Триоксид серы
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК Триоксид серы | |
| Систематическое название ИЮПАК Сульфонилиденоксидан | |
| Другие имена Серный ангидрид, оксид серы(VI) | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) |
|
| ЧЭБИ | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.028.361 |
| Номер ЕС |
|
| 1448 | |
ПабХим CID | |
| номер РТЭКС |
|
| НЕКОТОРЫЙ | |
| Число | И 1829 г. |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| SOSO3 | |
| Молярная масса | 80,066 г/моль |
| Появление | Кристаллическое вещество от бесцветного до белого цвета, дымящее на воздухе. [2] Бесцветная жидкость и газ. [3] |
| Запах | Варьируется. Пар острый; как диоксид серы. [4] Туман не имеет запаха. [3] |
| Плотность | 1,92 г/см 3 , жидкость |
| Температура плавления | 16,9 ° C (62,4 ° F; 290,0 К) |
| Точка кипения | 45 ° C (113 ° F; 318 К) |
| Реагирует с образованием серной кислоты | |
| Термохимия | |
Стандартный моляр энтропия ( S ⦵ 298 ) | 256,77 Дж.К. −1 моль −1 |
Стандартная энтальпия образование (Δ f H ⦵ 298 ) | −395,7 кДж/моль |
| Опасности | |
| Безопасность и гигиена труда (OHS/OSH): | |
Основные опасности | Высококоррозионный, чрезвычайно сильный обезвоживающий агент. |
| СГС Маркировка : | |
  | |
| Опасность | |
| Х314 , Х335 | |
| П261 , П280 , П305+П351+П338 , П310 [5] | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| точка возгорания | Невоспламеняющийся |
| Летальная доза или концентрация (LD, LC): | |
ЛК 50 ( средняя концентрация ) | крыса, 4 часа 375 мг/м 3 [ нужна ссылка ] |
| Паспорт безопасности (SDS) | КМГС 1202 |
| Родственные соединения | |
Другие катионы | Триоксид селена Триоксид теллура Триоксид полония |
| Оксид серы Диоксид серы | |
Родственные соединения | Серная кислота |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Триоксид серы (альтернативное написание триоксид серы , также известный как ниссо сульфан ) представляет собой химическое соединение с формулой SO 3 . Его описывают как «несомненно самый [экономически] важный оксид серы». [1] Его получают в промышленных масштабах как прекурсор серной кислоты .
Триоксид серы существует в нескольких формах: газообразный мономер, кристаллический тример и твердый полимер. Триоксид серы представляет собой твердое вещество при температуре чуть ниже комнатной с относительно узким диапазоном жидкости. Газообразный SO 3 является основным предшественником кислотных дождей . [6]
Молекулярная структура и связь
[ редактировать ]Мономер
[ редактировать ]Молекула SO 3 тригонально -плоская . Как предсказывает теория VSEPR , его структура принадлежит D3h точечной группе . Атом серы имеет степень окисления +6, и ему может быть присвоено формальное значение заряда от 0 (если предполагается, что все три связи сера-кислород являются двойными связями) или до +2 (если правило октетов) предполагается . ). [7] Когда формальный заряд отличен от нуля, предполагается, что SO-связь делокализована. В любом случае длины трех связей SO равны друг другу и составляют 1,42 Å. [1] Электрический дипольный момент газообразного триоксида серы равен нулю.
Тример
[ редактировать ]И жидкие, и газообразные [8] SO 3 существует в равновесии между мономером и циклическим тримером. Природа твердого SO 3 сложна, и известны по меньшей мере три полиморфные модификации , конверсия между которыми зависит от следов воды. [9]
Абсолютно чистый SO 3 замерзает при 16,8°C с образованием формы γ -SO 3 , которая принимает конфигурацию циклического тримера [S(=O) 2 ( μ -O)] 3 . [10] [1]
Полимер
[ редактировать ]
Если SO 3 конденсируется выше 27 °С, то образуется α -SO 3 , температура плавления которого составляет 62,3 °С. α -SO 3 имеет волокнистый вид. Структурно это полимер [S(=O) 2 ( μ -O)] n . Каждый конец полимера имеет на конце ОН-группы. [1] β -SO 3 , как и альфа-форма, является волокнистым, но с другой молекулярной массой, состоит из полимера с гидроксильными группами, но плавится при 32,5 °C. И гамма-, и бета-формы метастабильны и в конечном итоге превращаются в стабильную альфа-форму, если оставить их стоять на достаточное время. Это преобразование вызвано следами воды. [11]
Относительное давление паров твердого SO 3 составляет альфа < бета < гамма при одинаковых температурах, что указывает на их относительную молекулярную массу . Жидкий триоксид серы имеет давление паров, соответствующее гамма-форме. Таким образом, нагрев кристалла α -SO 3 до температуры плавления приводит к внезапному увеличению давления пара, которое может быть достаточно сильным, чтобы разрушить стеклянный сосуд, в котором он нагревается. Этот эффект известен как «альфа-взрыв». [11]
Химические реакции
[ редактировать ]Триоксид серы вступает во множество реакций. [1]
Гидратация и гидрофторирование
[ редактировать ]SO 3 представляет собой ангидрид H 2 SO 4 . Таким образом, он подвержен гидратации:
Газообразный триоксид серы обильно дымит даже в относительно сухой атмосфере вследствие образования тумана серной кислоты.SO 3 агрессивно гигроскопичен . Теплоты гидратации достаточно, чтобы смеси SO 3 и дерева или хлопка могли воспламениться. В таких случаях SO 3 обезвоживает эти углеводы . [11]
Подобно поведению H 2 O, присоединение фтористого водорода дает сернофтористую кислоту :
- SO3 → + FSO3H HF
Деоксигенация
[ редактировать ]SO 3 реагирует с пятиокисью азота с образованием нитрониевой соли пиросульфата:
- 2 SO 3 + N 2 O 5 → [NO 2 ] 2 S 2 O 7
окислитель
[ редактировать ]Триоксид серы является окислителем. Окисляет дихлорид серы до тионилхлорида .
- SO3 + SCl2 → SOCl2 + SO2
кислота Льюиса
[ редактировать ]SO 3 представляет собой сильную кислоту Льюиса, легко образующую аддукты с основаниями Льюиса. [13] С пиридином он дает пиридиновый комплекс триоксида серы . Родственные аддукты образуются из диоксана и триметиламина .
Сульфонирующий агент
[ редактировать ]Триоксид серы является сильным сульфирующим агентом , т.е. он присоединяет группы SO 3 к субстратам. Часто субстраты являются органическими, как при ароматическом сульфировании . [14] Для активированных субстратов эффективными сульфирующими агентами являются аддукты триоксида серы на основе Льюиса. [15]
Подготовка
[ редактировать ]Прямое окисление диоксида серы до триоксида серы на воздухе протекает очень медленно:
- SO2 + 1 ⁄ 2 O 2 → SO 3 (Δ H = −198,4 кДж/моль)
Промышленный
[ редактировать ]В промышленности SO 3 производится контактным способом . Диоксид серы получают путем сжигания серы или железного пирита (сульфидной руды железа). После очистки электростатическим осаждением SO 2 затем окисляется кислородом воздуха при температуре от 400 до 600°C над катализатором. Типичный катализатор состоит из пятиокиси ванадия (V 2 O 5 ), активированной оксидом калия K 2 O на кизельгуре или кремнеземном носителе. Платина также работает очень хорошо, но она слишком дорога и гораздо легче отравляется (делается неэффективной) примесями. [16] Большая часть триоксида серы, полученного таким способом, превращается в серную кислоту .
Лаборатория
[ редактировать ]Триоксид серы можно получить в лаборатории двухстадийным пиролизом бисульфата натрия . Пиросульфат натрия является промежуточным продуктом: [17]
- Дегидратация при 315 °C:
- 2 NaHSO 4 → Na 2 S 2 O 7 + H 2 O
- Крекинг при 460 °C:
- Na 2 S 2 O 7 → Na 2 SO 4 + SO 3
Последнее происходит при гораздо более низких температурах (45–60 °С) в присутствии каталитического H 2 SO 4 . [18] Напротив, KHSO 4 претерпевает те же реакции при более высокой температуре. [17]
Другой двухэтапный метод, включающий пиролиз соли, начинается с концентрированной серной кислоты и безводного тетрахлорида олова:
- Реакция тетрахлорида олова и серной кислоты в молярном соотношении 1:2 при температуре, близкой к температуре кипения (114 °C):
- SnCl 4 + 2 H 2 SO 4 → Sn(SO 4 ) 2 + 4 HCl
- Пиролиз безводного сульфата олова(IV) при 150–200 °С:
- Sn(SO 4 ) 2 → SnO 2 + 2 SO 3
Преимущество этого метода перед методом с использованием бисульфата натрия состоит в том, что он требует гораздо более низких температур и может быть выполнен с использованием обычной боросиликатной лабораторной посуды без риска разбиения. Недостатком является то, что при этом образуются значительные количества газообразного хлористого водорода, который также необходимо улавливать.
SO 3 также можно получить путем дегидратации серной кислоты пятиокисью фосфора . [19]
Приложения
[ редактировать ]Триоксид серы является реагентом в реакциях сульфирования . Диметилсульфат получают в промышленных масштабах реакцией диметилового эфира с триоксидом серы : [20]
- CH 3 OCH 3 + SO 3 → (CH 3 ) 2 SO 4
Эфиры сульфатов используются в качестве моющих средств , красителей и фармацевтических препаратов . Триоксид серы образуется на месте из серной кислоты или используется в виде раствора в кислоте.
Стабилизированный B 2 O 3 триоксид серы продавался компанией Baker & Adamson под торговой маркой « Сульфан » в 20 веке. [21]
Безопасность
[ редактировать ]Триоксид серы не только является окислителем, но и обладает высокой коррозионной активностью. Он бурно реагирует с водой с образованием очень агрессивной серной кислоты.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . стр. 703–704. ISBN 978-0-08-037941-8 .
- ^ «ТРИОКСИД СЕРЫ КАМЕО Кемикалс НОАА» . Cameochemicals.noaa.gov .
- ^ Jump up to: а б Лернер, Л. (2011). Малотоннажный синтез лабораторных реагентов с моделированием реакций . ЦРК Пресс. п. 10. ISBN 9781439813133 . LCCN 2010038460 .
- ^ «Вещество: Триоксид серы — Learn Chemistry Wiki» . Rsc.org .
- ^ «Триоксид серы 227692» (PDF) . СО3 . Архивировано из оригинала 01 сентября 2020 г. Проверено 1 сентября 2020 г.
- ^ Томас Лёртинг ; Клаус Р. Лидл (2000). «К устранению расхождений между теорией и экспериментом: Константа скорости атмосферной конверсии SO 3 в H 2 SO 4 » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (16): 8874–8878. Бибкод : 2000PNAS...97.8874L . дои : 10.1073/pnas.97.16.8874 . ПМК 16788 . ПМИД 10922048 .
- ^ Хаускрофт, Кэтрин Э.; Шарп, Алан Г. (2012). Неорганическая химия (4-е изд.). Эссекс, Англия: Пирсон. п. 575.
- ^ Лавджой, RW; Колвелл, Дж. Х.; Эггерс, Д.Ф.; Хэлси, Джорджия (февраль 1962 г.). «Инфракрасный спектр и термодинамические свойства газообразного триоксида серы». Журнал химической физики . 36 (3): 612–617. Бибкод : 1962ЖЧФ..36..612Л . дои : 10.1063/1.1732581 .
- ^ Холлеман, Арнольд Фредерик; Виберг, Эгон (2001), Виберг, Нильс (ред.), Неорганическая химия , перевод Иглсона, Мэри; Брюэр, Уильям, Сан-Диего/Берлин: Academic Press/De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5
- ^ Вестрик, Р.; Мак Гиллаври, CH (1941). «Кристаллическая структура льдоподобной формы триоксида серы (γ-модификация)». Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas . 60 (11): 794–810. дои : 10.1002/recl.19410601102 .
- ^ Jump up to: а б с Индекс химических веществ и лекарств Merck , 9-е изд. монография 8775
- ^ «Производство серной кислоты и суперфосфата» (PDF) . Химические процессы в Новой Зеландии. Архивировано из оригинала (PDF) 27 января 2018 г. Проверено 22 апреля 2016 г.
- ^ Коттон, Ф. Альберт ; Уилкинсон, Джеффри ; Мурильо, Карлос А.; Бохманн, Манфред (1999), Передовая неорганическая химия (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5
- ^ Вейль, Дж. К.; Бистлайн-младший, Р.Г.; Стиртон, Эй Джей (1956). «α-сульфопальмитиновая кислота». Органические синтезы . 36 : 83. дои : 10.15227/orgsyn.036.0083 .
- ^ Рондестведт-младший, Кристиан С.; Бордвелл, Ф.Г. (1954). «β-стиролсульфонат натрия и β-стиролсульфонилхлорид». Органические синтезы . 34 : 85. дои : 10.15227/orgsyn.034.0085 .
- ^ Герман Мюллер «Серная кислота и триоксид серы» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана , Wiley-VCH, Вайнхайм. 2000 г. два : 10.1002/14356007.a25_635
- ^ Jump up to: а б К. Дж. де Врис; П. Дж. Геллингс (май 1969 г.). «Термическое разложение пиросульфатов калия и натрия» . Журнал неорганической и ядерной химии . 31 (5): 1307–1313. дои : 10.1016/0022-1902(69)80241-1 .
- ^ ГаражХимик. «Приготовление триоксида серы и олеума» (PDF) . стр. 1–2.
- ^ «Как сделать триоксид серы — YouTube» . www.youtube.com . Проверено 1 сентября 2020 г.
- ^ Вайзенбергер, Карл; Майер, Дитер; Сэндлер, Стэнли Р. (2000). «Диалкилсульфаты и алкилсерные кислоты». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a08_493 . ISBN 978-3-527-30385-4 .
- ^ Хабаши, Фатхи; Дагдейл, Рэймонд (июнь 1973 г.) [1972-11-06]. «Действие триоксида серы на халькопирит» . Металлургические и сырьевые операции . Б-4 (6): 1553–1556. Бибкод : 1973MT......4.1553H . дои : 10.1007/BF02668007 . S2CID 93744787 . п. 1553:
Использовался триоксид серы в виде чистой бесцветной жидкости SO3, продаваемой Бейкером и Адамсоном под торговым названием Sulfan.
Источники
[ редактировать ]| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|