SULFUR TRIOKSIDA (SO3): STRUKTUR, SIFAT, RISIKO, KEGUNAAN - KIMIA - 2025

The sulfur trioksida adalah sebatian bukan organik terbentuk oleh kesatuan atom sulfur (S) dan 3 atom oksigen (O). Formula molekulnya adalah SO ₃ . Pada suhu bilik, SO ₃ adalah cecair yang melepaskan gas ke udara.

Struktur gas SO ₃ rata dan simetri. Ketiga-tiga oksigen terletak secara merata di sekitar sulfur. SO ₃ bertindak balas dengan kasar dengan air. Tindak balasnya adalah eksotermik, yang bermaksud bahawa haba dihasilkan, dengan kata lain, ia menjadi sangat panas.

Molekul sulfur trioksida SO ₃ . Pengarang: Benjah-bmm27. Sumber: Wikimedia Commons.

Apabila cecair SO ₃ menyejuk, ia berubah menjadi pepejal yang boleh mempunyai tiga jenis struktur: alpha, beta, dan gamma. Yang paling stabil adalah alpha, dalam bentuk lapisan yang digabungkan untuk membentuk rangkaian.

Gas sulfur trioksida digunakan untuk menyiapkan asid sulfurik asap, juga disebut oleum, karena kemiripannya dengan minyak atau bahan berminyak. Satu lagi aplikasi pentingnya adalah dalam sulfonasi sebatian organik, iaitu penambahan -SO ₃ - kumpulan kepada mereka. Oleh itu, bahan kimia berguna seperti detergen, pewarna, racun perosak antara lain banyak dapat disediakan.

SO ₃ sangat berbahaya, boleh menyebabkan luka bakar yang teruk, kerosakan pada mata dan kulit. Juga tidak boleh disedut atau ditelan kerana boleh menyebabkan kematian akibat luka bakar dalaman, di mulut, esofagus, perut, dll.

Atas sebab-sebab ini, ia mesti ditangani dengan berhati-hati. Ia tidak boleh bersentuhan dengan air atau bahan mudah terbakar seperti kayu, kertas, kain, dan lain-lain, kerana kebakaran boleh berlaku. Ia juga tidak boleh dilupuskan dan juga tidak memasuki saluran pembuangan kerana bahaya letupan.

SO ₃ gas yang dihasilkan dalam proses perindustrian tidak boleh dilepaskan ke persekitaran, kerana ia adalah salah satu yang bertanggung jawab atas hujan asam yang telah merusak kawasan hutan besar di dunia.

Struktur

Molekul sulfur trioksida SO ₃ dalam keadaan gas mempunyai struktur segi tiga segitiga.

Ini bermakna bahawa sulfur dan ketiga oksigen berada dalam satah yang sama. Selanjutnya, pengedaran oksigen dan semua elektron adalah simetri.

Struktur resonans Lewis. Elektron diedarkan secara merata dalam SO ₃ . Pengarang: Marilú Stea.

Dalam keadaan pepejal tiga jenis struktur SO _{3 diketahui} : alpha (α-SO ₃ ), beta (β-SO ₃ ) dan gamma (γ-SO ₃ ).

Bentuk gamma γ-SO ₃ mengandungi pemangkas siklik, iaitu tiga unit SO ₃ bersama-sama membentuk molekul berbentuk siklik atau cincin.

Molekul berbentuk cincin sulfur trioksida pepejal jenis gamma. Pengarang: Marilú Stea.

Fasa beta β-SO ₃ mempunyai rantai heliks tetrahedra komposisi SO _{4 yang} saling berkaitan.

Struktur rantai sulfur trioksida pepejal jenis beta. Pengarang: Marilú Stea.

Bentuk yang paling stabil adalah alpha α-SO ₃ , mirip dengan beta tetapi dengan struktur berlapis, dengan rantai bergabung untuk membentuk jaringan.

Tatanama

-Sulfur trioksida

-Anhidrida sulfurik

-Sulfurik oksida

-SO ₃ gamma, γ-SO ₃

-SO ₃ beta, β-SO ₃

-SO ₃ alpha, α-SO ₃

Ciri-ciri fizikal

Keadaan fizikal

Pada suhu bilik (sekitar 25 ºC) dan tekanan atmosfera, SO ₃ adalah cecair tidak berwarna yang mengeluarkan asap ke udara.

Apabila cecair SO ₃ murni pada suhu 25 ºC, ia adalah campuran SO ₃ monomer (satu molekul tunggal) dan trimerik (3 molekul bergabung) formula S ₃ O ₉ , juga disebut SO ₃ gamma γ-SO ₃ .

Semasa menurunkan suhu, jika SO ₃ murni ketika mencapai 16.86 ºC, ia menguat atau membeku ke γ-SO ₃ , juga disebut "SO ₃ ais ".

Sekiranya mengandungi kelembapan dalam jumlah yang kecil (walaupun jejak atau jumlah yang sangat kecil), SO ₃ berpolimerisasi ke bentuk beta β-SO ₃ yang membentuk kristal dengan kilauan sutera.

Kemudian lebih banyak ikatan terbentuk menghasilkan struktur alpha α-SO ₃ , yang merupakan pepejal kristal berbentuk jarum yang menyerupai asbestos atau asbestos.

Apabila gabungan alpha dan beta mereka menghasilkan gamma.

Berat molekul

80.07 g / mol

Takat lebur

SO ₃ gamma = 16.86 ºC

Titik tiga

Ia adalah suhu di mana ketiga keadaan fizikal hadir: pepejal, cecair dan gas. Dalam bentuk alpha titik tiga adalah pada 62.2 ºC dan dalam beta itu pada 32.5 ºC.

Memanaskan bentuk alpha mempunyai kecenderungan yang lebih besar untuk menyuburkan daripada mencair. Sublimate bermaksud pergi dari keadaan pepejal ke keadaan gas secara langsung, tanpa melalui keadaan cair.

Takat didih

Semua bentuk SO ₃ mendidih pada suhu 44.8ºC.

Ketumpatan

Cecair SO ₃ (gamma) mempunyai ketumpatan 1.9225 g / cm ³ pada suhu 20 ºC.

Gas SO ₃ mempunyai ketumpatan 2.76 berbanding udara (udara = 1), yang menunjukkan bahawa ia lebih berat daripada udara.

Tekanan wap

SO ₃ alpha = 73 mm Hg pada 25 ºC

SO ₃ beta = 344 mm Hg pada 25 ºC

SO ₃ gamma = 433 mm Hg pada 25 ºC

Ini bermaksud bahawa bentuk gamma cenderung menguap dengan lebih mudah daripada bentuk beta dan beta daripada alpha.

Kestabilan

Bentuk alpha adalah struktur yang paling stabil, yang lain metastable, iaitu, mereka kurang stabil.

Sifat kimia

SO ₃ bertindak balas dengan kuat dengan air untuk memberikan asid sulfurik H ₂ SO ₄ . Semasa bertindak balas, banyak haba dihasilkan sehingga wap air cepat dibebaskan dari campuran.

Apabila terkena udara, SO ₃ menyerap kelembapan dengan cepat, mengeluarkan wap yang padat.

Ia adalah agen penyahhidratan yang sangat kuat, ini bermaksud ia membuang air dengan mudah dari bahan lain.

Sulfur dalam SO ₃ mempunyai pertalian dengan elektron bebas (iaitu, elektron yang tidak terikat antara dua atom) sehingga cenderung membentuk kompleks dengan sebatian yang memilikinya, seperti piridin, trimetilamina atau dioksana.

Kompleks antara sulfur trioksida dan piridin. Benjah-bmm27. Sumber: Wikimedia Commons.

Dengan membentuk kompleks, sulfur "meminjam" elektron dari sebatian lain untuk mengisi kekurangannya. Sulfur trioksida masih terdapat di kompleks ini, yang digunakan dalam tindak balas kimia untuk membekalkan SO ₃ .

Ini adalah reagen sulfonating yang kuat untuk sebatian organik, yang bermaksud bahawa ia digunakan untuk menambahkan kumpulan -SO ₃ - ke molekul dengan mudah.

Ia bertindak balas dengan mudah dengan oksida banyak logam untuk memberikan sulfat logam ini.

Ia menghakis logam, tisu haiwan dan tumbuhan.

SO ₃ adalah bahan yang sukar dikendalikan kerana beberapa sebab: (1) takat didihnya relatif rendah, (2) mempunyai kecenderungan untuk membentuk polimer padat pada suhu di bawah 30 ºC dan (3) ia mempunyai kereaktifan yang tinggi terhadap hampir semua bahan organik dan air.

Mungkin berpolimerisasi secara meletup jika tidak mengandungi penstabil dan kelembapan ada. Dimetil sulfat atau boron oksida digunakan sebagai penstabil.

Mendapatkan

Ia diperolehi dengan tindak balas pada 400 ºC antara sulfur dioksida SO ₂ dan oksigen molekul O ₂ . Walau bagaimanapun, tindak balas sangat perlahan dan pemangkin diperlukan untuk meningkatkan kadar tindak balas.

2 SO ₂ + O ₂ ⇔ 2 SO ₃

Antara sebatian yang mempercepat tindak balas ini ialah platinum metal Pt, vanadium pentoxide V ₂ O ₅ , ferric oxide Fe ₂ O ₃ dan nitric oxide NO.

Permohonan

Dalam penyediaan oleum

Salah satu aplikasi utamanya terdiri dari penyediaan oleum atau asid sulfurik asap, yang disebut kerana mengeluarkan wap yang dapat dilihat dengan mata kasar. Untuk mendapatkannya, SO ₃ diserap dalam asid sulfurik pekat H ₂ SO ₄ .

Oleum atau asid sulfurik asap. Anda dapat melihat asap putih keluar dari botol. W. Oelen. Sumber: Wikimedia Commons.

Ini dilakukan di menara keluli tahan karat khas di mana asid sulfurik pekat (yang cair) turun dan SO ₃ gas naik.

Cecair dan gas bersentuhan dan bersatu, membentuk oleum yang merupakan cecair yang kelihatan berminyak. Ia mempunyai campuran H ₂ SO ₄ dan SO ₃ , tetapi ia juga mempunyai molekul asid disulfurik H ₂ S ₂ O ₇ dan asid trisulfurik H ₂ S ₃ O ₁₀ .

Dalam tindak balas kimia sulfonasi

Sulfonasi adalah proses utama dalam aplikasi industri berskala besar untuk pembuatan detergen, surfaktan, pewarna, racun perosak, dan farmasi.

SO ₃ berfungsi sebagai agen sulfonating untuk menyediakan minyak sulfonated dan detergen alkil-aryl-sulfonated, di antara banyak sebatian lain. Berikut menunjukkan tindak balas sulfonasi sebatian aromatik:

ArH + SO ₃ → ArSO ₃ H

Sulfonasi benzena dengan SO ₃ . Pedro8410. Sumber: Wikimedia Commons.

Untuk tindak balas sulfonasi, oleum atau SO ₃ dapat digunakan dalam bentuk kompleksnya dengan piridin atau dengan trimetilamina, antara lain.

Dalam pengekstrakan logam

Gas SO ₃ telah digunakan dalam rawatan mineral. Oksida sederhana logam boleh ditukar menjadi sulfat yang lebih larut dengan merawatnya dengan SO ₃ pada suhu yang agak rendah.

Mineral sulfida seperti pirit (sulfida besi), chalcosine (sulfida tembaga) dan millerite (nikel sulfida) adalah sumber logam bukan ferus yang paling ekonomik, jadi rawatan dengan SO ₃ membolehkan logam ini diperoleh dengan mudah. dan dengan kos rendah.

Besi, nikel dan sulfida tembaga bertindak balas dengan gas SO ₃ walaupun pada suhu bilik, membentuk sulfat masing-masing, yang sangat larut dan dapat menjalani proses lain untuk mendapatkan logam tulen.

Dalam pelbagai kegunaan

SO ₃ digunakan untuk menyediakan asid klorosulfurik, juga disebut asid klorosulfonik HSO ₃ Cl.

Sulfur trioksida adalah oksidan yang sangat kuat dan digunakan dalam pembuatan bahan letupan.

Risiko

Untuk kesihatan

SO ₃ adalah sebatian yang sangat toksik oleh semua laluan, iaitu penyedutan, pengambilan dan sentuhan dengan kulit.

Merengsa dan menghakis membran mukus. Menyebabkan kulit dan mata melecur. Wapnya sangat toksik apabila disedut. Luka bakar dalaman, sesak nafas, sakit dada, dan edema paru berlaku.

Sulfur trioksida SO3 sangat menghakis dan berbahaya. Pengarang: OpenIcons. Sumber: Pixabay.

Ia beracun. Pengambilannya menyebabkan luka bakar mulut, esofagus dan perut yang teruk. Selanjutnya, ia disyaki sebagai karsinogen.

Dari api atau letupan

Ia mewakili bahaya kebakaran ketika bersentuhan dengan bahan asal organik seperti kayu, serat, kertas, minyak, kapas, antara lain, terutama jika basah.

Terdapat juga risiko jika anda bersentuhan dengan pangkalan atau agen pengurangan. Ia bergabung dengan air secara meletup, membentuk asid sulfurik.

Sentuhan dengan logam boleh menghasilkan gas hidrogen H ₂ yang sangat mudah terbakar.

Pemanasan di dalam balang kaca harus dielakkan untuk mengelakkan kemungkinan pecahnya bekas.

Kesan alam sekitar

SO ₃ dianggap sebagai salah satu pencemar utama yang terdapat di atmosfer bumi. Ini disebabkan oleh peranannya dalam pembentukan aerosol dan sumbangannya terhadap hujan asid (kerana pembentukan asid sulfurik H ₂ SO ₄ ).

Hutan rosak akibat hujan asid di Republik Czech. Lovecz. Sumber: Wikimedia Commons.

SO ₃ terbentuk di atmosfera oleh pengoksidaan sulfur dioksida SO ₂ . Apabila SO ₃ terbentuk, ia bertindak balas dengan cepat dengan air untuk membentuk asid sulfurik H ₂ SO ₄ . Menurut kajian baru-baru ini, ada mekanisme lain untuk transformasi SO ₃ di atmosfera, tetapi kerana banyaknya air yang terdapat di atmosfera, masih dianggap lebih mungkin bahawa SO ₃ berubah terutamanya menjadi H ₂ SO ₄ .

SO ₃ gas atau sisa industri gas yang mengandungi ia tidak boleh dilepaskan ke atmosfera kerana ia adalah satu pencemar berbahaya. Ini adalah gas yang sangat reaktif dan, seperti yang disebutkan di atas, dengan adanya kelembapan di udara, SO ₃ menjadi asid sulfurik H ₂ SO ₄ . Oleh itu, di udara, SO ₃ berterusan dalam bentuk asid sulfurik, membentuk titisan kecil atau aerosol.

Sekiranya titisan asid sulfurik memasuki saluran pernafasan manusia atau haiwan, mereka tumbuh dengan cepat kerana kelembapan yang ada di sana, sehingga mereka berpeluang menembus paru-paru. Salah satu mekanisme di mana kabut asid H ₂ SO ₄ (iaitu, SO ₃ ) dapat menghasilkan ketoksikan yang kuat adalah kerana ia mengubah pH ekstraselular dan intraselular organisma hidup (tumbuhan, haiwan dan manusia).

Menurut sebilangan penyelidik, kabut SO ₃ adalah penyebab peningkatan asma di kawasan Jepun. Kabut SO ₃ mempunyai kesan yang sangat menghakis logam, sehingga struktur logam yang dibina oleh manusia seperti beberapa jambatan dan bangunan boleh terjejas teruk.

Cecair SO ₃ tidak boleh dibuang di longkang atau pembetung. Sekiranya tertumpah ke pembetung, ia boleh menyebabkan bahaya kebakaran atau letupan. Sekiranya tertumpah secara tidak sengaja, jangan mengarahkan aliran air ke produk. Ia tidak boleh diserap dalam habuk papan atau penyerap yang mudah terbakar lain, kerana boleh menyebabkan kebakaran.

Ia mesti diserap dalam pasir kering, tanah kering atau penyerap lengai yang benar-benar kering. SO ₃ tidak boleh dilepaskan ke persekitaran dan tidak boleh dibenarkan bersentuhan dengannya. Ia harus dijauhkan dari sumber air kerana dengan ini menghasilkan asid sulfurik yang berbahaya bagi organisma akuatik dan daratan.

Rujukan

1. Sarkar, S. et al. (2019). Pengaruh Amonia dan Air Terhadap Nasib Sulfur Trioksida di Troposfera: Penyiasatan Teoretis Asid Sulfamat dan Pembentukan Asid Sulfurik. J Phys Chem A. 2019; 123 (14): 3131-3141. Dipulihkan dari ncbi.nlm.nih.gov.
2. Muller, TL (2006). Asid sulfat dan sulfur trioksida. Ensiklopedia Teknologi Kimia Kirk-Othmer. Jilid 23. Dipulihkan dari onlinelibrary.wiley.com.
3. Perpustakaan Perubatan Nasional AS. (2019). Sulfur trioksida. Dipulihkan dari pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
4. Kikuchi, R. (2001). Pengurusan Alam Sekitar Pelepasan Sulfur Trioksida: Kesan SO ₃ terhadap Kesihatan Manusia. Pengurusan Alam Sekitar (2001) 27: 837. Dipulihkan dari link.springer.com.
5. Cotton, F. Albert dan Wilkinson, Geoffrey. (1980). Kimia Anorganik Lanjutan. Edisi Keempat. John Wiley & Anak.
6. Ismail, MI (1979). Pengekstrakan Logam dari Sulfida Menggunakan Sulfur Trioksida di Fluidised Bed. J. Chem. Tech. Bioteknologi. 1979, 29, 361-366. Dipulihkan dari onlinelibrary.wiley.com.