El trióxido de azufre ( trióxido de azufre de ortografía alternativa ) es el compuesto químico con la fórmula SO 3 . Se ha descrito como el óxido de azufre "sin duda alguna el más importante económicamente". [1] Se prepara a escala industrial como precursor del ácido sulfúrico .
Nombres | |
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Nombre IUPAC preferido Trióxido de azufre | |
Nombre IUPAC sistemático Sulfonilidenoxidano | |
Otros nombres Anhídrido sulfúrico, óxido de azufre (VI) | |
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) |
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CHEBI | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.028.361 |
Número CE |
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1448 | |
PubChem CID | |
Número RTECS |
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UNII | |
un numero | ONU 1829 |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
SO 3 | |
Masa molar | 80,066 g / mol |
Apariencia | Sólido cristalino de incoloro a blanco que se evapora en el aire. [2] Líquido y gas incoloros. [3] |
Olor | Varía. El vapor es picante; como el dióxido de azufre. [4] La niebla es inodoro. [3] |
Densidad | 1,92 g / cm 3 , líquido |
Punto de fusion | 16,9 ° C (62,4 ° F; 290,0 K) |
Punto de ebullición | 45 ° C (113 ° F; 318 K) |
Reacciona para dar ácido sulfúrico. | |
Termoquímica | |
Entropía molar estándar ( S | 256,77 JK −1 mol −1 |
−395,7 kJ / mol | |
Peligros | |
Principales peligros | Muy corrosivo |
Ficha de datos de seguridad | ICSC 1202 |
Pictogramas GHS | |
Palabra de señal GHS | Peligro |
Declaraciones de peligro GHS | H314 , H335 |
Consejos de prudencia del SGA | P261 , P280 , P305 + 351 + 338 , P310 [5] |
NFPA 704 (diamante de fuego) | 3 0 3 W OX |
punto de inflamabilidad | No es inflamable |
Dosis o concentración letal (LD, LC): | |
LC 50 ( concentración media ) | rata, 4 h 375 mg / m 3 [ cita requerida ] |
Compuestos relacionados | |
Otros cationes | Trióxido de selenio Trióxido de telurio |
Óxidos de azufre relacionados | Monóxido de azufre Dióxido de azufre |
Compuestos relacionados | Ácido sulfúrico |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
El trióxido de azufre existe en varias formas: monómero gaseoso, trímero cristalino y polímero sólido. El trióxido de azufre es un sólido justo por debajo de la temperatura ambiente con un rango de líquidos relativamente estrecho. El SO 3 gaseoso es el principal precursor de la lluvia ácida . [6]
Enlace y estructura molecular
La molécula SO 3 es trigonal plana . Como predice la teoría VSEPR , su estructura pertenece al grupo de puntos D 3h . El átomo de azufre tiene un estado de oxidación de +6 y una carga formal de 0. El enlace de SO está deslocalizado con las tres longitudes de enlace de SO iguales a 1,42 Å. [1] El momento dipolar eléctrico del trióxido de azufre gaseoso es cero.
Reacciones químicas
El trióxido de azufre sufre muchas reacciones. [1]
- Hidratación e hidrofluoración
SO 3 es el anhídrido de H 2 SO 4 . Por tanto, es susceptible de hidratación:
- SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 (ΔH f = −200 kJ mol −1 ) [7] El trióxido de azufre gaseoso emana profusamente incluso en una atmósfera relativamente seca debido a la formación de una niebla de ácido sulfúrico.
Similar al comportamiento del H 2 O, el fluoruro de hidrógeno se agrega para dar ácido fluorosulfúrico :
- SO 3 + HF → FSO 3 H
- Desoxinacion
El SO 3 reacciona con el pentóxido de dinitrógeno para dar la sal de nitronio del pirosulfato:
- 2 SO 3 + N 2 O 5 → [NO 2 ] 2 S 2 O 7
- Oxidante
El trióxido de azufre es un oxidante. Oxida el dicloruro de azufre a cloruro de tionilo .
- SO 3 + SCl 2 → SOCl 2 + SO 2
- Ácido de Lewis
El SO 3 es un ácido de Lewis fuerte que forma fácilmente aductos con bases de Lewis. [8] Con piridina , se obtiene el complejo piridina de trióxido de azufre . Los aductos relacionados se forman a partir de dioxano y trimetilamina .
- Agente sulfonante
El trióxido de azufre es un potente agente sulfonante, es decir, añade grupos SO 3 a los sustratos. A menudo, los sustratos son orgánicos. [9] Para los sustratos activados, los aductos de base de Lewis de trióxido de azufre son agentes sulfonantes eficaces. [10]
Preparación
La oxidación directa del dióxido de azufre a trióxido de azufre en el aire avanza muy lentamente:
- SO 2 + 1 ⁄ 2 O 2 = SO 3 ΔH = -198,4
Industrial
Industrialmente, el SO 3 se elabora mediante el proceso de contacto . El dióxido de azufre se produce al quemar azufre o pirita de hierro (un mineral de sulfuro de hierro). Después de ser purificado por precipitación electrostática, el SO 2 se oxida con oxígeno atmosférico entre 400 y 600 ° C sobre un catalizador. Un catalizador típico consiste en pentóxido de vanadio (V 2 O 5 ) activado con óxido de potasio K 2 O sobre tierra de diatomeas o soporte de sílice . El platino también funciona muy bien, pero es demasiado caro y se envenena (se vuelve ineficaz) mucho más fácilmente debido a las impurezas. [11] La mayor parte del trióxido de azufre elaborado de esta manera se convierte en ácido sulfúrico .
Laboratorio
El trióxido de azufre se puede preparar en el laboratorio mediante la pirólisis de bisulfato de sodio en dos etapas . El pirosulfato de sodio es un producto intermedio: [12]
- Deshidratación a 315 ° C:
- 2 NaHSO 4 → Na 2 S 2 O 7 + H 2 O
- Agrietamiento a 460 ° C:
- Na 2 S 2 O 7 → Na 2 SO 4 + SO 3
Por el contrario, KHSO 4 no experimenta la misma reacción. [12]
También se puede preparar deshidratando ácido sulfúrico con pentóxido de fósforo . [13]
Aplicaciones
El trióxido de azufre es un reactivo en reacciones de sulfonación . Estos procesos proporcionan detergentes , tintes y productos farmacéuticos . El trióxido de azufre se genera in situ a partir de ácido sulfúrico o se usa como una solución en el ácido.
Estructura SO 3
Tanto el [14] SO 3 líquido como el gaseoso existe en equilibrio entre el monómero y el trímero cíclico. La naturaleza del SO 3 sólido es compleja y se conocen al menos 3 polimorfos , y la conversión entre ellos depende de trazas de agua. [15]
El SO 3 absolutamente puro se congela a 16,8 ° C para dar la forma γ -SO 3 , que adopta la configuración de trímero cíclico [S (= O) 2 ( μ -O)] 3 . [16] [1]
Si SO 3 se condensa por encima de 27 ° C, entonces α -SO 3 formas, que tiene un punto de fusión de 62,3 ° C. El α- SO 3 tiene un aspecto fibroso. Estructuralmente, es el polímero [S (= O) 2 ( μ -O)] n . Cada extremo del polímero está terminado con grupos OH. [1] El β- SO 3 , como la forma alfa, es fibroso pero de diferente peso molecular, que consiste en un polímero protegido con hidroxilo, pero funde a 32,5 ° C. Tanto la forma gamma como la beta son metaestables y eventualmente se convierten en la forma alfa estable si se dejan en reposo durante el tiempo suficiente. Esta conversión se debe a trazas de agua. [17]
Las presiones de vapor relativas del SO 3 sólido son alfa
SO 3 es agresivamente higroscópico . El calor de hidratación es suficiente para que se enciendan mezclas de SO 3 y madera o algodón. En tales casos, el SO 3 deshidrata estos carbohidratos . [17]
Seguridad
Además de ser un agente oxidante, el trióxido de azufre es altamente corrosivo. Reacciona violentamente con el agua para producir ácido sulfúrico altamente corrosivo.
Fuentes
- Base de datos de referencia estándar del NIST
- ChemSub en línea
- ¿El SO3 es polar o no polar?
Ver también
- Molécula hipervalente
- Complejo de piridina de trióxido de azufre
Referencias
- ^ a b c d e f Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Química de los Elementos (2ª ed.). Butterworth-Heinemann . págs. 703–704. ISBN 978-0-08-037941-8.
- ^ "TRIOXIDO DE AZUFRE CAMEO Químicos NOAA" . Cameochemicals.noaa.gov .
- ^ a b Lerner, L. (2011). Síntesis a pequeña escala de reactivos de laboratorio con modelado de reacciones . Prensa CRC. pag. 10. ISBN 9781439813133. LCCN 2010038460 .
- ^ "Sustancia: trióxido de azufre - aprender química Wiki" . Rsc.org .
- ^ "Trióxido de azufre 227692" (PDF) . SO3 . Archivado desde el original el 1 de septiembre de 2020 . Consultado el 1 de septiembre de 2020 .
- ^ Thomas Loerting; Klaus R. Liedl (2000). "Hacia la eliminación de discrepancias entre la teoría y el experimento: La constante de velocidad de la conversión atmosférica de SO 3 en H 2 SO 4 " . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 97 (16): 8874–8878. Código bibliográfico : 2000PNAS ... 97.8874L . doi : 10.1073 / pnas.97.16.8874 . PMC 16788 . PMID 10922048 .
- ^ "La fabricación de ácido sulfúrico y superfosfato" (PDF) . Procesos químicos en Nueva Zelanda.
- ^ Algodón, F. Albert ; Wilkinson, Geoffrey ; Murillo, Carlos A .; Bochmann, Manfred (1999), Química inorgánica avanzada (6.a ed.), Nueva York: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5
- ^ Weil, JK; Bistline Jr., RG; Stirton, AJ (1956). "Ácido α-sulfopalmítico". Síntesis orgánicas . 36 : 83. doi : 10.15227 / orgsyn.036.0083 .
- ^ Rondestvedt Jr., Christian S .; Bordwell, FG (1954). "Β-Estirenosulfonato de sodio y Cloruro de β-Estirenosulfonilo". Síntesis orgánicas . 34 : 85. doi : 10.15227 / orgsyn.034.0085 .
- ^ Hermann Müller "Ácido sulfúrico y trióxido de azufre" en Enciclopedia de química industrial de Ullmann , Wiley-VCH, Weinheim. 2000 doi : 10.1002 / 14356007.a25_635
- ^ a b KJ de Vries; PJ Gellings (mayo de 1969). "La descomposición térmica de potasio y pirosulfato de sodio" . Revista de Química Inorgánica y Nuclear . 31 (5): 1307-1313. doi : 10.1016 / 0022-1902 (69) 80241-1 .
- ^ "Cómo hacer trióxido de azufre - YouTube" . www.youtube.com . Consultado el 1 de septiembre de 2020 .
- ^ Lovejoy, RW; Colwell, JH; Eggers, DF; Halsey, GD (febrero de 1962). "Espectro infrarrojo y propiedades termodinámicas del trióxido de azufre gaseoso". La Revista de Física Química . 36 (3): 612–617. doi : 10.1063 / 1.1732581 .
- ^ Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon (2001), Wiberg, Nils (ed.), Inorganic Chemistry , traducido por Eagleson, Mary; Brewer, William, San Diego / Berlín: Academic Press / De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5
- ^ Westrik, R .; Mac Gillavry, CH (1941). "La estructura cristalina de la forma similar al hielo del trióxido de azufre (modificación γ)". Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas . 60 (11): 794–810. doi : 10.1002 / recl.19410601102 .
- ^ a b c Índice Merck de sustancias químicas y drogas , 9ª ed. monografía 8775