OXID SÍROVÝ (SO3): ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, RIZIKÁ, POUŽITIA - CHÉMIA - 2024

Oxid sírový je anorganická zlúčenina, vytvorený spojením atómu síry (S) a 3 atómov kyslíka (O). Jeho molekulárnej vzorec je SO ₃ . Pri izbovej teplote, SO ₃ je kvapalina, ktorá uvoľňuje plyny do ovzdušia.

Štruktúra plynného SO ₃ je plochá a symetrická. Všetky tri kyslíky sú rovnomerne umiestnené okolo síry. SO ₃ Prudko reaguje s vodou. Reakcia je exotermická, čo znamená, že sa vytvára teplo, inými slovami, je veľmi horúca.

Oxid sírový molekula SO ₃ . Autor: Benjah-bmm27. Zdroj: Wikimedia Commons.

Keď kvapalina SO ₃ ochladzuje, zmení sa pevná látka, ktorá môže mať tri typy štruktúry: alfa, beta, gama a. Najstabilnejšia je alfa, vo forme vrstiev spojených dohromady, aby vytvorili sieť.

Plynný oxid sírový sa používa na prípravu dymovej kyseliny sírovej, ktorá sa tiež nazýva oleum, kvôli jej podobnosti s olejom alebo olejnatými látkami. Ďalší z jeho dôležitých aplikácií je v sulfonáciou organických látok, to je, pridanie -SO ₃ - skupín k nim. Takto je možné pripraviť užitočné chemikálie, ako sú detergenty, farbivá, pesticídy a iné.

SO ₃ je veľmi nebezpečný, môže spôsobiť vážne popáleniny, poškodenie očí a pokožky. Nemalo by sa ani vdychovať alebo požiť, pretože môže spôsobiť smrť vnútornými popáleninami, ústami, pažerákom, žalúdkom atď.

Z týchto dôvodov sa s ním musí zaobchádzať veľmi opatrne. Nikdy nesmie prísť do kontaktu s vodou alebo horľavými materiálmi, ako je drevo, papier, látky atď., Pretože môže dôjsť k požiaru. Nesmie sa likvidovať ani nevniknúť do kanalizácie kvôli nebezpečenstvu výbuchu.

Plynný SO ₃ produkovaný v priemyselných procesoch by sa nemal uvoľňovať do životného prostredia, pretože je jedným z tých, ktorí sú zodpovední za kyslé dažde, ktoré už poškodili veľké plochy lesov na svete.

štruktúra

Molekula oxidu sírového SO ₃ v plynnom stave má trojuholníkový planárne štruktúru.

To znamená, že síra aj tri kyslíky sú v rovnakej rovine. Okrem toho je distribúcia kyslíkov a všetkých elektrónov symetrická.

Lewisove rezonančné štruktúry. Elektróny sú distribuované rovnomerne v SO ₃ . Autor: Marilú Stea.

V pevnom stave tri typy štruktúry SO _{sú známe 3} : alfa (α-SO ₃ ), beta (β-SO ₃ ) a gama (γ-SO ₃ ).

Gama γ-SO _{3 forma} obsahuje cyklické triméru, to znamená, že tri jednotky SO ₃ spoločne tvoria cyklický alebo prstencový tvar molekuly.

Molekula v tvare tuhého oxidu sírového oxidu gama typu. Autor: Marilú Stea.

Beta β-SO ₃ fázy má nekonečné skrutkovitými reťazce tetraéderov zloženie SO ₄ spojené.

Štruktúra reťazca beta-oxidu sírového tuhého typu. Autor: Marilú Stea.

Najstabilnejší forma je alfa α-SO ₃ , podobne ako beta, ale s vrstvenou štruktúrou, s reťazami spojené do siete.

názvoslovie

- oxid sírový

- Anhydrid kyseliny sírovej

- Oxid siričitý

-SO ₃ gama, γ-SO ₃

-SO ₃ beta, β-SO ₃

-SO ₃ alfa, α-SO ₃

Fyzikálne vlastnosti

Fyzický stav

Pri izbovej teplote (okolo 25 ºC) a atmosférickom tlaku je SO ₃ bezfarebná kvapalina, ktorá do vzduchu emituje dym.

Keď kvapalina SO ₃ je čistá pri teplote 25 ° C je zmes monomérneho SO ₃ (jedna molekula) a trimerní (3 spojené molekuly) podľa vzorca: ₃ O ₉ , tiež nazývaný SO ₃ gama γ-SO ₃ .

Pri znížení teploty, ak je SO ₃ je čistý, keď dosiahne 16,86 oC, stuhne alebo dôjde k zablokovaniu na y-SO ₃ , tiež nazývaný "SO ₃ ľad ".

Ak obsahuje malé množstvo vlhkosti (aj stopy alebo veľmi malé množstvo), takže ₃ polymerizuje pre beta P-SO ₃ formy, ktorá tvorí kryštály s hodvábnym leskom.

Potom sa vytvorí viac väzieb, generovanie alfa a-SO _{3 štruktúry} , čo je jehličkovité kryštalickej pevnej látky, ktorá sa podobá azbest alebo azbest.

Keď sa alfa a beta zlúčia, generujú gama.

Molekulová hmotnosť

80,07 g / mol

Bod topenia

SO ₃ y = 16,86 ° C

Trojitý bod

Je to teplota, pri ktorej sú prítomné tri fyzikálne stavy: tuhá látka, kvapalina a plyn. V alfa forme je trojitý bod pri 62,2 ° C a v beta je 32,5 ° C.

Zahrievanie alfa formy má väčšiu tendenciu sublimovať ako sa topiť. Sublimácia znamená priamy prechod z pevného do plynného stavu bez toho, aby prešiel kvapalným stavom.

Bod varu

Všetky formy SO ₃ vrú pri 44,8 ° C.

Hustota

Kvapalina SO ₃ (gama) má hustotu 1.9225 g / cm ³ pri 20 ° C.

Plynný SO ₃ má hustotu 2,76 vzhľadom ku vzduchu (vzduchu = 1), čo znamená, že je ťažšie ako vzduch.

Tlak vodnej pary

SO ₃ alfa = 73 mm Hg pri 25 ° C

SO ₃ beta = 344 mm Hg pri 25 ° C

SO ₃ y = 433 mm Hg pri 25 ° C

To znamená, že gama forma má tendenciu sa ľahšie odparovať ako beta a beta forma ako alfa.

stabilita

Alfa forma je najstabilnejšia štruktúra, ostatné sú metastabilné, to znamená, že sú menej stabilné.

Chemické vlastnosti

SO ₃ reaguje silne s vodou za vzniku kyseliny sírovej H ₂ SO ₄ . Pri reakcii sa vytvára veľké množstvo tepla, takže sa zo zmesi rýchlo uvoľňuje vodná para.

Po vystavení vzduchu SO ₃ rýchlo absorbuje vlhkosť a vydáva husté výpary.

Je to veľmi silné dehydratačné činidlo, to znamená, že ľahko odstraňuje vodu z iných materiálov.

Síra v rozsahu ₃ má afinitu k voľné elektróny (to znamená elektróny, ktoré nie sú v spojení medzi dvoma atómami), tak má sklon tvoriť komplexy s zlúčenín, ktoré je v dedičstvo, ako je pyridín, trimetylamín alebo dioxán.

Komplex medzi oxidom sírovým a pyridínom. Benjah-bmm27. Zdroj: Wikimedia Commons.

Vytváraním komplexov si síra „požičiava“ elektróny od druhej zlúčeniny, aby vyplnila ich nedostatok. Oxid sírový je v týchto komplexoch stále k dispozícii, ktoré sa používajú pri chemických reakciách na dodávku SO ₃ .

To je silný sulfonační činidlo pre organické látky, čo znamená, že sa používa ľahko pridať skupinu -SO ₃ - na molekuly.

Ľahko reaguje s oxidmi mnohých kovov za vzniku síranov týchto kovov.

Je korozívna pre kovy, živočíšne a rastlinné tkanivá.

S SO ₃ je ťažké manipulovať z niekoľkých dôvodov: (1) jeho bod varu je relatívne nízky, (2) má tendenciu tvoriť pevné polyméry pri teplotách pod 30 ° C a (3) má vysokú reaktivitu voči takmer všetkým organické látky a voda.

Môže obsahovať výbušnú polymerizáciu, ak neobsahuje stabilizátor a je prítomná vlhkosť. Ako stabilizátory sa používajú dimetylsulfát alebo oxid boritý.

získanie

Získava sa reakcie pri teplote 400 ° C medzi oxidu siričitého SO ₂ a molekulárneho kyslíka O ₂ . Reakcia je však veľmi pomalá a na zvýšenie rýchlosti reakcie sú potrebné katalyzátory.

2 SO ₂ + O ₂ ⇔ 2 SO ₃

Zo zlúčenín, ktoré urýchľujú túto reakciu sú kovová platina Pt, oxid vanadičný V ₂ O ₅ , oxid železitý Fe ₂ O ₃ a oxidu dusnatého NO.

aplikácia

Pri príprave oleja

Jednou z jeho hlavných aplikácií je príprava oleja alebo dymovej kyseliny sírovej, tzv. Pretože sa uvoľňujú pary viditeľné voľným okom. Ak chcete získať, SO ₃ absorbuje do koncentrovanej kyseliny sírovej H ₂ SO ₄ .

Oleum alebo dymivá kyselina sírová. Môžete vidieť biely dym vychádzajúci z fľaše. W. Oelen. Zdroj: Wikimedia Commons.

To sa vykonáva v špeciálnych nerezových veže, kde sa koncentrovaná kyselina sírová (ktorá je kvapalná) klesá a plynný SO ₃ ide hore.

Kvapalina a plyn prichádzajú do styku a spájajú sa, čím vytvárajú olej, ktorý je olejovito vyzerajúcou kvapalinou. To má zmes H ₂ SO ₄ a SO ₃ , ale má tiež molekuly disulfuric kyseliny H ₂ S ₂ O ₇ a kyseliny H trisulfuric ₂ s ₃ O ₁₀ .

Pri sulfonačných chemických reakciách

Sulfonácia je kľúčovým procesom vo veľkých priemyselných aplikáciách na výrobu detergentov, povrchovo aktívnych látok, farbív, pesticídov a farmaceutických výrobkov.

SO ₃ slúži ako sulfonačním činidlom na prípravu sulfonované oleja a alkyl-aryl-sulfónované detergenty, okrem mnohých iných zlúčenín. Ďalej je uvedená sulfonačná reakcia aromatickej zlúčeniny:

ARH + SO ₃ → ARSO ₃ H

Sulfonáciou benzénu SO ₃ . Pedro8410. Zdroj: Wikimedia Commons.

V sulfonační reakcií, dymivou alebo SO ₃ môžu byť použité vo forme svojich komplexov s pyridínom alebo s trimetylamín, medzi ostatnými.

Pri ťažbe kovov

SO ₃ plyn bol použitý v minerálnom liečbe. Jednoduché oxidy kovov môžu byť prevedené na ďalšie rozpustných síranov ich ošetrením SO _3, pri relatívne nízkych teplotách.

Sírnej minerály ako pyritu (pyrit), chalkozín (sulfidu medi) a millerit (nikel sulfid) sú najekonomickejšie zdroje neželezných kovov, takže liečba SO ₃ umožňuje tieto kovy, ktoré majú byť ľahko získaná. a pri nízkych nákladoch.

Železo, nikel a meď sulfidy reagovať s SO ₃ plynom aj pri izbovej teplote, tvoriace príslušné sírany, ktoré sú veľmi dobre rozpustné a môžu byť podrobené ďalšie procesy pre získanie čistého kovu.

Na rôzne použitia

SO _{3 je} použitý pre prípravu kyseliny chlórsulfónová, nazývanej tiež kyselina chlórsulfónová HSO ₃ Cl.

Oxid sírový je veľmi silné oxidačné činidlo a používa sa pri výrobe výbušnín.

riziká

Na zdravie

SO ₃ je vysoko toxická zlúčenina vo všetkých smeroch, tj pri vdýchnutí, požití a pri kontakte s pokožkou.

Dráždivé a korózne sliznice. Spôsobuje poleptanie kože a očí. Jeho výpary sú pri vdýchnutí veľmi jedovaté. Vyskytujú sa vnútorné popáleniny, dýchavičnosť, bolesť na hrudníku a pľúcny edém.

Oxid siričitý SO3 je veľmi žieravý a nebezpečný. Autor: OpenIcons. Zdroj: Pixabay.

Je jedovatý. Jeho požitie spôsobuje vážne popáleniny v ústach, pažeráku a žalúdku. Ďalej je podozrenie, že ide o karcinogén.

Od požiaru alebo výbuchu

Predstavuje nebezpečenstvo požiaru, keď príde do kontaktu s materiálmi organického pôvodu, ako sú drevo, vlákna, papier, olej, bavlna, najmä ak sú mokré.

Existuje tiež riziko, ak prídete do styku so zásadami alebo redukčnými činidlami. Výbušne sa kombinuje s vodou a vytvára kyselinu sírovú.

Pri styku s kovmi môže produkovať plyn vodík H ₂ , ktorý je vysoko horľavý.

Vyhnite sa zahrievaniu v sklenených nádobách, aby ste zabránili možnému prudkému roztrhnutiu nádoby.

Dopad na životné prostredie

SO ₃ sa považuje za jednu z hlavných znečisťujúcich látok prítomných v zemskej atmosfére. To je vzhľadom k jeho úlohu pri vytváraní aerosólov a jej príspevok k kyslého dažďa (v dôsledku tvorby kyseliny sírovej H ₂ SO ₄ ).

Les poškodený kyslými dažďami v Českej republike. Lovecz. Zdroj: Wikimedia Commons.

SO ₃ je vytvorený v atmosfére oxidáciou oxidu siričitého SO ₂ . Ak to _{je 3} vytvorí, sa rýchlo reaguje s vodou za vzniku kyseliny sírovej H ₂ SO ₄ . Podľa posledných štúdií, existujú aj iné mechanizmy pre transformáciu SO ₃ v ovzduší, ale vzhľadom k veľkému množstvu vody prítomnej v atmosfére, je stále považovaná za oveľa pravdepodobnejšie, že SO ₃ otáčky predovšetkým do H ₂ SO ₄ .

Plyn SO ₂ alebo plynný priemyselný odpad, ktorý ho obsahuje, sa nesmie vypúšťať do atmosféry, pretože je nebezpečnou znečisťujúcou látkou. Ide o vysoko reaktívne plyn, a, ako bolo uvedené vyššie, v prítomnosti vlhkosti vo vzduchu, SO ₃ stáva kyseliny sírovej H ₂ SO ₄ . Preto vo vzduchu SO ₃ pretrváva vo forme kyseliny sírovej a vytvára malé kvapôčky alebo aerosóly.

Ak kvapôčky kyseliny sírovej vstupujú do dýchacích ciest ľudí alebo zvierat, ich veľkosť rýchlo rastie v dôsledku prítomnej vlhkosti, takže majú šancu preniknúť do pľúc. Jedným z mechanizmov, ktorými sa kyselina hmla H ₂ SO ₄ (to znamená, SO ₃ ), môžu mať silnú toxicitu je preto, že sa zmení extracelulárnej a intracelulárnej pH živé organizmy (rastliny, zvieratá a ľudí).

Podľa niektorých vedcov je hmla SO ₃ príčinou nárastu astmatikov v oblasti Japonska. SO ₃ hmly má veľmi korozívne účinky voči kovu, tak, aby kovové konštrukcie postavené u ľudí, ako sú niektoré mostov a budov môžu byť výrazne ovplyvnené.

Kvapalný SO ₃ sa nesmie likvidovať do kanalizačných odtokov alebo kanalizácií. Pri rozliatí do kanalizácie môže spôsobiť požiar alebo výbuch. Ak dôjde k náhodnému úniku, nemierte prúdom vody k produktu. Nikdy by sa nemal absorbovať do pilín alebo iného horľavého absorbentu, pretože by mohol spôsobiť požiar.

Musí sa absorbovať v suchom piesku, suchej zemine alebo inom úplne suchom inertnom absorbente. SO ₃ sa nesmie uvoľňovať do životného prostredia a nesmie sa mu nikdy dovoliť prísť do styku s ním. Mal by sa udržiavať mimo zdrojov vody, pretože tým vzniká kyselina sírová, ktorá je škodlivá pre vodné a suchozemské organizmy.

Referencie

1. Sarkar, S. a kol. (2019). Vplyv amoniaku a vody na osud oxidu sírového v troposfére: Teoretické skúmanie ciest tvorby kyseliny sírovej a kyseliny sírovej. J Phys Chem A. 2019; 123 (14): 3131-3141. Získané z ncbi.nlm.nih.gov.
2. Muller, TL (2006). Kyselina sírová a oxid sírový. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Zväzok 23. Obnovené z adresy onlinelibrary.wiley.com.
3. Americká národná lekárska knižnica. (2019). Oxid sírový. Získané z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
4. Kikuchi, R. (2001). Environmentálne riadenie emisií oxidu siričitého: vplyv SO ₃ na ľudské zdravie. Environmental Management (2001) 27: 837. Získané z odkazu.springer.com.
5. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chémia. Štvrté vydanie. John Wiley a synovia.
6. Ismail, MI (1979). Extrakcia kovov zo sírov pomocou oxidu sírového vo fluidnom lôžku. J. Chem. Tech. Biotechnol. 1979, 29, 361 - 366. Obnovené z adresy onlinelibrary.wiley.com.