- Estrutura
- Nomenclatura
- Propriedades físicas
- Estado físico
- Peso molecular
- Ponto de fusão
- Ponto Triplo
- Ponto de ebulição
- Densidade
- Pressão de vapor
- Estabilidade
- Propriedades quimicas
- Obtendo
- Formulários
- Na preparação de oleum
- Em reações químicas de sulfonação
- Na extração de metais
- Em vários usos
- Riscos
- Para a saúde
- De incêndio ou explosão
- Impacto ambiental
- Referências
O trióxido de enxofre é um composto inorgânico formado pela união de um átomo de enxofre (S) e 3 átomos de oxigênio (O). Sua fórmula molecular é SO 3. À temperatura ambiente, o SO 3 é um líquido que libera gases no ar.
A estrutura do SO 3 gasoso é plana e simétrica. Todos os três oxigênios estão localizados uniformemente em torno do enxofre. SO 3 reage violentamente com a água. A reação é exotérmica, o que significa que é produzido calor, ou seja, fica muito quente.
Molécula de trióxido de enxofre SO 3. Autor: Benjah-bmm27. Fonte: Wikimedia Commons.
Quando o SO 3 líquido esfria, ele se transforma em um sólido que pode ter três tipos de estrutura: alfa, beta e gama. O mais estável é o alfa, na forma de camadas unidas para formar uma rede.
O trióxido de enxofre gasoso é usado para preparar ácido sulfúrico fumante, também chamado de oleum, por causa de sua semelhança com óleo ou substâncias oleosas. Outra de suas importantes aplicações é na sulfonação de compostos orgânicos, ou seja, na adição de grupos -SO 3 - a eles. Assim, produtos químicos úteis como detergentes, corantes, pesticidas, entre muitos outros, podem ser preparados.
O SO 3 é muito perigoso, pode causar queimaduras graves, danos aos olhos e à pele. Também não deve ser inalado ou ingerido, pois pode causar morte por queimaduras internas, na boca, esôfago, estômago, etc.
Por essas razões, deve ser tratado com muito cuidado. Nunca deve entrar em contato com água ou materiais combustíveis como madeira, papel, tecidos, etc., pois podem ocorrer incêndios. Não deve ser eliminado nem deve entrar na canalização devido ao perigo de explosão.
O SO 3 gasoso gerado nos processos industriais não deve ser lançado no meio ambiente, pois é um dos responsáveis pela chuva ácida que já danificou grandes áreas de florestas no mundo.
Estrutura
A molécula de trióxido de enxofre SO 3 no estado gasoso tem uma estrutura plana triangular.
Isso significa que o enxofre e os três oxigênios estão no mesmo plano. Além disso, a distribuição de oxigênios e de todos os elétrons é simétrica.
Estruturas de ressonância de Lewis. Os elétrons são distribuídos uniformemente no SO 3. Autor: Marilú Stea.
No estado sólido três tipos de estrutura de SO 3 são conhecidos: alfa (α-SO 3), beta (β-SO 3) e gama (γ-SO 3).
A forma gama γ-SO 3 contém trímeros cíclicos, ou seja, três unidades de SO 3 juntas formando uma molécula cíclica ou em forma de anel.
Molécula em forma de anel de trióxido de enxofre sólido do tipo gama. Autor: Marilú Stea.
A fase beta β-SO 3 possui infinitas cadeias helicoidais de tetraedros de composição SO 4 ligados entre si.
Estrutura de uma cadeia de trióxido de enxofre sólido do tipo beta. Autor: Marilú Stea.
A forma mais estável é alfa α-SO 3, semelhante ao beta, mas com uma estrutura em camadas, com as cadeias unidas para formar uma rede.
Nomenclatura
- Trióxido de enxofre
-Anidrido sulfúrico
-Óxido sulfúrico
-SO 3 gama, γ-SO 3
-SO 3 beta, β-SO 3
-SO 3 alfa, α-SO 3
Propriedades físicas
Estado físico
Em temperatura ambiente (em torno de 25 ºC) e pressão atmosférica, o SO 3 é um líquido incolor que emite fumaça no ar.
Quando o SO 3 líquido é puro a 25 ºC é uma mistura de SO 3 monomérico (uma única molécula) e trimérico (3 moléculas unidas) da fórmula S 3 O 9, também chamada de SO 3 gama γ-SO 3.
Ao baixar a temperatura, se o SO 3 for puro ao atingir 16,86 ºC, se solidifica ou congela em γ-SO 3, também chamado de “SO 3 gelo ”.
Se contiver pequenas quantidades de umidade (mesmo traços ou quantidades extremamente pequenas), o SO 3 polimeriza na forma beta β-SO 3 que forma cristais com brilho sedoso.
Em seguida, mais ligações são formadas gerando a estrutura alfa α-SO 3, que é um sólido cristalino em forma de agulha que se assemelha ao amianto ou amianto.
Quando alfa e beta se fundem, eles geram gama.
Peso molecular
80,07 g / mol
Ponto de fusão
SO 3 gama = 16,86 ºC
Ponto Triplo
É a temperatura na qual os três estados físicos estão presentes: sólido, líquido e gasoso. Na forma alfa, o ponto triplo está a 62,2 ºC e na beta está a 32,5 ºC.
O aquecimento da forma alfa tem uma tendência maior de sublimar do que de derreter. Sublimar significa ir do estado sólido ao gasoso diretamente, sem passar pelo estado líquido.
Ponto de ebulição
Todas as formas de SO 3 fervem a 44,8ºC.
Densidade
O SO 3 líquido (gama) tem densidade de 1,9225 g / cm 3 a 20 ºC.
O SO 3 gasoso tem densidade de 2,76 em relação ao ar (ar = 1), o que indica que é mais pesado que o ar.
Pressão de vapor
SO 3 alfa = 73 mm Hg a 25 ºC
SO 3 beta = 344 mm Hg a 25 ºC
SO 3 gama = 433 mm Hg a 25 ºC
Isso significa que a forma gama tende a evaporar mais facilmente do que a forma beta e beta do que a alfa.
Estabilidade
A forma alfa é a estrutura mais estável, as outras são metaestáveis, ou seja, são menos estáveis.
Propriedades quimicas
SO 3 reage vigorosamente com água para dar ácido sulfúrico H 2 SO 4. Ao reagir, muito calor é produzido para que o vapor d'água seja rapidamente liberado da mistura.
Quando exposto ao ar, o SO 3 absorve umidade rapidamente, emitindo vapores densos.
É um desidratante muito forte, o que significa que remove facilmente a água de outros materiais.
O enxofre no SO 3 tem afinidade por elétrons livres (ou seja, elétrons que não estão em uma ligação entre dois átomos), portanto, tende a formar complexos com compostos que os possuem, como piridina, trimetilamina ou dioxano.
Complexo entre trióxido de enxofre e piridina. Benjah-bmm27. Fonte: Wikimedia Commons.
Ao formar complexos, o enxofre “pega” elétrons de outro composto para preencher a falta deles. O trióxido de enxofre ainda está disponível nesses complexos, que são usados em reações químicas para fornecer SO 3.
É um poderoso reagente sulfonante para compostos orgânicos, o que significa que é utilizado para adicionar facilmente um grupo - SO 3 - às moléculas.
Ele reage facilmente com os óxidos de muitos metais para dar sulfatos desses metais.
É corrosivo para metais, tecidos animais e vegetais.
SO 3 é um material difícil de manusear por vários motivos: (1) seu ponto de ebulição é relativamente baixo, (2) tem tendência a formar polímeros sólidos a temperaturas abaixo de 30 ºC e (3) tem uma alta reatividade para quase todos substâncias orgânicas e água.
Pode polimerizar explosivamente se não contiver um estabilizador e houver umidade. Dimetilsulfato ou óxido de boro são usados como estabilizadores.
Obtendo
É obtido pela reação a 400 ºC entre o dióxido de enxofre SO 2 e o oxigênio molecular O 2. No entanto, a reação é muito lenta e os catalisadores são necessários para aumentar a taxa da reação.
2 SO 2 + O 2 ⇔ 2 SO 3
Entre os compostos que aceleram essa reação estão a platina metálica Pt, pentóxido de vanádio V 2 O 5, óxido férrico Fe 2 O 3 e óxido nítrico NO.
Formulários
Na preparação de oleum
Uma de suas principais aplicações consiste na preparação de oleum ou ácido sulfúrico fumante, assim denominado por emitir vapores visíveis a olho nu. Para obtê-lo, o SO 3 é absorvido em ácido sulfúrico concentrado H 2 SO 4.
Oleum ou ácido sulfúrico fumante. Você pode ver a fumaça branca saindo da garrafa. W. Oelen. Fonte: Wikimedia Commons.
Isso é feito em torres de aço inoxidável especial onde o ácido sulfúrico concentrado (que é líquido) desce e o SO 3 gasoso sobe.
O líquido e o gás entram em contato e se unem, formando o oleum, que é um líquido de aparência oleosa. Possui uma mistura de H 2 SO 4 e SO 3, mas também contém moléculas de ácido dissulfúrico H 2 S 2 O 7 e ácido trissulfúrico H 2 S 3 O 10.
Em reações químicas de sulfonação
A sulfonação é um processo chave em aplicações industriais em grande escala para a fabricação de detergentes, surfactantes, corantes, pesticidas e produtos farmacêuticos.
SO 3 serve como um agente de sulfonação para preparar óleos sulfonados e detergentes alquil-aril-sulfonados, entre muitos outros compostos. O seguinte mostra a reação de sulfonação de um composto aromático:
ArH + SO 3 → ArSO 3 H
Sulfonação de benzeno com SO 3. Pedro8410. Fonte: Wikimedia Commons.
Para as reações de sulfonação, oleum ou SO 3 podem ser utilizados na forma de seus complexos com piridina ou com trimetilamina, entre outros.
Na extração de metais
O gás SO 3 tem sido usado no tratamento de minerais. Os óxidos simples de metais podem ser convertidos em sulfatos muito mais solúveis tratando-os com SO 3 a temperaturas relativamente baixas.
Minerais de sulfeto como pirita (sulfeto de ferro), calcosina (sulfeto de cobre) e milerita (sulfeto de níquel) são as fontes mais econômicas de metais não ferrosos, portanto, o tratamento com SO 3 permite que esses metais sejam facilmente obtidos. e com baixo custo.
Os sulfuretos de ferro, níquel e cobre reagem com o gás SO 3 mesmo à temperatura ambiente, formando os respectivos sulfatos, que são muito solúveis e podem ser submetidos a outros processos para a obtenção do metal puro.
Em vários usos
SO 3 é usado para preparar ácido clorossulfúrico, também chamado de ácido clorossulfônico HSO 3 Cl.
O trióxido de enxofre é um oxidante muito poderoso e é usado na fabricação de explosivos.
Riscos
Para a saúde
O SO 3 é um composto altamente tóxico por todas as vias, ou seja, inalação, ingestão e contato com a pele.
Membranas mucosas irritantes e corrosivas. Causa queimaduras na pele e nos olhos. Seus vapores são muito tóxicos quando inalados. Ocorrem queimaduras internas, falta de ar, dor no peito e edema pulmonar.
O trióxido de enxofre SO3 é muito corrosivo e perigoso. Autor: OpenIcons. Fonte: Pixabay.
É venenoso. Sua ingestão provoca queimaduras graves na boca, esôfago e estômago. Além disso, é suspeito de ser cancerígeno.
De incêndio ou explosão
Representa risco de incêndio quando em contato com materiais de origem orgânica como madeira, fibras, papel, óleo, algodão, entre outros, principalmente se estiverem úmidos.
Também existe o risco de entrar em contacto com bases ou agentes redutores. Combina-se com a água de forma explosiva, formando ácido sulfúrico.
O contato com metais pode produzir gás hidrogênio H 2, que é altamente inflamável.
O aquecimento em potes de vidro deve ser evitado para prevenir possível ruptura violenta do recipiente.
Impacto ambiental
O SO 3 é considerado um dos principais poluentes presentes na atmosfera terrestre. Isso se deve ao seu papel na formação de aerossóis e sua contribuição para a chuva ácida (devido à formação do ácido sulfúrico H 2 SO 4).
Floresta danificada pela chuva ácida na República Tcheca. Lovecz. Fonte: Wikimedia Commons.
O SO 3 é formado na atmosfera pela oxidação do dióxido de enxofre SO 2. Quando o SO 3 é formado, ele reage rapidamente com a água para formar o ácido sulfúrico H 2 SO 4. Segundo estudos recentes, existem outros mecanismos de transformação do SO 3 na atmosfera, mas devido à grande quantidade de água presente na atmosfera, ainda é considerado muito mais provável que o SO 3 se transforme principalmente em H 2 SO 4.
O gás SO 3 ou os resíduos industriais gasosos que o contêm não devem ser despejados na atmosfera, pois é um poluente perigoso. É um gás altamente reativo e, como mencionado acima, na presença de umidade no ar, o SO 3 transforma-se em ácido sulfúrico H 2 SO 4. Portanto, no ar, o SO 3 persiste na forma de ácido sulfúrico, formando pequenas gotículas ou aerossóis.
Se as gotículas de ácido sulfúrico entrarem no trato respiratório de humanos ou animais, elas aumentam rapidamente de tamanho devido à umidade presente, de modo que têm a chance de penetrar nos pulmões. Um dos mecanismos pelos quais a névoa ácida de H 2 SO 4 (ou seja, SO 3) pode produzir forte toxicidade é porque altera o pH extracelular e intracelular de organismos vivos (plantas, animais e seres humanos).
Segundo alguns pesquisadores, a névoa de SO 3 é a causa do aumento de asmáticos em uma área do Japão. A névoa de SO 3 tem um efeito muito corrosivo para os metais, de modo que as estruturas metálicas construídas pelo homem, como algumas pontes e edifícios, podem ser severamente afetadas.
O SO 3 líquido não deve ser descartado em canos de esgoto ou esgoto. Se derramado em esgotos, pode criar risco de incêndio ou explosão. Se derramado acidentalmente, não direcione um jato de água no produto. Nunca deve ser absorvido por serragem ou outro absorvente combustível, pois pode causar incêndios.
Deve ser absorvido em areia seca, terra seca ou outro absorvente inerte totalmente seco. O SO 3 não deve ser liberado no meio ambiente e nunca deve ser permitido que entre em contato com ele. Deve ser mantido afastado de fontes de água, pois com isso produz ácido sulfúrico, nocivo aos organismos aquáticos e terrestres.
Referências
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- Muller, TL (2006). Ácido sulfúrico e trióxido de enxofre. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Volume 23. Recuperado de onlinelibrary.wiley.com.
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- Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Química Inorgânica Avançada. Quarta edição. John Wiley & Sons.
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