RIKKITRIOKSIDI (SO3): RAKENNE, OMINAISUUDET, RISKIT, KÄYTTÖ - KEMIA - 2025

Rikkitrioksidi on epäorgaaninen yhdiste, joka muodostuu liitto rikkiatomista (S) ja 3 happiatomien (O). Sen molekyylikaava on SO ₃. Huoneenlämpötilassa SO ₃ on neste, joka vapauttaa kaasuja ilmaan.

Kaasumaisen SO _{3: n} rakenne on tasainen ja symmetrinen. Kaikki kolme happea sijaitsevat tasaisesti rikin ympärillä. SO ₃ reagoi kiivaasti veden kanssa. Reaktio on eksoterminen, mikä tarkoittaa, että lämpöä syntyy, ts. Se kuumenee hyvin.

Rikkitrioksidimolekyyli SO ₃. Kirjoittaja: Benjah-bmm27. Lähde: Wikimedia Commons.

Kun nestemäinen SO ₃ jäähtyy, se muuttuu kiinteäksi aineeksi, jolla voi olla kolmen tyyppisiä rakenteita: alfa, beeta ja gamma. Vakain on alfa, kerrosten muodossa, jotka on liitetty yhteen muodostamaan verkko.

Kaasumaista rikkitrioksidia käytetään savuttavan rikkihapon, jota kutsutaan myös oleumiksi, valmistamiseksi, koska se muistuttaa öljyä tai öljyisiä aineita. Toinen sen tärkeitä sovelluksia on sulfonoimalla orgaanisten yhdisteiden, eli lisäys -SO ₃ - ryhmiä niihin. Siten voidaan valmistaa hyödyllisiä kemikaaleja, kuten pesuaineita, väriaineita, torjunta-aineita, mm.

SO ₃ on erittäin vaarallinen, se voi aiheuttaa vakavia palovammoja, silmien ja ihon vaurioita. Sitä ei myöskään saa hengittää tai niellä, koska se voi aiheuttaa kuoleman sisäisistä palovammoista, suusta, ruokatorvesta, vatsasta jne.

Näistä syistä sitä on käsiteltävä erittäin varovaisesti. Se ei saa koskaan joutua kosketuksiin veden tai palavien materiaalien, kuten puun, paperin, kankaiden jne. Kanssa, koska paloja voi tapahtua. Sitä ei tule myöskään hävittää eikä päästä viemäreihin räjähdysvaaran vuoksi.

Teollisuusprosesseissa syntyvää kaasumaista SO _{3: ta} ei tule päästää ympäristöön, koska se on yksi niistä, jotka ovat vastuussa happosateista, jotka ovat jo vahingoittaneet suuria alueita metsiä maailmassa.

Rakenne

Molekyylin rikkitrioksidia SO ₃ kaasumaisessa tilassa on kolmion tasomainen rakenne.

Tämä tarkoittaa, että sekä rikki että kolme happea ovat samassa tasossa. Lisäksi hapejen ja kaikkien elektronien jakauma on symmetrinen.

Lewisin resonanssirakenteet. Elektronit jakautuvat tasaisesti SO _{3: ssa}. Kirjoittaja: Marilú Stea.

Kiinteässä tilassa kolme rakenteen SO _{3 ovat tunnettuja}: alfa (α-SO ₃), beeta (β-SO ₃) ja gamma (γ-SO ₃).

Gamma γ-SO _{3 muoto} sisältää syklisen trimeerejä, että on kolme yksikköä SO ₃ muodostavat yhdessä syklisen tai renkaan muotoinen molekyyli.

Gamma-tyyppinen kiinteä rikkitrioksidirenkaan muotoinen molekyyli. Kirjoittaja: Marilú Stea.

Beeta β-SO ₃ vaihe on ääretön kierteinen ketjuja tetrahedra koostumuksen SO ₄ liittyvät toisiinsa.

Beeta-tyyppisen kiinteän rikkitrioksidin ketjun rakenne. Kirjoittaja: Marilú Stea.

Vakain muoto on alfa α-SO ₃, samanlainen beeta, mutta on kerrosrakenne, jossa ketjujen liittyneet muodostamaan verkkoon.

nimistö

- Rikkitrioksidi

-Rikkihappoanhydridi

-Rikkioksidi

-SO ₃ gamma, γ-SO ₃

-SO ₃ beeta, β-SO ₃

-SO ₃ -alfa, α-SO ₃

Fyysiset ominaisuudet

Fyysinen tila

Huoneenlämpötilassa (noin 25 ºC) ja ilmakehän paineessa SO ₃ on väritön neste, joka vapauttaa savua ilmaan.

Kun nestemäinen SO ₃ on puhdas 25 ° C: ssa, se on seos kaavan S ₃ O ₉ mukaisesta monomeerisestä SO _{3: sta} (yksi molekyyli) ja trimeerisestä (3 liittyneestä molekyylistä), jota kutsutaan myös SO ₃ gamma y-SO _{3: ksi}.

Lämpötilaa alennettaessa, jos SO ₃ on puhdasta saavuttaessaan 16,86 ºC, se jähmettyy tai jäätyy γ-SO _{3: ksi}, jota kutsutaan myös ”SO ₃ -jääksi ”.

Jos se sisältää pieniä määriä kosteutta (jopa jälkiä tai erittäin pieniä määriä), SO ₃ polymeroituu beeta β-SO ₃ muodossa, joka muodostaa kiteitä, joiden silkkinen kiilto.

Sitten muodostuu lisää sidoksia, jotka generoivat alfa-a-SO3- _rakenteen, joka on neulamainen kiteinen kiinteä aine, joka muistuttaa asbestia tai asbestia.

Kun alfa ja beeta sulautuvat yhteen, ne tuottavat gammaa.

Molekyylipaino

80,07 g / mol

Sulamispiste

SO ₃ gamma = 16,86 ° C

Kolminkertainen piste

Se on lämpötila, jossa kolme fysikaalista tilaa ovat läsnä: kiinteä, nestemäinen ja kaasu. Alfa-muodossa kolmen pisteen lämpötila on 62,2 ºC ja beetaa kohden 32,5 ºC.

Alfa-muodon kuumentamisella on suurempi taipumus sublimoitua kuin sulaa. Sublimaatiolla tarkoitetaan siirtymistä kiinteästä aineesta kaasumaiseen tilaan suoraan, läpi nestetilan läpi.

Kiehumispiste

Kaikenlaisen SO ₃ keitetään 44.8ºC.

Tiheys

Neste SO ₃ (gamma) tiheys on 1,9225 g / cm ³ 20 ° C: ssa.

Kaasumaisen SO _3: n tiheys on 2,76 ilmaan verrattuna (ilma = 1), mikä osoittaa, että se on ilmaa raskaampaa.

Höyrynpaine

SO ₃ alfa = 73 mm Hg 25 ° C: ssa

SO ₃ beeta = 344 mm Hg 25 ° C: ssa

SO ₃ gamma = 433 mm Hg 25 ° C: ssa

Tämä tarkoittaa, että gammamuodolla on taipumus haihtua helpommin kuin beeta- ja beetamuodossa kuin alfalla.

pysyvyys

Alfa-muoto on vakain rakenne, muut ovat metastabiileja, ts. Ne ovat vähemmän vakaita.

Kemiallisia ominaisuuksia

SO ₃ reagoi kiivaasti veden kanssa, jolloin saatiin rikkihappoa H ₂ SO ₄. Reagoidessaan syntyy paljon lämpöä niin, että vesihöyry vapautuu nopeasti seoksesta.

Ilman johdosta SO ₃ imee kosteuden nopeasti ja emittoi tiheitä höyryjä.

Se on erittäin voimakas vedenpoistoaine, mikä tarkoittaa, että se poistaa veden helposti muista materiaaleista.

Rikki SO ₃ on affiniteetti vapaita elektroneja (eli elektronit, jotka eivät ole sidosta kahden atomin välistä), joten se pyrkii muodostamaan komplekseja yhdisteitä, joilla on niitä, kuten pyridiini, trimetyyliamiini tai dioksaani.

Kompleksi rikkitrioksidin ja pyridiinin välillä. Benjah-bmm27. Lähde: Wikimedia Commons.

Muodostamalla komplekseja rikki “lainaa” elektroneja toisesta yhdisteestä täyttääkseen puutteen niistä. Rikkitrioksidia on edelleen saatavana näissä komplekseissa, joita käytetään kemiallisissa reaktioissa toimittamaan SO _{3: ta}.

Se on voimakas orgaanisten yhdisteiden sulfonointireagenssi, mikä tarkoittaa, että sitä käytetään helposti lisäämään ryhmä -SO ₃ - molekyyleihin.

Se reagoi helposti monien metallien oksidien kanssa antaen näiden metallien sulfaatteja.

Se on syövyttävää metalleille, eläin- ja kasvikudoksille.

SO ₃ on vaikea käsitellä useista syistä: (1) sen kiehumispiste on suhteellisen alhainen, (2) sillä on taipumus muodostaa kiinteitä polymeerejä alle 30 ºC: n lämpötiloissa ja (3) sillä on korkea reaktiivisuus melkein kaikkiin orgaaniset aineet ja vesi.

Voi polymeroitua räjähtävästi, jos se ei sisällä stabilointiainetta ja siinä on kosteutta. Dimetyylisulfaattia tai boorioksidia käytetään stabilointiaineina.

Saada

Se saadaan reaktio 400 ° C: ssa rikkidioksidin SO ₂ ja molekulaarista happea O ₂. Reaktio on kuitenkin erittäin hidas ja katalyyttejä tarvitaan reaktion nopeuden lisäämiseksi.

2SO ₂ + O ₂ ⇔ 2 SO ₃

Yhdisteitä, jotka kiihdyttävät tätä reaktiota, ovat platinametalli Pt, vanadiinipentoksidi V ₂ O ₅, rautaoksidi Fe ₂ O ₃ ja typpioksidi NO.

Sovellukset

Oleumin valmistuksessa

Yksi sen pääsovelluksista koostuu oleumin tai savuttavan rikkihapon valmistamisesta, ns. Koska se emittoi paljaalla silmällä näkyviä höyryjä. Saada se, SO ₃ imeytyy väkevässä rikkihapossa H ₂ SO ₄.

Oleum tai savuttava rikkihappo. Voit nähdä valkoisen savun tulevan pullosta. W. Oelen. Lähde: Wikimedia Commons.

Tämä tehdään erityisissä ruostumattomasta teräksestä valmistetuissa torneissa, joissa väkevä rikkihappo (joka on nestemäinen) laskee ja kaasumainen SO ₃ nousee.

Neste ja kaasu ovat kosketuksissa ja tulevat toisiinsa muodostaen oleumin, joka on öljyisen näköinen neste. Se on seos, H ₂ SO ₄ ja SO ₃, mutta se on myös molekyylejä, pyrorikkihappo H ₂ S ₂ O ₇ ja trisulfuric happo H ₂ S ₃ O ₁₀.

Sulfonoinnissa kemiallisissa reaktioissa

Sulfonointi on avainprosessi laajamittaisissa teollisissa sovelluksissa pesuaineiden, pinta-aktiivisten aineiden, väriaineiden, torjunta-aineiden ja lääkkeiden valmistukseen.

SO ₃ toimii sulfonointiaineen valmistamiseksi sulfonoitu öljyjä ja alkyyli-aryyli-sulfonoitu pesuaineet, monien muiden yhdisteiden ohella. Seuraava osoittaa aromaattisen yhdisteen sulfonointireaktion:

ArH + SO ₃ → ArSO ₃ H

Sulfonoimalla bentseenin kanssa SO ₃. Pedro8410. Lähde: Wikimedia Commons.

Sulfonointireaktioissa oleumia tai S03: _a voidaan käyttää kompleksiensa muodossa muun muassa pyridiinin tai trimetyyliamiinin kanssa.

Metallien uuttamisessa

SO ₃ -kaasua on käytetty mineraalikäsittelyssä. Yksinkertainen metallioksidit voidaan muuntaa paljon enemmän liukeneva sulfaatteja käsittelemällä niitä SO ₃ suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa.

Sulfidimineraalit, kuten pyriitti (rautasulfidi), kalkosiini (kuparisulfidi) ja milleriitti (nikkelisulfidi), ovat taloudellisimpia ei-rautametallien lähteitä, joten käsittely SO _{3: lla} mahdollistaa näiden metallien helpon saatavuuden. ja edulliseen hintaan.

Rauta, nikkeli ja kupari sulfidit reagoivat SO ₃ kaasun jopa huoneenlämpötilassa, jolloin muodostuu vastaavat sulfaatit, jotka ovat hyvin liukoisia ja voidaan suorittaa muita prosesseja, jolloin saatiin puhdas metalli.

Eri käyttötarkoituksissa

SO ₃ käytetään valmistettaessa klooririkkihappo, jota kutsutaan myös kloorisulfonihapon HSO ₃ Cl.

Rikkitrioksidi on erittäin voimakas hapetin, jota käytetään räjähteiden valmistuksessa.

riskit

Terveydelle

SO ₃ on erittäin myrkyllinen yhdiste kaikilla reiteillä, toisin sanoen hengitettynä, nieltynä ja joutuessaan iholle.

Ärsyttää ja syövyttää limakalvoja. Ärsyttää ihoa ja silmiä. Sen höyryt ovat erittäin myrkyllisiä hengitettynä. Sisäisiä palovammoja, hengenahdistusta, rintakipua ja keuhkoödeemaa esiintyy.

Rikkitrioksidi SO3 on erittäin syövyttävä ja vaarallinen. Kirjoittaja: OpenIcons. Lähde: Pixabay.

Se on myrkyllistä. Sen nauttiminen aiheuttaa vakavia suun, ruokatorven ja vatsan palovammoja. Lisäksi sen epäillään olevan syöpää aiheuttava.

Tulipalosta tai räjähdyksestä

Se edustaa palovaaraa joutuessaan kosketuksiin orgaanisen alkuperän aineiden, kuten puun, kuitujen, paperin, öljyn, puuvillan, kanssa, etenkin jos ne ovat märät.

On myös vaara, jos joudut kosketukseen emästen tai pelkistimien kanssa. Se yhdistyy veden kanssa räjähtävästi muodostaen rikkihappoa.

Kosketuksessa metallien kanssa voi muodostua vetykaasu H _2, joka on helposti syttyvä.

Kuumentamista lasipurkkeissa tulisi välttää, jotta säiliön mahdollinen räjähdysmäinen repeämä voidaan estää.

Ympäristövaikutus

SO _3: ta pidetään yhtenä maapallon ilmakehän suurimmista epäpuhtauksista. Tämä johtuu sen rooli muodostumista aerosolien ja sen osuus happosade (muodostumisen vuoksi rikkihappoa H ₂ SO ₄).

Hapan sateen vahingoittama metsä Tšekin tasavallassa. Lovecz. Lähde: Wikimedia Commons.

SO ₃ muodostuu ilmakehässä hapettamalla rikkidioksidia SO ₂. Kun SO _{3 on} muodostettu, se reagoi nopeasti veden kanssa muodostaen rikkihappoa H ₂ SO ₄. Viimeaikaisten tutkimusten mukaan on olemassa muita mekanismeja SO ₃: n muuntamiseksi ilmakehässä, mutta ilmakehässä olevan suuren vesimäärän vuoksi katsotaan silti paljon todennäköisemmäksi, että SO ₃ muuttuu pääasiassa H ₂ SO _{4: ksi}.

SO ₃ -kaasua tai sitä sisältävää kaasumaista teollisuusjätettä ei saa päästää ilmakehään, koska se on vaarallinen pilaava aine. Se on erittäin reaktiivinen kaasu ja, kuten edellä mainittiin, kun läsnä on kosteutta ilmassa, SO ₃, jolloin syntyy rikkihappoa H ₂ SO ₄. Näin ollen, ilman, SO ₃ jatkuu muodossa rikkihapon, muodostaen pieniä pisaroita tai aerosoleja.

Jos rikkihappopisäkkeet joutuvat ihmisten tai eläinten hengitysteihin, niiden koko kasvaa nopeasti siellä olevan kosteuden vuoksi, joten heillä on mahdollisuus tunkeutua keuhkoihin. Yksi niistä mekanismeista, joilla happosumun H ₂ SO ₄ (joka on, SO ₃) voi tuottaa voimakas myrkyllisyys on, koska se muuttaa solunulkoisen ja solunsisäisen pH: n elävien organismien (kasvit, eläimet ja ihmiset).

Joidenkin tutkijoiden mukaan SO ₃ -sumu on syynä astmaatikoiden lisääntymiseen Japanin alueella. SO ₃ -sumulla on erittäin syövyttävä vaikutus metalleihin, joten ihmisten rakentamiin metallirakenteisiin, kuten siltoihin ja rakennuksiin, voi kohdistua vakavia vaikutuksia.

Nestemäistä SO _{3: ta} ei tule heittää viemäriin tai viemäriin. Roiskeet viemäreihin voivat aiheuttaa tulipalo- tai räjähdysvaaran. Jos tuotetta on valunut vahingossa, älä ohjaa vesivirtaa tuotteeseen. Sitä ei tule koskaan imeytyä sahanpuruun tai muuhun palavaan imukykyiseen aineeseen, koska se voi aiheuttaa tulipaloja.

Se on imeyttävä kuivaan hiekkaan, kuivaan maahan tai muuhun täysin kuivaan inerttiin imukykyiseen aineeseen. SO _{3: ta} ei saa päästää ympäristöön eikä sen saa koskaan joutua kosketuksiin sen kanssa. Se on pidettävä erillään vesilähteistä, koska tällä se tuottaa rikkihappoa, joka on haitallista vesi- ja maaperäisille organismeille.

Viitteet

1. Sarkar, S. et ai. (2019). Ammoniakin ja veden vaikutus rikkitrioksidin kohtaloon troposfäärissä: rikkihappo- ja rikkihappomuodostumispolkujen teoreettinen tutkimus. J Phys Chem A. 2019; 123 (14): 3131 - 3141. Palautettu osoitteesta ncbi.nlm.nih.gov.
2. Muller, TL (2006). Rikkihappo ja rikkitrioksidi. Kemk-tekniikan Kirk-Othmer-tietosanakirja. Nide 23. Palautettu sivustolta onlinelibrary.wiley.com.
3. Yhdysvaltain lääketieteellinen kirjasto. (2019). Rikkitrioksidi. Palautettu pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
4. Kikuchi, R. (2001). Rikkitrioksidipäästöjen ympäristöasioiden hallinta: SO ₃: n vaikutus ihmisten terveyteen. Environmental Management (2001) 27: 837. Palautettu osoitteesta link.springer.com.
5. Cotton, F. Albert ja Wilkinson, Geoffrey. (1980). Kehittynyt epäorgaaninen kemia. Neljäs painos. John Wiley & Sons.
6. Ismail, MI (1979). Metallien erottaminen sulfideista käyttämällä rikkitrioksidia leijukerroksessa. J. Chem., Tech. Biotechnol. 1979, 29, 361 - 366. Palautettu sivustosta onlinelibrary.wiley.com.