SIEROS TRIOKSIDAS (SO3): STRUKTŪRA, SAVYBĖS, RIZIKA, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Sieros trioksidas yra neorganinis junginys, sudarytas iš nuo sieros atomo (S) ir 3 deguonies atomais (O) sąjungos. Jo molekulinė formulė yra SO ₃ . Kambario temperatūroje SO ₃ yra skystis, kuris išskiria dujas į orą.

Dujinio SO ₃ struktūra yra lygi ir simetriška. Visi trys deguonys yra vienodai išsidėstę aplink sierą. SO ₃ žiauriai reaguoja su vandeniu. Reakcija yra egzoterminė, tai reiškia, kad išsiskiria šiluma, kitaip tariant, ji labai įkaista.

Sieros trioksido molekulė SO ₃ . Autorius: Benjah-bmm27. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Kai skystas SO ₃ atvėsta, jis virsta kieta medžiaga, kurios struktūra gali būti trijų tipų: alfa, beta ir gama. Labiausiai stabilus yra alfa, sudarytas iš sluoksnių, sujungtų į tinklą.

Dujinis sieros trioksidas yra naudojamas ruošiant dūmingą sieros rūgštį, dar vadinamą oleumu, dėl savo panašumo į aliejų ar riebias medžiagas. Kitas svarbus jo panaudojimo būdas yra organinių junginių sulfoninimas, tai yra, prie jų pridedama -SO ₃ - grupių . Taigi, be kitų, gali būti paruoštos naudingos cheminės medžiagos, tokios kaip plovikliai, dažikliai, pesticidai.

SO ₃ yra labai pavojingas, jis gali smarkiai nudegti, pakenkti akims ir odai. Taip pat negalima įkvėpti ar praryti, nes tai gali sukelti mirtį dėl vidinių nudegimų burnoje, stemplėje, skrandyje ir kt.

Dėl šių priežasčių su juo reikia elgtis labai atsargiai. Jis niekada neturi liestis su vandeniu ar degiomis medžiagomis, tokiomis kaip mediena, popierius, audiniai ir kt., Nes gali kilti gaisrai. Dėl sprogimo pavojaus jo negalima išmesti ir nepatekti į kanalizaciją.

Pramoniniuose procesuose susidarantis dujinis SO ₃ neturėtų būti išleidžiamas į aplinką, nes jis yra vienas iš atsakingų už rūgštinį lietų, jau pažeidusį didelius miškų plotus pasaulyje.

Struktūra

Dujinės būsenos sieros trioksido SO ₃ molekulė turi trikampę plokštuminę struktūrą.

Tai reiškia, kad siera ir trys deguonies junginiai yra toje pačioje plokštumoje. Be to, deguonies ir visų elektronų pasiskirstymas yra simetriškas.

Lewiso rezonansinės struktūros. Elektronai pasiskirsto tolygiai SO ₃ . Autorius: Marilú Stea.

Kietoje būsenoje _{yra žinomi} trys SO ₃ struktūros tipai : alfa (α-SO ₃ ), beta (β-SO ₃ ) ir gama (γ-SO ₃ ).

Gama γ-SO _{3 forma} yra ciklinius trimerai, tai yra tris vienetus SO ₃ kartu gali sudaryti ciklinę arba žiedo formos molekulę.

Gama tipo kieta sieros trioksido žiedo formos molekulė. Autorius: Marilú Stea.

Beta β-SO ₃ etapas turi begalinius sraigtinis grandines Tetraedras sudėties SO ₄ kartu sujungtų.

Beta tipo kieto sieros trioksido grandinės struktūra. Autorius: Marilú Stea.

Stabiliausia forma yra alfa α-SO ₃ , panaši į beta, bet turinti sluoksniuotą struktūrą, sujungus grandines, kad sudarytų tinklą.

Nomenklatūra

-Sieros trioksidas

-Sieros anhidridas

-Sieros oksidas

-SO ₃ gama, γ-SO ₃

-SO ₃ beta, β-SO ₃

-SO ₃ alfa, α-SO ₃

Fizinės savybės

Fizinė būklė

Kambario temperatūroje (apie 25 ºC) ir atmosferos slėgyje SO ₃ yra bespalvis skystis, kuris skleidžia orą.

Kai skystas SO ₃ 25 ° C temperatūroje yra grynas, tai yra S ₃ O ₉ formulės monomerinio SO ₃ (viena molekulė) ir trimerio (3 sujungtos molekulės) mišinys , dar vadinamas SO ₃ gama γ-SO ₃ .

Žeminant temperatūrą, jei SO ₃ yra grynas, kai pasiekia 16,86 ºC, jis sukietėja arba užšąla iki γ-SO ₃ , dar vadinamo „SO ₃ ledu “.

Jei jame yra nedidelis kiekis drėgmės (net pėdsakų ar labai nedaug), SO ₃ polimerizuojasi iki beta β-SO ₃ formos, sudarydamas kristalus su šilkiniu blizgesiu.

Tada susidaro daugiau jungčių, sukuriančių alfa α-SO _{3 struktūrą} , kuri yra adatos formos kristalinė kieta medžiaga, primenanti asbesto ar asbesto.

Kai alfa ir beta susijungia, jie sukuria gama.

Molekulinė masė

80,07 g / mol

Lydymosi temperatūra

SO ₃ gama = 16,86 ºC

Trigubas taškas

Tai temperatūra, kurioje yra trys fizinės būsenos: kieta, skysta ir dujos. Alfa formos trigubo taško temperatūra yra 62,2 ºC, o beta - 32,5 ºC.

Kaitinant alfa formą, yra didesnis polinkis sublimuoti nei tirpti. Sublimatas reiškia pereiti iš kietos būsenos į dujinę būseną tiesiogiai, neperžengiant skystos būsenos.

Virimo taškas

Visų formų SO ₃ virinama esant 44,8 ºC.

Tankis

Skysto SO ₃ (gama) tankis esant 20 ºC yra 1,9225 g / cm ³ .

Dujinio SO ₃ tankis oro atžvilgiu yra 2,76 (oras = 1), o tai rodo, kad jis yra sunkesnis už orą.

Garų slėgis

SO ₃ alfa = 73 mm Hg esant 25 ºC

SO ₃ beta = 344 mm Hg esant 25 ºC

SO ₃ gama = 433 mm Hg esant 25 ºC

Tai reiškia, kad gama forma linkusi išgaruoti lengviau nei beta ir beta forma nei alfa.

Stabilumas

Alfa forma yra stabiliausia struktūra, kitos yra metastabilios, tai yra, jos yra mažiau stabilios.

Cheminės savybės

SO ₃ reaguoja energingai su vandeniu iki sieros rūgšties H ₂ SO ₄ . Reaguojant susidaro daug šilumos, kad iš mišinio greitai išsiskirtų vandens garai.

Patekęs į orą, SO ₃ greitai sugeria drėgmę, išskirdamas tankius garus.

Tai labai stipri dehidratacija, tai reiškia, kad jis lengvai pašalina vandenį iš kitų medžiagų.

Sieros SO ₃ yra už laisvųjų elektronų (tai yra, elektronų, kurie nėra perrišoje tarp dviejų atomų), todėl jis yra linkęs sudaro kompleksinius junginius su junginių, kurie turintys juos, pavyzdžiui, piridino, trimetilamino arba dioksanas giminingumą.

Kompleksas tarp sieros trioksido ir piridino. Benjah-bmm27. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Formuodamas kompleksus, siera „pasiskolina“ elektronus iš kito junginio, kad užpildytų jo trūkumą. Šiuose kompleksuose vis dar yra sieros trioksido, kuris naudojamas cheminėse reakcijose tiekti SO ₃ .

Ji yra galingas sulfoninimo reagento, skirto organinių junginių, o tai reiškia, kad jis yra naudojamas lengvai pridėti grupę -SO ₃ - molekulių.

Jis lengvai reaguoja su daugelio metalų oksidais ir gauna šių metalų sulfatus.

Tai ėsdina metalus, gyvūnų ir augalų audinius.

SO ₃ yra sunku tvarkyti dėl kelių priežasčių: (1) jo virimo temperatūra yra gana žema, (2) jis turi tendenciją formuoti kietus polimerus žemesnėje kaip 30 ºC temperatūroje ir (3) turi didelį reaktyvumą beveik visų organinės medžiagos ir vanduo.

Gali polimerizuotis sprogiai, jei jame nėra stabilizatoriaus ir jame yra drėgmės. Kaip stabilizatoriai naudojami dimetilsulfatas arba boro oksidas.

Gavimas

Ji yra gaunama reakcijos 400 ° C temperatūroje tarp sieros dioksido SO ₂ ir molekulinio deguonies O ₂ . Tačiau reakcija vyksta labai lėtai, todėl norint padidinti reakcijos greitį, reikia katalizatorių.

2 SO ₂ + O ₂ ⇔ 2 SO ₃

Tarp junginių, kurie pagreitina šią reakciją, yra platinos metalas Pt, vanadžio pentoksidas V ₂ O ₅ , geležies oksidas Fe ₂ O ₃ ir azoto oksidas NO.

Programos

Ruošiant oleumą

Vienas pagrindinių jo panaudojimo būdų yra oleumo arba dūmingosios sieros rūgšties paruošimas, vadinamasis todėl, kad jis skleidžia plika akimi matomus garus. Norėdami jį gauti, SO ₃ absorbuojamas koncentruotoje sieros rūgštyje H ₂ SO ₄ .

Aliejus arba dūminė sieros rūgštis. Galite pamatyti iš butelio išeinančius baltus dūmus. W. Oelen. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Tai daroma specialiuose nerūdijančio plieno bokštuose, kur sumažėja koncentruota sieros rūgštis (skysta), o dujinis SO ₃ -.

Skystis ir dujos liečiasi ir susilieja, sudarydami oleumą, kuris yra riebios išvaizdos skystis. Ji turi H mišinį ₂ SO ₄ ir SO ₃ , bet ji taip pat turi molekulių disulfuric rūgšties H ₂ S ₂ O ₇ ir trisulfuric rūgšties H ₂ S ₃ O ₁₀ .

Vykstant sulfoninimo cheminėms reakcijoms

Sulfoninimas yra pagrindinis plataus masto pramoninių pritaikymų, skirtų plovikliams, paviršiaus aktyviosioms medžiagoms, dažikliams, pesticidams ir vaistams gaminti, procesas.

SO ₃ tarnauja kaip sulfoninimo agentu, siekiant paruošti Sulfonintus aliejų ir alkil-aril-sulfoninto ploviklių, tarp daugelio kitų junginių. Toliau parodyta aromatinio junginio sulfoninimo reakcija:

ArH + SO ₃ → ArSO ₃ H

Sulfonina benzenas su SO ₃ . Pedro8410. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Už sulfoninimo reakcijos, oleumu arba SO ₃ gali būti naudojamas atsižvelgiant į jos kompleksų su piridino arba su trimetilamino, be kita ko forma.

Išgaunant metalus

SO ₃ dujos buvo naudojamos apdorojant mineralus. Paprastieji metalų oksidai gali būti paverčiami į daug tirpesnius sulfatus, apdorojant juos SO ₃ santykinai žemoje temperatūroje.

Tinkamiausi spalvotųjų metalų šaltiniai yra sulfido mineralai, tokie kaip piritas (geležies sulfidas), chalkozinas (vario sulfidas) ir milleritas (nikelio sulfidas), todėl apdorojimas SO ₃ leidžia šiuos metalus lengvai gauti. ir už mažą kainą.

Geležies, nikelio ir vario sulfidai reaguoja su SO ₃ dujomis net kambario temperatūroje, sudarydami atitinkamus sulfatus, kurie yra labai tirpūs ir gali būti naudojami kitais būdais, kad gautų gryną metalą.

Įvairiais atvejais

SO ₃ naudojamas ruošiant chloros sieros rūgštį, dar vadinamą chlorosulfonine rūgštimi HSO ₃ Cl.

Sieros trioksidas yra labai galingas oksidantas ir naudojamas gaminant sprogmenis.

Pavojai

Į sveikatą

SO ₃ yra labai toksiškas junginys visais būdais, ty įkvėpus, nurijus ir susilietus su oda.

Dirgina ir ėsdina gleivinę. Sukelia odos ir akių nudegimus. Jo garai yra labai toksiški įkvėpus. Pasireiškia vidiniai nudegimai, dusulys, krūtinės skausmas ir plaučių edema.

Sieros trioksidas SO3 yra labai ėsdinantis ir pavojingas. Autorius: OpenIcons. Šaltinis: „Pixabay“.

Tai yra nuodinga. Nurijimas sukelia stiprų burnos, stemplės ir skrandžio nudegimą. Be to, įtariama, kad tai kancerogenas.

Nuo gaisro ar sprogimo

Tai kelia gaisro pavojų, kai liečiasi su organinės kilmės medžiagomis, tokiomis kaip mediena, pluoštai, popierius, aliejus, medvilnė, ypač jei jos yra šlapios.

Taip pat yra rizika, jei liečiatės su bazėmis ar reduktoriais. Sprogstamai susimaišo su vandeniu, sudarydamas sieros rūgštį.

Dėl sąlyčio su metalais gali susidaryti vandenilio dujos H _2, kurios yra labai degios.

Reikėtų vengti kaitinimo stikliniuose indeliuose, kad būtų išvengta galimo indelio plyšimo.

Poveikis aplinkai

SO ₃ laikomas vienu iš pagrindinių žemės atmosferoje esančių teršalų. Taip yra dėl jo vaidmens formuojant aerozolius ir jo indėlio į rūgštų lietų (dėl sieros rūgšties H ₂ SO ₄ susidarymo ).

Rūgštaus lietaus pažeistas miškas Čekijos Respublikoje. Lovecz. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

SO ₃ susidaro atmosferoje oksiduojant sieros dioksidą SO ₂ . Kai SO _{3 yra} suformuota, ji greitai reaguoja su vandeniu, kad susidarytų sieros rūgšties H ₂ SO ₄ . Remiantis naujausiais tyrimais, yra ir kitų SO ₃ virsmo atmosferoje mechanizmų, tačiau dėl didelio atmosferoje esančio vandens kiekio vis dar laikoma, kad SO ₃ daugiausia virsta H ₂ SO ₄ .

Į atmosferą negalima išmesti SO ₃ dujų ar dujinių pramoninių atliekų, kuriose yra jų, nes jos yra pavojingas teršalas. Tai yra labai reaktyvios dujos ir, kaip minėta aukščiau, esant oro drėgmei, SO ₃ virsta sieros rūgštimi H ₂ SO ₄ . Todėl ore SO ₃ išlieka sieros rūgšties pavidalu, sudarydamas mažus lašelius ar aerozolius.

Jei sieros rūgšties lašeliai patenka į žmonių ar gyvūnų kvėpavimo takus, jie greitai auga dėl juose esančios drėgmės, todėl jie turi galimybę prasiskverbti į plaučius. Vienas iš mechanizmų, kuriuo H ₂ SO ₄ (tai yra SO ₃ ) rūgšties rūkas gali sukelti stiprų toksiškumą, yra tas, kad jis keičia gyvų organizmų (augalų, gyvūnų ir žmonių) tarpląstelinį ir tarpląstelinį pH.

Kai kurių tyrinėtojų teigimu, SO ₃ rūkas yra astmos padidėjimo priežastis Japonijos rajone. SO ₃ rūkas daro labai korozinį metalų korozijos poveikį, todėl gali smarkiai nukentėti žmonių pastatytos metalinės konstrukcijos, pavyzdžiui, kai kurie tiltai ir pastatai.

Skystojo SO ₃ negalima išpilti į kanalizacijos kanalizaciją ar kanalizaciją. Išsiliejus į kanalizaciją, gali kilti gaisro ar sprogimo pavojus. Jei netyčia išsiliejo, nenukreipkite vandens į produktą. Jis niekada neturėtų būti absorbuojamas pjuvenose ar kitame degiame absorbente, nes gali sukelti gaisrus.

Jis turi būti absorbuojamas sausame smėlyje, sausoje žemėje ar kitame visiškai sausame inertiniame absorbente. SO ₃ neturi būti išleidžiamas į aplinką ir jokiu būdu neturi būti leidžiama jo liestis. Jis turėtų būti laikomas atokiau nuo vandens šaltinių, nes tokiu būdu jis gamina sieros rūgštį, kenksmingą vandens ir sausumos organizmams.

Nuorodos

1. Sarkar, S. et al. (2019 m.). Amoniako ir vandens įtaka sieros trioksido likimui troposferoje: sieros rūgšties ir sieros rūgšties susidarymo būdų teorinis tyrimas. J Phys Chem A. 2019; 123 (14): 3131-3141. Atkurta iš ncbi.nlm.nih.gov.
2. Mulleris, TL (2006). Sieros rūgštis ir sieros trioksidas. „Kirk-Othmer“ chemijos technologijos enciklopedija. 23 tomas. Atkurta iš onlinelibrary.wiley.com.
3. JAV nacionalinė medicinos biblioteka. (2019 m.). Sieros trioksidas. Atkurta iš pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
4. Kikuchi, R. (2001). Aplinkos tvarkymas sieros trioksido išmetimu: SO ₃ poveikis žmonių sveikatai. Aplinkosaugos vadyba (2001) 27: 837. Atkurta iš nuorodos.springer.com.
5. Cotton, F. Albert ir Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pažangi neorganinė chemija. Ketvirtasis leidimas. Johnas Wiley ir sūnūs.
6. Ismailas, MI (1979). Metalai iš sulfidų išgaunami naudojant sieros trioksidą pakaitintoje lovoje. J. Chem., Biotechnol. 1979, 29, 361-366. Atkurta iš onlinelibrary.wiley.com.