- Uzbūve
- Nomenklatūra
- Fizikālās īpašības
- Fiziskais stāvoklis
- Molekulārais svars
- Kušanas punkts
- Trīskāršs punkts
- Vārīšanās punkts
- Blīvums
- Tvaika spiediens
- Stabilitāte
- Ķīmiskās īpašības
- Iegūšana
- Lietojumprogrammas
- Gatavojot oleumu
- Sulfonēšanas ķīmiskās reakcijās
- Metālu ieguvē
- Dažādiem lietojumiem
- Riski
- Uz veselību
- Ugunsgrēka vai eksplozijas rezultātā
- Vides ietekme
- Atsauces
Sēra trioksīds ir neorganisks savienojums, apvienojoties ar sēra atomu (-iem) un 3 skābekļa atomiem (O) veidojas. Tās molekulārā formula ir SO 3 . Istabas temperatūrā SO 3 ir šķidrums, kas izdala gāzes gaisā.
Gāzveida SO 3 struktūra ir plakana un simetriska. Visi trīs skābekļi vienmērīgi atrodas ap sēru. SO 3 vardarbīgi reaģē ar ūdeni. Reakcija ir eksotermiska, kas nozīmē, ka tiek ražots siltums, citiem vārdiem sakot, tas ļoti sakarst.
Sēra trioksīda molekula SO 3 . Autors: Benjah-bmm27. Avots: Wikimedia Commons.
Kad šķidrais SO 3 atdziest, tas pārvēršas cietā vielā, kurai var būt trīs veidu struktūra: alfa, beta un gamma. Visstabilākā ir alfa, slāņu veidā, kas savienoti, veidojot tīklu.
Gāzveida sēra trioksīdu izmanto kūpošās sērskābes, ko sauc arī par oleumu, pagatavošanai, jo tā atgādina eļļu vai taukainas vielas. Vēl viens no tā būtiski pieteikumiem atrodas sulfonējot organisko savienojumu, kas ir, pievienojot -SO 3 - grupām uz tiem. Tādējādi daudzu citu starpā var sagatavot noderīgas ķīmiskas vielas, piemēram, mazgāšanas līdzekļus, krāsvielas, pesticīdus.
SO 3 ir ļoti bīstams, tas var izraisīt smagus apdegumus, acu un ādas bojājumus. To nedrīkst arī ieelpot vai norīt, jo tas var izraisīt nāvi no iekšējiem apdegumiem, mutē, barības vadā, kuņģī utt.
Šo iemeslu dēļ tas jārīkojas ļoti piesardzīgi. Tas nekad nedrīkst nonākt saskarē ar ūdeni vai degošiem materiāliem, piemēram, koku, papīru, audumiem utt., Jo var rasties ugunsgrēki. Nedrīkst arī no tā atbrīvoties, nedz arī iekļūt kanalizācijā eksplozijas briesmu dēļ.
Gāzveida SO 3, kas rodas rūpnieciskos procesos, nedrīkst izdalīties vidē, jo tas ir viens no tiem, kas ir atbildīgs par skābo lietu, kas jau ir sabojājusi lielas mežu platības pasaulē.
Uzbūve
Sēra trioksīda SO 3 molekulai gāzveida stāvoklī ir trīsstūrveida plakana struktūra.
Tas nozīmē, ka gan sērs, gan trīs skābekļi atrodas vienā plaknē. Turklāt skābekļa un visu elektronu sadalījums ir simetrisks.
Lūisa rezonanses struktūras. Elektroni ir vienmērīgi sadalīti SO 3 . Autors: Marilú Stea.
Cietā stāvoklī ir zināmi trīs SO 3 struktūras veidi : alfa (α-SO 3 ), beta (β-SO 3 ) un gamma (γ-SO 3 ).
Gamma γ-SO 3 forma satur cikliskus trimerus, tas ir, trīs SO 3 vienības, kopā veidojot ciklisku vai gredzenveida molekulu.
Gama tipa cieta sēra trioksīda gredzena formas molekula. Autors: Marilú Stea.
Beta β-SO 3 fāzē ir bezgalīgas SO 4 kompozīcijas tetraedru spirālveida ķēdes .
Beta tipa cietā sēra trioksīda ķēdes struktūra. Autors: Marilú Stea.
Visstabilākā forma ir alfa α-SO 3 , līdzīga beta, bet ar slāņainu struktūru, ar ķēdēm savienojot, lai izveidotu tīklu.
Nomenklatūra
-Sēra trioksīds
-Sēra anhidrīds
-Sēra oksīds
-SO 3 gamma, γ-SO 3
-SO 3 beta, β-SO 3
-SO 3 alfa, α-SO 3
Fizikālās īpašības
Fiziskais stāvoklis
Istabas temperatūrā (ap 25 ºC) un atmosfēras spiedienā SO 3 ir bezkrāsains šķidrums, kas gaisā izdala dūmus.
Kad šķidrais SO 3 25 ° C temperatūrā ir tīrs, tas ir monomēru SO 3 (viena molekula) un trimera (3 savienotas molekulas) maisījums ar formulu S 3 O 9 , ko sauc arī par SO 3 gamma γ-SO 3 .
Pazeminot temperatūru, ja SO 3 ir tīrs, kad tas sasniedz 16,86 ºC, tas sacietē vai sasalst līdz γ-SO 3 , ko sauc arī par “SO 3 ledu ”.
Ja tajā ir neliels daudzums mitruma (pat pēdas vai ārkārtīgi mazs daudzums), SO 3 polimerizējas, veidojot beta β-SO 3, veidojot kristālus ar zīdainu spīdumu.
Pēc tam veidojas vēl saites, veidojot alfa α-SO 3 struktūru , kas ir adatai līdzīga kristāliska cieta viela, kas atgādina azbestu vai azbestu.
Kad alfa un beta saplūst, tie rada gammu.
Molekulārais svars
80,07 g / mol
Kušanas punkts
SO 3 gamma = 16,86 ºC
Trīskāršs punkts
Tā ir temperatūra, kurā atrodas trīs fiziskie stāvokļi: ciets, šķidrs un gāze. Alfa formā trīskāršais punkts ir pie 62,2 ºC, bet beta stāvoklī - pie 32,5 ºC.
Karsējot alfa formu, ir lielāka tendence sublimēties nekā izkausēt. Sublimācija nozīmē pāreju no cietā stāvokļa uz gāzveida stāvokli tieši, neiziet cauri šķidrajam stāvoklim.
Vārīšanās punkts
Visu veidu SO 3 vārās pie 44,8ºC.
Blīvums
Šķidrā SO 3 (gamma) blīvums 20 ºC temperatūrā ir 1,9225 g / cm 3 .
Gāzveida SO 3 blīvums attiecībā pret gaisu ir 2,76 (gaiss = 1), kas norāda, ka tas ir smagāks par gaisu.
Tvaika spiediens
SO 3 alfa = 73 mm Hg pie 25 ºC
SO 3 beta = 344 mm Hg 25 ºC temperatūrā
SO 3 gamma = 433 mm Hg pie 25 ºC
Tas nozīmē, ka gamma formai ir tendence iztvaikot vieglāk nekā beta un beta formai nekā alfa.
Stabilitāte
Alfa forma ir visstabilākā struktūra, pārējās ir metastabilas, tas ir, tās ir mazāk stabilas.
Ķīmiskās īpašības
SO 3 spēcīgi reaģē ar ūdeni, iegūstot sērskābi H 2 SO 4 . Reaģējot, rodas daudz siltuma, lai no maisījuma ātri atbrīvotos ūdens tvaiki.
Saskaroties ar gaisu, SO 3 ātri absorbē mitrumu, izdalot blīvus tvaikus.
Tas ir ļoti spēcīgs dehidrējošs līdzeklis, tas nozīmē, ka tas viegli noņem ūdeni no citiem materiāliem.
Sēram SO 3 ir afinitāte attiecībā uz brīvajiem elektroniem (tas ir, elektroniem, kas neatrodas saitē starp diviem atomiem), tāpēc tai ir tendence veidot kompleksus ar savienojumiem, kuriem tie piemīt, piemēram, piridīnam, trimetilamīnam vai dioksānam.
Komplekss starp sēra trioksīdu un piridīnu. Benjah-bmm27. Avots: Wikimedia Commons.
Veidojot kompleksus, sērs “aizņemas” elektronus no otra savienojuma, lai aizpildītu to trūkumu. Šajos kompleksos joprojām ir pieejams sēra trioksīds, kuru ķīmiskās reakcijās izmanto, lai piegādātu SO 3 .
Tas ir spēcīgs organisko savienojumu sulfonējošs reaģents, kas nozīmē, ka to izmanto, lai viegli pievienotu molekulām grupu –SO 3 .
Tas viegli reaģē ar daudzu metālu oksīdiem, iegūstot šo metālu sulfātus.
Tas ir kodīgs metāliem, dzīvnieku un augu audiem.
SO 3 ir grūti apstrādājams materiāls vairāku iemeslu dēļ: (1) tā viršanas temperatūra ir salīdzinoši zema, (2) tam ir tendence veidot cietus polimērus temperatūrā, kas zemāka par 30 ºC, un (3) tam ir augsta reaģētspēja gandrīz pret visiem organiskās vielas un ūdens.
Var sprādzienbīstami polimerizēties, ja tajā nav stabilizatora un tajā ir mitrums. Par stabilizatoriem izmanto dimetilsulfātu vai bora oksīdu.
Iegūšana
To iegūst, reaģējot 400 ° C temperatūrā starp sēra dioksīdu SO 2 un molekulāro skābekli O 2 . Tomēr reakcija notiek ļoti lēni, un, lai palielinātu reakcijas ātrumu, nepieciešami katalizatori.
2 SO 2 + O 2 ⇔ 2 SO 3
Starp savienojumiem, kas paātrina šo reakciju, ir platīna metāla Pt, vanādija pentoksīds V 2 O 5 , dzelzs oksīds Fe 2 O 3 un slāpekļa oksīds NO.
Lietojumprogrammas
Gatavojot oleumu
Viens no galvenajiem pielietojumiem ir oleuma vai kūpošās sērskābes pagatavošana, ko sauc par tāpēc, ka tā izdala tvaikus, kas redzami ar neapbruņotu aci. Lai to iegūtu, SO 3 absorbē koncentrētā sērskābē H 2 SO 4 .
Oleum vai kūpoša sērskābe. Jūs varat redzēt, ka no pudeles iznāk balti dūmi. W. Oelen. Avots: Wikimedia Commons.
Tas tiek darīts īpašos nerūsējošā tērauda torņos, kur koncentrētā sērskābe (kas ir šķidra) pazeminās un gāzveida SO 3 paaugstinās.
Šķidrums un gāze nonāk saskarē un nonāk kopā, veidojot oleumu, kas ir eļļaina izskata šķidrums. Tajā ir H 2 SO 4 un SO 3 maisījums , bet tajā ir arī sērskābes H 2 S 2 O 7 un trīs sērskābes H 2 S 3 O 10 molekulas .
Sulfonēšanas ķīmiskās reakcijās
Sulfonēšana ir galvenais process plaša mēroga rūpnieciskos lietojumos mazgāšanas līdzekļu, virsmaktīvo vielu, krāsvielu, pesticīdu un farmaceitisko produktu ražošanā.
SO 3 kalpo kā sulfurējot līdzekli, lai sagatavotu sulfonated eļļas un alkil-aril-sulfonated mazgāšanas līdzekļus, starp daudziem citiem savienojumiem. Tālāk parādīta aromātiskā savienojuma sulfonēšanas reakcija:
ArH + SO 3 → ArSO 3 H
Benzola sulfurēšana ar SO 3 . Pedro8410. Avots: Wikimedia Commons.
Sulfonēšanas reakcijās oleumu vai SO 3 var izmantot kompleksu formā ar citu starpā piridīnu vai trimetilaminu.
Metālu ieguvē
SO 3 gāze ir izmantota minerālu apstrādē. Vienkāršus metālu oksīdus var pārveidot par daudz šķīstošākiem sulfātiem, apstrādājot tos ar SO 3 salīdzinoši zemā temperatūrā.
Sulfīda minerāli, piemēram, pirīts (dzelzs sulfīds), halkozīns (vara sulfīds) un millerīts (niķeļa sulfīds), ir ekonomiski izdevīgākie krāsaino metālu avoti, tāpēc apstrāde ar SO 3 ļauj šos metālus viegli iegūt. un par zemām izmaksām.
Dzelzs, niķeļa un vara sulfīdi reaģē ar SO 3 gāzi pat istabas temperatūrā, veidojot attiecīgos sulfātus, kas ir ļoti labi šķīstoši un kurus var pakļaut citiem procesiem, lai iegūtu tīru metālu.
Dažādiem lietojumiem
SO 3 tiek izmantots, lai pagatavotu hlorsērskābi, ko sauc arī par hlorsulfonskābi HSO 3 Cl.
Sēra trioksīds ir ļoti spēcīgs oksidētājs, un to izmanto sprāgstvielu ražošanā.
Riski
Uz veselību
SO 3 ir ļoti toksisks savienojums visos veidos, tas ir, ieelpojot, norijot un nonākot saskarē ar ādu.
Kairina un kodina gļotādas. Izraisa ādas un acu apdegumus. Tās tvaiki ir ļoti toksiski, ieelpojot. Ir iekšēji apdegumi, elpas trūkums, sāpes krūtīs un plaušu tūska.
Sēra trioksīds SO3 ir ļoti kodīgs un bīstams. Autors: OpenIcons. Avots: Pixabay.
Tas ir indīgs. Tās norīšana rada smagus mutes, barības vada un kuņģa apdegumus. Turklāt tiek uzskatīts, ka tas ir kancerogēns.
Ugunsgrēka vai eksplozijas rezultātā
Tas rada ugunsbīstamību, nonākot saskarē ar organiskas izcelsmes materiāliem, piemēram, koku, šķiedrām, papīru, eļļu, kokvilnu, it īpaši, ja tie ir mitri.
Pastāv arī risks, nonākot saskarē ar bāzēm vai reducējošām vielām. Tas sprādzienbīstami apvienojas ar ūdeni, veidojot sērskābi.
Saskaroties ar metāliem, var veidoties ūdeņraža gāze H 2, kas ir viegli uzliesmojoša.
Jāizvairās no sildīšanas stikla burkās, lai novērstu iespējamu trauka plīsumu.
Vides ietekme
SO 3 tiek uzskatīts par vienu no galvenajiem zemes atmosfērā esošajiem piesārņotājiem. Tas ir saistīts ar tā lomu aerosolu veidošanā un ieguldījumu skābā lietū (sakarā ar sērskābes H 2 SO 4 veidošanos ).
Skābo lietus bojātais mežs Čehijā. Lovecz. Avots: Wikimedia Commons.
SO 3 atmosfērā veidojas, oksidējot sēra dioksīdu SO 2 . Kad veidojas SO 3 , tas ātri reaģē ar ūdeni, veidojot sērskābi H 2 SO 4 . Saskaņā ar jaunākajiem pētījumiem ir arī citi mehānismi SO 3 pārveidošanai atmosfērā, taču atmosfērā esošā lielā ūdens daudzuma dēļ joprojām tiek uzskatīts, ka SO 3 galvenokārt pārvēršas par H 2 SO 4 .
SO 3 gāzi vai gāzveida rūpnieciskos atkritumus, kas to satur, nedrīkst izvadīt atmosfērā, jo tas ir bīstams piesārņotājs. Tā ir ļoti reaģējoša gāze, un, kā minēts iepriekš, gaisa mitruma klātbūtnē SO 3 kļūst par sērskābi H 2 SO 4 . Tāpēc gaisā SO 3 saglabājas sērskābes formā, veidojot mazus pilienus vai aerosolus.
Ja sērskābes pilieni nonāk cilvēku vai dzīvnieku elpceļos, tur esošā mitruma dēļ tie strauji aug, tāpēc viņiem ir iespēja iekļūt plaušās. Viens no mehānismiem, kā H 2 SO 4 (tas ir, SO 3 ) skābā migla var izraisīt spēcīgu toksicitāti, ir tāpēc, ka tas maina dzīvo organismu (augi, dzīvnieki un cilvēki) ārpusšūnu un intracelulāro pH līmeni.
Pēc dažu pētnieku domām, SO 3 migla ir iemesls astmas pieaugumam Japānas apgabalā. SO 3 miglai ir ļoti kodīga iedarbība uz metāliem, tāpēc var tikt nopietni ietekmētas cilvēku uzceltas metāla konstrukcijas, piemēram, daži tilti un ēkas.
Šķidro SO 3 nedrīkst izmest notekūdeņu kanalizācijā vai kanalizācijā. Ja tas ir izlijis kanalizācijā, tas var radīt ugunsgrēka vai eksplozijas draudus. Ja nejauši izlijis, nevērsiet ūdens strūklu pie izstrādājuma. To nekad nedrīkst absorbēt zāģu skaidās vai citā degošā absorbētājā, jo tas var izraisīt ugunsgrēku.
Tas jāabsorbē sausās smiltīs, sausā zemē vai citā pilnīgi sausā inertajā absorbētājā. SO 3 nedrīkst izlaist vidē, un nekādā gadījumā nedrīkst ļaut tam nonākt saskarē. To vajadzētu turēt prom no ūdens avotiem, jo tādējādi tas rada sērskābi, kas ir kaitīga ūdens un sauszemes organismiem.
Atsauces
- Sarkar, S. et al. (2019. gads). Amonjaka un ūdens ietekme uz sēra trioksīda likteni troposfērā: sulfamīnskābes un sērskābes veidošanās ceļu teorētiskā izpēte. J Phys Chem A. 2019; 123 (14): 3131-3141. Atgūts no ncbi.nlm.nih.gov.
- Mullers, TL (2006). Sērskābe un sēra trioksīds. Kirk-Othmer ķīmisko tehnoloģiju enciklopēdija. 23. sējums. Atgūts no vietnes onlinelibrary.wiley.com.
- ASV Nacionālā medicīnas bibliotēka. (2019. gads). Sēra trioksīds. Atgūts no pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
- Kikuchi, R. (2001). Sēra trioksīda emisijas vides pārvaldība: SO 3 ietekme uz cilvēku veselību. Vides pārvaldība (2001) 27: 837. Atgūts no saites.springer.com.
- Kokvilna, F. Alberts un Vilkinsons, Džefrijs. (1980). Uzlabotā neorganiskā ķīmija. Ceturtais izdevums. Džons Vilijs un dēli.
- Ismaila, MI (1979). Metālu ieguve no sulfīdiem, izmantojot sēra trioksīdu fluidizētā gultnē. J. Chem., Biotechnol. 1979, 29, 361-366. Atgūts no onlinelibrary.wiley.com.