ТРІОКСИД СІРКИ (SO3): СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, РИЗИКИ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Триоксид сірки є неорганічна сполука , що утворюється в результаті об'єднання атома сірки (S) і 3 атомів кисню (O). Його молекулярна формула - SO ₃ . При кімнатній температурі SO ₃ - це рідина, яка виділяє гази у повітря.

Структура газоподібного SO ₃ плоска і симетрична. Усі три кисню рівномірно розташовані навколо сірки. SO ₃ бурхливо реагує з водою. Реакція екзотермічна, це означає, що тепло виробляється, іншими словами, воно дуже нагрівається.

Молекула триоксиду сірки SO ₃ . Автор: Бенджа-bmm27. Джерело: Wikimedia Commons.

Коли рідина SO ₃ охолоджується, вона перетворюється на тверду речовину, яка може мати три типи будови: альфа, бета та гамма. Найбільш стійкою є альфа, у вигляді шарів, з'єднаних між собою і утворюючи мережу.

Тріоксид сірчастого газу використовується для приготування димної сірчаної кислоти, яку також називають олеєм, через її схожість з олією або маслянистими речовинами. Ще одне його важливе застосування полягає в сульфуванні органічних сполук, тобто приєднанні до них груп -SO ₃ -. Таким чином, корисні хімічні речовини, такі як миючі засоби, барвники, пестициди, серед багатьох інших, можна приготувати.

SO ₃ дуже небезпечний, може спричинити сильні опіки, пошкодження очей та шкіри. Також його не слід вдихати або приймати всередину, оскільки це може спричинити смерть від внутрішніх опіків, у роті, стравоході, шлунку тощо.

З цих причин з ним слід поводитися з великою обережністю. Він ніколи не повинен контактувати з водою або горючими матеріалами, такими як дерево, папір, тканини тощо, оскільки можуть статися пожежі. Не слід утилізувати і не потрапляти в каналізацію через небезпеку вибуху.

Газоподібний SO _{3, що} утворюється в промислових процесах, не повинен потрапляти у навколишнє середовище, оскільки він є одним із тих, хто відповідає за кислотний дощ, який вже пошкодив великі площі лісів у світі.

Будова

Молекула триоксиду сірки SO ₃ в газоподібному стані має трикутну площинну структуру.

Це означає, що і сірка, і три кисню знаходяться в одній площині. Крім того, розподіл кисню та всіх електронів симетричний.

Резонансні структури Льюїса. Електрони розподіляються рівномірно в SO ₃ . Автор: Marilú Stea.

У твердому стані _відомі три типи структури SO ₃ : альфа (α-SO ₃ ), бета (β-SO ₃ ) і гамма (γ-SO ₃ ).

Форма гамма γ-SO ₃ містить циклічні тримери, тобто три одиниці SO ₃ разом утворюють циклічну або кільцеподібну молекулу.

Гамма-типова молекула триоксиду сірки кільцеподібна. Автор: Marilú Stea.

Фаза бета β-SO ₃ має нескінченні спіральні ланцюги тетраедрів композиції SO _4, пов'язаних між собою.

Структура ланцюга бета-типу твердого триоксиду сірки. Автор: Marilú Stea.

Найбільш стійкою формою є альфа α-SO ₃ , схожий на бета-версію, але з шаруватою структурою, з ланцюгами, з'єднаними для формування мережі.

Номенклатура

-Тріоксид сірки

-Сернистий ангідрид

-Окис сірки

-SO ₃ гамма, γ-SO ₃

-SO ₃ бета, β-SO ₃

-SO ₃ альфа, α-SO ₃

Фізичні властивості

Фізичний стан

При кімнатній температурі (близько 25 ° C) та атмосферному тиску SO ₃ - це безбарвна рідина, яка виділяє дим у повітря.

Коли рідкий SO ₃ чистий при температурі 25 ° C, це суміш мономерного SO ₃ (одна молекула) і тримерної (3 молекули об'єднані) формули S ₃ O ₉ , також званої SO ₃ гамма γ-SO ₃ .

При зниженні температури, якщо SO ₃ чистий, коли він досягає 16,86 ºC, він твердне або замерзає до γ-SO ₃ , який також називається льодом SO ₃ .

Якщо він містить невелику кількість вологи (навіть сліди або надзвичайно малі кількості), SO ₃ полімеризується до форми бета β-SO _3, яка утворює кристали з шовковистим блиском.

Потім утворюються більше зв’язків, що генерують альфа-SO _{3 структуру} , яка являє собою голкоподібне кристалічне тверде речовина, що нагадує азбест або азбест.

Коли альфа і бета зливаються, вони генерують гамму.

Молекулярна маса

80,07 г / моль

Точка плавлення

SO ₃ гамма = 16,86 ºC

Потрійна точка

Це температура, при якій присутні три фізичні стани: твердий, рідкий і газовий. У альфа-формі потрійна точка знаходиться при 62,2 ºC, а в бета - при 32,5 ºC.

Нагрівання альфа-форми має більшу схильність до сублімації, ніж до танення. Сублімація означає переходити з твердого в газоподібний стан безпосередньо, не проходячи через рідкий стан.

Точка кипіння

Усі форми SO ₃ киплять при 44,8ºC.

Щільність

Рідкий SO ₃ (гама) має щільність 1,9225 г / см ³ при 20 ºC.

Газоподібний SO ₃ має щільність 2,76 щодо повітря (повітря = 1), що вказує на те, що він важчий за повітря.

Тиск пари

SO ₃ альфа = 73 мм рт.ст. при 25 ºC

SO ₃ бета = 344 мм рт.ст. при 25 ºC

SO ₃ гамма = 433 мм рт.ст. при 25 ºC

Це означає, що гамма-форма випаровується легше, ніж бета-та бета-форма, ніж альфа.

Стабільність

Альфа-форма є найбільш стійкою структурою, інші метастабільні, тобто вони менш стійкі.

Хімічні властивості

SO ₃ енергійно реагує з водою, отримуючи сірчану кислоту H ₂ SO ₄ . Під час реагування виділяється багато тепла, щоб водна пара швидко вивільнялася із суміші.

Піддаючись впливу повітря, SO ₃ швидко поглинає вологу, виділяючи густі пари.

Це дуже сильний зневоднюючий засіб, це означає, що воно легко видаляє воду з інших матеріалів.

Сірка в SO ₃ має спорідненість до вільних електронів (тобто до електронів, які не знаходяться у зв’язку між двома атомами), тому вона має тенденцію до утворення комплексів із сполуками, що їх володіють, такими як піридин, триметиламін або діоксан.

Комплекс між триоксидом сірки та піридином. Benjah-bmm27. Джерело: Wikimedia Commons.

Утворюючи комплекси, сірка «запозичує» електрони з іншої сполуки, щоб заповнити її нестачу. В цих комплексах триоксид сірки все ще доступний, які використовуються в хімічних реакціях для подачі SO ₃ .

Це потужний сульфонізуючий реагент для органічних сполук, а це означає, що він легко додає до молекул групу -SO ₃ .

Він легко реагує з оксидами багатьох металів, отримуючи сульфати цих металів.

Він є агресивним для металів, тканин тварин і рослин.

SO ₃ - важкий для обробки матеріал з кількох причин: (1) температура його кипіння порівняно низька, (2) має тенденцію до утворення твердих полімерів при температурі нижче 30 ° C і (3) має високу реакційну здатність майже до всіх органічні речовини та вода.

Може полімеризуватися вибухонебезпечно, якщо не містить стабілізатора і присутній волога. Диметилсульфат або оксид бору використовуються в якості стабілізаторів.

Отримання

Його отримують реакцією при 400 ºC між двоокисом сірки SO ₂ і молекулярним киснем O ₂ . Однак реакція дуже повільна, і для збільшення швидкості реакції необхідні каталізатори.

2 SO ₂ + O ₂ ⇔ 2 SO ₃

Серед сполук, що прискорюють цю реакцію, є метал платини Pt, пентоксид ванадію V ₂ O ₅ , оксид заліза Fe ₂ O ₃ та оксид азоту NO.

Програми

При приготуванні олею

Одне з основних його застосувань полягає в приготуванні олею або випалюванні сірчаної кислоти, так званої, оскільки вона виділяє пари, видимі неозброєним оком. Для його отримання SO ₃ поглинається концентрованою сірчаною кислотою H ₂ SO ₄ .

Масляна або димчаста сірчана кислота. Ви можете бачити, як з пляшки виходить білий дим. В. Олен. Джерело: Wikimedia Commons.

Це робиться в спеціальних вежах з нержавіючої сталі, де концентрована сірчана кислота (яка є рідкою) знижується і газоподібний SO ₃ йде вгору.

Рідина і газ контактують і з’єднуються, утворюючи олеум, який є маслянистою рідиною. Він має суміш H ₂ SO ₄ і SO ₃ , але також має молекули сірчаної кислоти H ₂ S ₂ O ₇ і трисульфурової кислоти H ₂ S ₃ O ₁₀ .

У сульфонізованих хімічних реакціях

Сульфування - це ключовий процес у широкомасштабному промисловому застосуванні для виробництва миючих засобів, ПАР, барвників, пестицидів та фармацевтичних препаратів.

SO ₃ служить в якості сульфуючого агента для приготування сульфованих масел та алкил-арилсульфованих миючих засобів серед багатьох інших сполук. Далі показана реакція сульфування ароматичної сполуки:

ArH + SO ₃ → ArSO ₃ H

Сульфування бензолу з SO ₃ . Pedro8410. Джерело: Wikimedia Commons.

Для реакцій сульфування олеум або SO ₃ можна використовувати у вигляді його комплексів з піридином або з триметиламіном, серед інших.

У видобутку металів

Газ SO ₃ використовувався в мінеральній обробці. Прості оксиди металів можуть бути перетворені в набагато більш розчинні сульфати, обробляючи їх SO ₃ при відносно низьких температурах.

Сульфідні мінерали, такі як пірит (сульфід заліза), халькозин (сульфід міді) та міллерит (сульфід нікелю) - найбільш економічні джерела кольорових металів, тому обробка SO ₃ дозволяє легко отримати ці метали. і з низькою вартістю.

Сульфіди заліза, нікелю та міді реагують з газом SO ₃ навіть при кімнатній температурі, утворюючи відповідні сульфати, які дуже розчинні та можуть бути піддані іншим процесам для отримання чистого металу.

У різних сферах використання

SO ₃ використовується для отримання хлорсульфонової кислоти, також її називають хлоросульфоновою кислотою HSO ₃ Cl.

Тріоксид сірки є дуже потужним окислювачем і використовується у виробництві вибухових речовин.

Ризики

На здоров'я

SO ₃ є високотоксичною сполукою за всіма шляхами, тобто вдиханням, прийомом всередину та контактом зі шкірою.

Подразнює і роз'їдає слизові оболонки. Викликає опіки шкіри та очей. Його пари дуже токсичні при вдиханні. Виникають внутрішні опіки, задишка, біль у грудях та набряк легенів.

Тріоксид сірки SO3 дуже агресивний і небезпечний. Автор: OpenIcons. Джерело: Pixabay.

Він отруйний. Його прийом всередину породжує сильні опіки рота, стравоходу та шлунку. Крім того, підозрюється, що він є канцерогеном.

Від пожежі чи вибуху

Він представляє небезпеку пожежі при контакті з матеріалами органічного походження, такими як дерево, волокна, папір, олія, бавовна, серед іншого, особливо якщо вони мокрі.

Також існує ризик, якщо ви зіткнетесь з основами або відновниками. Він поєднується з водою вибухонебезпечно, утворюючи сірчану кислоту.

При контакті з металами може утворюватися водневий газ H _2, який є легкозаймистим.

Слід уникати нагрівання в скляних банках, щоб запобігти можливому насильницькому розриву ємності.

Вплив на навколишнє середовище

SO ₃ вважається одним з основних забруднювачів, присутніх в земній атмосфері. Це пов’язано з його роллю в утворенні аерозолів та його внеском у кислотні дощі (за рахунок утворення сірчаної кислоти H ₂ SO ₄ ).

Ліс, пошкоджений кислотними дощами в Чехії. Ловеч. Джерело: Wikimedia Commons.

SO ₃ утворюється в атмосфері шляхом окислення діоксиду сірки SO ₂ . Коли утворюється SO ₃ , він швидко реагує з водою, утворюючи сірчану кислоту H ₂ SO ₄ . Згідно з останніми дослідженнями, існують інші механізми перетворення SO ₃ в атмосферу, але через велику кількість води, яка присутня в атмосфері, все ж вважається набагато більш імовірною, що SO ₃ перетворюється в основному на H ₂ SO ₄ .

Газ SO ₃ або газоподібні промислові відходи, що містять його, не повинні викидати в атмосферу, оскільки це небезпечний забруднювач. Це високореактивний газ і, як було сказано вище, при наявності вологості у повітрі SO ₃ перетворюється на сірчану кислоту H ₂ SO ₄ . Тому на повітрі SO ₃ зберігається у вигляді сірчаної кислоти, утворюючи дрібні крапельки або аерозолі.

Якщо крапельки сірчаної кислоти потрапляють в дихальні шляхи людини або тварин, вони швидко збільшуються в розмірах завдяки присутній там волозі, тому вони мають шанс проникнути в легені. Один із механізмів, за допомогою якого кислотний туман H ₂ SO ₄ (тобто SO ₃ ) може виробляти сильну токсичність, тому що він змінює pH позаклітинного та внутрішньоклітинного живих організмів (рослин, тварин та людини).

На думку деяких дослідників, туман SO ₃ є причиною збільшення астматиків в районі Японії. Туман SO ₃ має дуже агресивний вплив на метали, тому металеві конструкції, побудовані людьми, такі як мости та будівлі, можуть сильно постраждати.

Рідкий SO ₃ не слід утилізувати у каналізаційні стоки чи каналізацію. Якщо її розлити в каналізацію, це може призвести до пожежі або вибуху. Якщо ви потрапили випадково, не спрямовуйте потік води на виріб. Ніколи не слід поглинати тирсу або інший горючий абсорбент, оскільки це може спричинити пожежі.

Він повинен бути поглинений сухим піском, сухою землею або іншим абсолютно сухим інертним абсорбентом. SO ₃ не повинен потрапляти в навколишнє середовище і ніколи не повинен допускати контакту з ним. Її слід тримати подалі від джерел води, оскільки при цьому утворюється сірчана кислота, шкідлива для водних та наземних організмів.

Список літератури

1. Саркар, С. та ін. (2019). Вплив аміаку та води на долю триоксиду сірки в Тропосфері: теоретичні дослідження шляхів утворення сірчаної кислоти та сірчаної кислоти. J Phys Chem A. 2019; 123 (14): 3131-3141. Відновлено з ncbi.nlm.nih.gov.
2. Мюллер, TL (2006). Сірчана кислота та триоксид сірки. Енциклопедія хімічної технології Кірка-Отмера. Том 23. Відновлено з сайту onlinelibrary.wiley.com.
3. Національна медична бібліотека США. (2019). Тріоксид сірки. Відновлено з pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
4. Кікучі, Р. (2001). Екологічне управління викидами триоксиду сірки: вплив SO ₃ на здоров'я людини. Управління довкіллям (2001) 27: 837. Відновлено з link.springer.com.
5. Коттон, Ф. Альберт і Вілкінсон, Джеффрі. (1980). Розширена неорганічна хімія. Четверте видання. Джон Вілі та сини.
6. Ісмаїл, Мічиган (1979). Вилучення металів із сульфідів з використанням сірчаного триоксиду в киплячому шарі. J. Chem. Tech. Biotechnol. 1979, 29, 361-366. Відновлено з сайту onlinelibrary.wiley.com.