lewis. Els electrons es reparteixen equitativament en el SO 3. Autora: Marilú Stea.
En estat sòlid es coneixen tres tipus d'estructura de l'SO 3: alfa (α-SO 3), beta (β-SO 3) i gamma (γ-SO 3).
La forma gama γ-SOTA 3 conté trímers cíclics, és a dir, tres unitats de SO 3 juntes formant una molècula cíclica o en forma d'anell.
Molècula en forma d'anell de l'triòxid de sofre sòlid tipus gamma. Autora: Marilú Stea.
La fase beta β-SO 3 posseeix cadenes infinites helicoïdals de tetraedres de composició SO 4 units entre si.
Estructura d'una cadena de el triòxid de sofre sòlid tipus beta. Autora: Marilú Stea.
La forma més estable és l'alfa α-SOTA 3, similar a la beta però amb una estructura en capes, amb les cadenes unides formant una xarxa.
Nomenclatura
-Trióxido de sofre
-Anhídrido sulfúric
-òxid sulfúric
-SO 3 gamma, γ-SO 3
-SO 3 beta, β-SO 3
-SO 3 alfa, α-SO 3
propietats físiques
estat físic
A temperatura ambient (al voltant de 25 ºC) i pressió atmosfèrica, el SO 3 és un líquid incolor que emet fums a l'aire.
Quan el SO 3 líquid està pur a 25 ° C és una barreja de SO 3 monomèric (una sola molècula) i trimérico (3 molècules unides) de fórmula S 3 O 9, també anomenat SO 3 gamma γ-SO 3.
A l'baixar la temperatura, si el SO 3 és pur a l'arribar a 16,86 ºC, es solidifica o congela a γ-SO 3, també anomenat "gel de SO 3 ".
Si conté petites quantitats d'humitat (fins i tot traces o quantitats extremadament petites) el SO 3 polimeritza a la forma beta β-SO 3 la qual forma cristalls amb una lluentor sedosa.
Després es formen més unions generant l'estructura alfa α-SOTA 3, la qual és un sòlid cristal·lí en forma d'agulles que s'assembla a l'asbest o amiant.
Quan l'alfa i la beta es fonen generen la gamma.
pes molecular
80,07 g / mol
Punt de fusió
SO 3 gamma = 16,86 ºC
punt triple
És la temperatura a la qual estan presents els tres estats físics: sòlid, líquid i gasós. En la forma alfa del punt triple és a 62,2 ºC i en la beta és a 32,5 ºC.
A l'escalfar la forma alfa aquesta té major tendència a sublimar que a fondre. Sublimar significa passar de l'estat sòlid a l'gasós directament, sense passar per l'estat líquid.
Punt d'ebullició
Totes les formes de l'SO 3 bullen a 44,8 ºC.
densitat
El SO 3 líquid (gamma) posseeix una densitat de 1,9225 g / cm 3 a 20 ° C.
El SO 3 gasós té una densitat de 2,76 relativa a l'aire (aire = 1), el que indica que és més pesat que l'aire.
Pressió de vapor
SO 3 alfa = 73 mmHg a 25 ° C
SO 3 beta = 344 mmHg a 25 ° C
SO 3 gamma = 433 mmHg a 25 ° C
Això vol dir que la forma gamma tendeix a evaporar més fàcilment que la beta i aquesta que l'alfa.
estabilitat
La forma alfa és l'estructura més estable, les altres són metastables, és a dir, són menys estables.
propietats químiques
El SO 3 reacciona de manera enèrgica amb l'aigua per donar àcid sulfúric H 2 SO 4. A l'reaccionar es produeix molta calor per la qual cosa es desprèn ràpidament vapor d'aigua de la mescla.
A l'estar exposat a l'aire el SO 3 absorbeix humitat ràpidament, emetent vapors densos.
És un agent deshidratant molt fort, això vol dir que elimina aigua fàcilment d'altres materials.
El sofre de l'SO 3 posseeix afinitat pels electrons lliures (o sigui, electrons que no estan en un enllaç entre dos àtoms) per la qual cosa tendeix a formar complexos amb compostos que els posseeixen com la piridina, la trimetilamina o el dioxà.
Complex entre el triòxid de sofre i la piridina. Benjah-bmm27. Font: Wikimedia Commons.
A l'formar complexos, el sofre pren "prestats" els electrons de l'altre compost per satisfer la seva manca d'aquests. El triòxid de sofre segueix estant disponible en aquests complexos, els quals s'utilitzen en reaccions químiques per aportar SO 3.
És un poderós reactiu sulfonant de compostos orgànics, el que vol dir que serveix per afegir amb facilitat un grup -SO 3 - a les molècules.
Reacciona fàcilment amb els òxids de molts metalls per donar sulfats d'aquests metalls.
És corrosiu cap als metalls, teixits animals i vegetals.
El SO 3 és un material difícil de manejar per diverses raons: (1) el seu punt d'ebullició és relativament baix, (2) té tendència a formar polímers sòlids a temperatures menors a 30 ºC i (3) presenta una alta reactivitat cap a gairebé totes les substàncies orgàniques i l'aigua.
Pot polimeritzar explosivament si no conté un estabilitzador i hi ha presència d'humitat. Com estabilitzadors s'usen el dimetilsulfat o l'òxid de bor.
obtenció
S'obté per la reacció a 400 ºC entre el diòxid de sofre SO 2 i l'oxigen molecular O 2. No obstant això, la reacció és molt lenta i es requereixen catalitzadors per augmentar la velocitat d'aquesta.
2 SO 2 + O 2 ⇔ 2 SO 3
Entre els compostos que acceleren aquesta reacció hi ha el metall platí Pt, el pentòxid de vanadi V 2 O 5, l'òxid fèrric Fe 2 O 3 i l'òxid nítric NO.
usos
En la preparació d'òleum
Una de les seves principals aplicacions consisteix en la preparació de òleum o àcid sulfúric fumant, anomenat així perquè emet vapors visibles a simple vista. Per obtenir-lo absorbeix el SO 3 en àcid sulfúric concentrat H 2 SO 4.
Òleum o àcid sulfúric fumant. Es pot observar el fum blanc sortint de l'flascó. W. Oelen. Font: Wikimedia Commons.
Això es fa en unes torres especials d'acer inoxidable on l'àcid sulfúric concentrat (el qual és líquid) va baixant i el SO 3 gasós va pujant.
El líquid i el gas entren en contacte i es van unint, formant el òleum que és un líquid d'aparença oliosa. Aquest posseeix una barreja d'H 2 SO 4 i SO 3, però també té molècules d'àcid disulfúrico H 2 S 2 O 7 i trisulfúrico H 2 S 3 O 10.
En reaccions químiques de sulfonació
La sulfonació és un procés clau en aplicacions industrials a gran escala per a la fabricació de detergents, surfactants, colorants, pesticides i productes farmacèutics.
El SO 3 serveix com a agent sulfonant per preparar olis sulfonats i detergents alquil-aril-sulfonats, entre molts altres compostos. A continuació es mostra la reacció de sulfonació d'un compost aromàtic:
ARH + SO 3 → Arso 3 H
Sulfonació de l'benzè amb SO 3. Pedro8410. Font: Wikimedia Commons.
Per a les reaccions de sulfonació es pot utilitzar òleum o SO 3 en forma dels seus complexos amb piridina o amb trimetilamina, entre d'altres.
En l'extracció de metalls
El gas SO 3 s'ha usat en el tractament de minerals. Els òxids simples dels metalls poden convertir-se en els sulfats molt més solubles a l'tractar-los amb SO 3 a temperatures relativament baixes.
Els minerals de sulfurs com la pirita (sulfur de ferro), calcosina (sulfur de coure) i millerita (sulfur de níquel) són les fonts de metalls no-fèrrics més econòmiques, de manera que el tractament amb SO 3 permet obtenir fàcilment aquests metalls ia baix cost.
Els sulfurs de ferro, níquel i coure reaccionen amb el gas SO 3 encara a temperatura ambient, formant els respectius sulfats, els quals són molt solubles i poden ser sotmesos a altres processos per obtenir el metall pur.
En diversos usos
El SO 3 serveix per preparar àcid clorosulfúrico també anomenat àcid clorosulfónico HSO 3 Cl.
El triòxid de sofre és un oxidant molt poderós i s'usa en la manufactura d'explosius.
Riscos
Per a la salut
El SO 3 és un compost altament tòxic per totes les rutes, és a dir, inhalació, ingestió i contacte amb la pell.
Irrita i corroeix les membranes mucoses. Causa cremades a la pell i als ulls. Els seus vapors són molt tòxics a l'ésser inhalats. Es produeixen cremades internes, dificultat per respirar, dolor al pit i edema pulmonar.
El triòxid de sofre SO3 és molt corrosiu i perillós. Autor: OpenIcons. Font: Pixabay.
És verinós. La seva ingestió genera severes cremades de boca, esòfag i estómac. A més, se sospita que és carcinogen.
D'incendi o explosió
Representa perill d'incendi a l'entrar en contacte amb materials d'origen orgànic com fusta, fibres, paper, oli, cotó, entre d'altres, especialment si estan humits.
També hi ha risc si entra en contacte amb bases o agents reductors. Es combina amb aigua de forma explosiva, formant àcid sulfúric.
El contacte amb els metalls pot produir gas hidrogen H 2 el qual és molt inflamable.
S'ha d'evitar escalfar en gerres de vidre per prevenir possible ruptura violenta de l'recipient.
Impacte mediambiental
El SO 3 és considerat un dels més grans contaminants presents en l'atmosfera terrestre. Això es deu al seu paper en la formació d'aerosols i la seva contribució a la pluja àcida (a causa de la formació d'àcid sulfúric H 2 SO 4).
Bosc danyat per pluja àcida a República Txeca. Lovecz. Font: Wikimedia Commons.
El SO 3 es forma en l'atmosfera per l'oxidació de l'diòxid de sofre SO 2. A l'formar-se el SO 3 aquest reacciona ràpidament amb l'aigua per formar àcid sulfúric H 2 SO 4. Segons estudis recents, hi ha altres mecanismes de transformació de l'SO 3 en l'atmosfera, però a causa de la gran quantitat d'aigua present en aquesta se segueix considerant molt més probable que el SO 3 es converteixi principalment en H 2 SO 4.
El SO 3 gas o les deixalles gasosos industrials que el continguin no han de ser descarregats a l'atmosfera a causa de que és un contaminant perillós. És un gas molt reactiu i, com ja s'ha dit anteriorment, en presència d'humitat de l'aire el SO 3 es converteix en àcid sulfúric H 2 SO 4. Per tant, en l'aire el SO 3 persisteix en forma d'àcid sulfúric conformant petites gotetes o aerosol.
Si les gotetes d'àcid sulfúric entren en el tracte respiratori de l'ésser humà o animals, creixen ràpidament de mida a causa de la humitat present allà, pel que tenen la possibilitat de penetrar en els pulmons. Un dels mecanismes pels quals la boira àcida d'H 2 SO 4 (és a dir SO 3) pot produir forta toxicitat és perquè canvia el pH extracel·lular i intracel·lular dels organismes vius (plantes, animals i ésser humà).
Segons alguns investigadors, la boira de SO 3 és la causant de l'augment dels asmàtics en una zona del Japó. La boira de SO 3 té un efecte molt corrosiu cap als metalls, de manera que les estructures metàl·liques construïdes per l'ésser humà com ara alguns ponts i construccions es poden veure molt afectades.
El SO 3 líquid no ha de ser rebutjat en el drenatge d'aigües brutes o les clavegueres. Si s'aboca cap a les clavegueres pot crear perill d'incendi o d'explosió. Si és vessat per accident, no ha de dirigir un raig d'aigua cap al producte. Mai ha absorbir-se en serradures o un altre absorbent combustible, ja que pot generar incendis.
Ha absorbir-se en sorra seca, terra seca o un altre absorbent inert totalment sec. El SO 3 no ha de ser abocat a l'ambient i mai s'ha de deixar entrar en contacte amb aquest. Ha de mantenir-se lluny de fonts d'aigua ja que amb aquesta produeix àcid sulfúric que és nociu per als organismes aquàtics i terrestres.
referències
- Sarkar, S. et al. (2019). Influence of Ammonia and Water on the Fate of Sulfur Trioxide in the Troposphere: Theoretical Investigation of Sulfamic Acid and Sulfuric Acid Formation Pathways. J Phys Chem A.2019; 123 (14): 3131-3141. Recuperat de ncbi.nlm.nih.gov.
- Muller, TL (2006). Sulfuric acid and sulfur trioxide. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Volume 23. Recuperat de onlinelibrary.wiley.com.
- US National Library of Medicine. (2019). Sulfur trioxide. Recuperat de pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
- Kikuchi, R. (2001). Environmental Management of Sulfur Trioxide Emission: Impact of SO 3 on Human Health. Environmental Management (2001) 27: 837. Recuperat de link.springer.com.
- Cotton, F. Albert and Wilkinson, Geoffrey. (1980). Advanced Inorganic Chemistry. Fourth Edition. John Wiley & Sons.
- Ismail, MI (1979). Extraction of Metals from Sulphides Using Sulphur Trioxide in Fluidised Bed. J. Chem. Tech. Biotechnol. 1979, 29, 361-366. Recuperat de onlinelibrary.wiley.com.