СЕРЕН ТРИОКСИД (SO3): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, РИСКОВЕ, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На серен триоксид е неорганично съединение формира от обединението на серен атом (S) и 3 кислородни атоми (О). Молекулната му формула е SO ₃. При стайна температура SO ₃ е течност, която отделя газове във въздуха.

Структурата на газообразни SO ₃ е плоска и симетрична. И трите кислорода са равномерно разположени около сярата. SO ₃ реагира бурно с вода. Реакцията е екзотермична, което означава, че се произвежда топлина, с други думи, тя става много гореща.

Молекула на серен триоксид SO ₃. Автор: Benjah-bmm27. Източник: Wikimedia Commons.

Когато течният SO _{3 се} охлади, той се превръща в твърдо вещество, което може да има три вида структура: алфа, бета и гама. Най-стабилната е алфа, под формата на слоеве, съединени заедно, за да образуват мрежа.

Газовият серен триоксид се използва за приготвяне на димяща сярна киселина, наричана още олеум, поради приликата си с масло или мазни вещества. Друг от неговите важни приложения в сулфонирането на органични съединения, а именно добавянето на -SO ₃ - групи към тях. По този начин могат да се приготвят полезни химикали като детергенти, оцветители, пестициди, наред с много други.

SO ₃ е много опасен, може да причини тежки изгаряния, увреждане на очите и кожата. Не трябва да се вдишва или поглъща, тъй като може да причини смърт от вътрешни изгаряния, в устата, хранопровода, стомаха и др.

Поради тези причини с него трябва да се работи с голямо внимание. Той никога не трябва да влиза в контакт с вода или горими материали, като дърво, хартия, тъкани и др., Тъй като могат да възникнат пожари. Нито трябва да се изхвърля, нито да влиза в канализацията поради опасност от експлозия.

В газообразен ИН ₃ генерирани в промишлени процеси, които не следва да бъдат освободени в околната среда, тъй като тя е един от тези, които отговарят за киселинен дъжд, който вече е повреден големи площи гори в света.

структура

Молекулата на серен триоксид SO ₃ в газообразно състояние има триъгълна равнинна структура.

Това означава, че сярата и трите кислорода са в една и съща равнина. Освен това разпределението на кислород и всички електрони е симетрично.

Резонансни структури на Люис. Електроните се разпределят равномерно в SO ₃. Автор: Marilú Stea.

В твърдо състояние три вида структура на SO _{3 са известни}: алфа (α-SO ₃), бета (β-SO ₃) и гама (γ-SO ₃).

Гама у-SO _{3 форма} съдържа циклични тримери, който е три единици SO ₃ заедно образувайки циклична или пръстеновидна молекула.

Гама тип твърда серна триоксидна пръстенна молекула. Автор: Marilú Stea.

Бета β-SO ₃ фаза е безкрайно спираловидни вериги от тетраедри на състав SO ₄ свързани помежду си.

Структура на верига от бета тип твърд серен триоксид. Автор: Marilú Stea.

Най-стабилната форма е алфа α-SO ₃, подобна на бета, но със слоеста структура, с веригите, съединени, за да образуват мрежа.

номенклатура

-Серен триоксид

-Сернен анхидрид

-Серен оксид

-SO ₃ гама, γ-SO ₃

-SO ₃ бета, β-SO ₃

-SO ₃ алфа, α-SO ₃

Физични свойства

Физическо състояние

При стайна температура (около 25 ° C) и атмосферно налягане, SO ₃ е безцветна течност, която излъчва дим във въздуха.

Когато течен SO ₃ е чист при 25 ° С е смес от мономерен SO ₃ (една молекула) и тримерни (3 съединени молекули) на формула S ₃ О ₉, наричан също SO ₃ гама γ-SO ₃.

При понижаване на температурата, ако SO ₃ е чист, когато достигне 16,86 ° С, се втвърди или замразяване на у-SO ₃, наричан също "SO ₃ лед ".

Ако съдържа малки количества влага (дори следи или изключително малки количества), така ₃ полимеризира до бета β-SO на ₃ форма, която форми кристали с копринен блясък.

Тогава се образуват повече връзки, генериране на алфа α-SO _{3 структура}, която е кристално твърдо вещество, което прилича азбест или азбест игловидни.

Когато алфа и бета се сливат, те генерират гама.

Молекулно тегло

80,07 g / mol

Точка на топене

SO ₃ гама = 16,86 ºC

Тройна точка

Това е температурата, при която присъстват трите физични състояния: твърдо, течно и газово. В алфа формата тройната точка е при 62,2 ° C, а в бета - 32,5 ° C.

Загряването на алфа формата има по-голяма склонност към сублимация, отколкото към топене. Сублимацията означава да преминете директно от твърдото в газообразно състояние, без да преминавате през течно състояние.

Точка на кипене

Всички форми на SO _{3 се} варят при 44,8ºC.

плътност

Течният SO ₃ (гама) има плътност 1.9225 g / cm ³ при 20 ºC.

Газообразният SO ₃ има плътност 2,76 спрямо въздуха (въздух = 1), което показва, че е по-тежък от въздуха.

Парно налягане

SO ₃ алфа = 73 mm Hg при 25 ° C

SO ₃ beta = 344 mm Hg при 25 ° C

SO ₃ гама = 433 mm Hg при 25 ° C

Това означава, че гама формата има тенденция да се изпарява по-лесно от бета и бета формата, отколкото алфата.

стабилност

Алфа формата е най-стабилната структура, другите са метастабилни, тоест са по-малко стабилни.

Химични свойства

SO ₃ реагира енергично с вода до получаване на сярна киселина H ₂ SO ₄. При реакция се отделя много топлина, така че водната пара бързо да се отделя от сместа.

Когато е изложен на въздух, SO ₃ абсорбира влагата бързо, отделяйки гъсти пари.

Това е много силно дехидратиращо средство, това означава, че лесно отстранява водата от други материали.

Сярата в SO ₃ има афинитет към свободните електрони (тоест електрони, които не са в връзка между два атома), така че има тенденция да образува комплекси със съединения, които ги притежават, като пиридин, триметиламин или диоксан.

Комплекс между серен триоксид и пиридин. Benjah-bmm27. Източник: Wikimedia Commons.

Образувайки комплекси, сярата „заема“ електрони от другото съединение, за да запълни липсата им от тях. В тези комплекси все още се предлага серен триоксид, който се използва при химически реакции за подаване на SO ₃.

Той е мощен сулфониращ реагент за органични съединения, което означава, че се използва за лесно добавяне на група -SO ₃ - до молекули.

Той реагира лесно с оксидите на много метали, като дава сулфати на тези метали.

Той е корозивен за метали, животински и растителни тъкани.

SO ₃ е труден за обработка материал поради няколко причини: (1) неговата точка на кипене е сравнително ниска, (2) има тенденция да образува твърди полимери при температури под 30 ºC и (3) има висока реактивност към почти всички органични вещества и вода.

Може да полимеризира експлозивно, ако не съдържа стабилизатор и има влага. Диметил сулфатът или борният оксид се използват като стабилизатори.

Получаване

Той се получава чрез взаимодействие при 400 ° С между серен диоксид SO ₂ и молекулен кислород О ₂. Реакцията обаче е много бавна и са необходими катализатори, за да се увеличи скоростта на реакцията.

2 SO ₂ + O ₂ ⇔ 2 SO ₃

Сред съединенията, които ускоряват тази реакция са платинен метал Pt, ванадиев пентоксид V ₂ O ₅, железен оксид Fe ₂ O ₃ и азотен оксид NO.

Приложения

При приготвянето на олеум

Едно от основните му приложения е приготвянето на олеум или изпаряване на сярна киселина, наречена така, защото излъчва пари, видими с просто око. За да се получи SO ₃ се абсорбира в концентрирана сярна киселина H ₂ SO ₄.

Маслена или изпаряваща сярна киселина. Можете да видите белия дим да излиза от бутилката. W. Oelen. Източник: Wikimedia Commons.

Това се прави в специални неръждаема стомана кули, където концентрирана сярна киселина (което е течност) слиза и газообразните SO ₃ върви нагоре.

Течността и газът влизат в контакт и се съединяват, образувайки олеум, който е мазна на вид течност. Той има смес от H ₂ SO ₄ и SO ₃, но също така има молекули на сярна киселина H ₂ S ₂ O ₇ и трисулфурна киселина H ₂ S ₃ O ₁₀.

При химични реакции на сулфиране

Сулфонирането е ключов процес в мащабните индустриални приложения за производство на детергенти, повърхностноактивни вещества, оцветители, пестициди и фармацевтични продукти.

SO ₃ служи като сулфониране агент за получаване на сулфонирани масла и алкил-арил-сулфониран детергенти, както и много други съединения. Следното показва реакцията на сулфиране на ароматно съединение:

ArH + SO ₃ → Арсо ₃ Н

Сулфониране на бензол с SO ₃. Pedro8410. Източник: Wikimedia Commons.

За сулфонирани реакции, олеум или SO ₃ може да се използва под формата на неговите комплекси с пиридин или с триметиламин, наред с другите.

При добив на метали

SO ₃ газ е бил използван в минерално лечение. Простите оксиди на металите могат да бъдат превърнати в много по-разтворимите сулфати, като се обработват с SO ₃ при сравнително ниски температури.

Сулфидните минерали като пирит (железен сулфид), халкозин (меден сулфид) и милерит (никелов сулфид) са най-икономичните източници на цветни метали, така че обработката с SO ₃ позволява лесно да се получат тези метали. и на ниска цена.

Желязо, никел и медни сулфиди реагират с SO ₃ газ дори при стайна температура, образувайки съответните сулфати, които са много разтворими и могат да бъдат подложени на други процеси за получаване на чист метал.

При различни приложения

SO _{3 се} използва за получаване на chlorosulfuric киселина, наричан също хлоросулфонова киселина HSO ₃ Cl.

Серният триоксид е много мощен окислител и се използва при производството на експлозиви.

Рискове

За здравето

SO ₃ е силно токсично съединение по всички начини, тоест вдишване, поглъщане и контакт с кожата.

Дразни и разяжда лигавиците. Причинява изгаряния на кожата и очите. Парите му са много токсични при вдишване. Появяват се вътрешни изгаряния, задух, болка в гърдите и белодробен оток.

Серен триоксид SO3 е много разяждащ и опасен. Автор: OpenIcons. Източник: Pixabay

Той е отровен. Поглъщането му поражда тежки изгаряния на устата, хранопровода и стомаха. Освен това се подозира, че е канцероген.

От пожар или експлозия

Той представлява опасност от пожар при контакт с материали от органичен произход, като дърво, влакна, хартия, масло, памук, наред с други, особено ако са мокри.

Съществува и риск, ако влезете в контакт с основи или редуциращи агенти. Той се комбинира с вода експлозивно, образувайки сярна киселина.

При контакт с метали може да произвежда водород газ H ₂, което е лесно запалим.

Загряването в стъклени буркани трябва да се избягва, за да се предотврати възможно насилствено разрушаване на контейнера.

Влияние върху околната среда

SO ₃ се счита за един от основните замърсители, присъстващи в земната атмосфера. Това се дължи на ролята му в образуването на аерозоли и приноса му за киселинен дъжд (поради образуването на сярна киселина H ₂ SO ₄).

Гората, повредена от киселинен дъжд в Чехия. Lovecz. Източник: Wikimedia Commons.

SO ₃ е оформен в атмосферата чрез окисление на серен диоксид SO ₂. Когато _се образува SO ₃, той реагира бързо с вода, за да образува сярна киселина H ₂ SO ₄. Според последните проучвания, има и други механизми за превръщането на SO ₃ в атмосферата, но поради голямото количество вода в атмосферата, тя все още се счита много по-вероятно, че SO ₃ се превръща главно в H ₂ SO ₄.

SO ₃ газ или газообразен промишлени отпадъци го съдържа не трябва да се изхвърля в атмосферата, защото е опасен замърсител. Това е силно реактивен газ и, както беше споменато по-горе, при наличие на влажност във въздуха, SO _{3 се} превръща в сярна киселина H ₂ SO ₄. Следователно във въздуха SO ₃ персистира под формата на сярна киселина, образувайки малки капчици или аерозоли.

Ако капчиците на сярна киселина навлизат в дихателните пътища на хора или животни, те бързо нарастват в размер поради наличната там влага, така че имат шанс да проникнат в белите дробове. Един от механизмите, чрез които киселата мъгла на H ₂ SO ₄ (тоест SO ₃) може да произведе силна токсичност е, защото променя извънклетъчното и вътреклетъчното pH на живите организми (растения, животни и хора).

Според някои изследователи, мъглата SO ₃ е причина за увеличаването на астматиците в район на Япония. Мъглата SO ₃ има много разяждащ ефект върху металите, така че металните конструкции, изградени от хора като някои мостове и сгради, могат да бъдат силно засегнати.

Течният SO ₃ не трябва да се изхвърля в канализационните канализации или канализацията. Ако се разлее в канализацията, това може да създаде опасност от пожар или експлозия. Ако случайно се разлее, не насочвайте поток вода към продукта. Никога не трябва да се абсорбира в дървени стърготини или друг горим абсорбент, тъй като може да причини пожари.

Трябва да се абсорбира в сух пясък, суха земя или друг напълно сух инертен абсорбент. SO ₃ не трябва да се изпуска в околната среда и никога не трябва да се допуска да влиза в контакт с нея. Той трябва да се държи далеч от източници на вода, тъй като с него се получава сярна киселина, която е вредна за водни и сухоземни организми.

Препратки

1. Sarkar, S. et al. (2019). Влияние на амоняка и водата върху съдбата на серен триоксид в Тропосферата: теоретично изследване на пътищата за образуване на сярна киселина и сярна киселина. J Phys Chem A. 2019; 123 (14): 3131-3141. Възстановени от ncbi.nlm.nih.gov.
2. Мюлер, TL (2006). Сярна киселина и серен триоксид. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Том 23. Възстановен от onlinelibrary.wiley.com.
3. Национална медицинска библиотека на САЩ. (2019). Сярен триоксид. Възстановени от pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
4. Кикучи, Р. (2001). Управление на околната среда на емисиите на серен триоксид: въздействие на SO ₃ върху човешкото здраве. Управление на околната среда (2001) 27: 837. Възстановено от link.springer.com.
5. Котън, Ф. Алберт и Уилкинсън, Джефри. (1980 г.). Разширена неорганична химия. Четвърто издание. John Wiley & Sons.
6. Исмаил, Мичиган (1979). Екстракция на метали от сулфиди с помощта на серен триоксид в кипящ слой. J. Chem. Tech. Biotechnol. 1979, 29, 361-366. Възстановено от onlinelibrary.wiley.com.