Zwaveltrioxide

Zwaveltrioxide
Structuurformule en molecuulmodel
Algemeen
Molecuulformule      (uitleg)	SO3
Andere namen	zwavelzuuranhydride
Molmassa	80,06 g/mol
CAS-nummer	7446-11-9
Beschrijving	kleurloze kristallen
Vergelijkbaar met	zwavelzuur, zwaveldioxide
Waarschuwingen en veiligheidsmaatregelen
H-zinnen	R8 - R14 - R34
P-zinnen	S53 - S17 - S26 - S36/37/39 - S45
Carcinogeen	nee
Hygroscopisch?	ja
MAC-waarde	0,05 mg/m³
Fysische eigenschappen
Aggregatietoestand	vast (α-, β-vorm) en vluchtig (γ-vorm)
Kleur	kleurloos
Dichtheid	1,9 g/cm³
Smeltpunt	16,8 °C
Kookpunt	44 °C
Dampdruk	37330,16 Pa
Thermodynamische eigenschappen
ΔfHog	-397,77 kJ/mol
Sog, 1 bar	256,77 J/mol·K
Cop,m	24,02 J/mol·K
Waar mogelijk zijn SI-eenheden gebruikt. Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar)
Portaal    Scheikunde

Zwaveltrioxide of SO₃ is een vaste stof die bestaat in drie modificaties of allotropen:

• De γ-vorm heeft een moleculaire structuur en een smeltpunt van 16,8°C en een vrije hoge dampdruk van 433 mmHg bij 25°C. Het kookpunt is maar 44,8°C.
• De β-vorm heeft de structuur van een polymeer met lineaire ketens. De stof smelt bij 32,5°C en een wat lagere dampdruk van 344 mmHg bij 25°C.
• De α-vorm heeft een netwerkstructuur. Het smelt bij 62°C en heeft een lage dampdruk van 73mmHg bij 25°C.

Gevaren

Het is gevaarlijk om de alfa-vorm boven zijn smeltpunt te verwarmen, omdat daarbij de netwerkstructuur weer uiteenvalt naar de moleculaire structuur. De gamma-fase heeft echter boven 62°C een dampdruk van een paar atmosfeer en dat kan tot ontploffingen leiden.

Bovendien is de damp van SO₃ bijzonder hygroscopisch en met een molecule water vormt het zwavelzuur. Bij inademing wordt er dus zwavelzuur in de longen gevormd en dat kan ernstige consequenties met zich meedragen.

Oplossingen van zwaveltrioxide in zwavelzuur worden ook wel oleum of rokend zwavelzuur genoemd. Zij moeten met grote omzichtigheid behandeld worden omdat zij bijzonder corrosief zijn. De rook die zij afgeven maakt het probleem des te erger. Deze rook is in feite een aerosol van kleine zwavelzuurdruppeltjes.

Bereiding

Zwaveltrioxide kan in het lab in kleine hoeveelheden bereid worden in tweestapsproces door de pyrolyse van natriumbisulfaat. Natriumpyrosulfaat is een tussenproduct:

1) dehydratie

2NaHSO₄ → Na₂S₂O₇ + H₂O  bij 315°C

2) kraken

Na₂S₂O₇ → Na₂SO₄ + SO₃  bij 460°C

Ook zouten van andere metalen kunnen gebruikt worden als het pyrosulfaat ervan tenminste stabiel is.

Op industriële schaal wordt de stof bereid met behulp van het contactproces. Zwaveldioxide wordt gewoonlijk verkregen door het roosten van pyriet (FeS₂). Het gezuiverde SO₂ wordt dan verder geoxideerd met atmosferische zuurstof bij 400 tot 600 °C met behulp van een katalysator op basis van vanadiumpentoxide V₂O₅ geactiveerd met kaliumoxide K₂O op diatomeeënaarde of silica als drager. Platina werkt ook maar is beduidend duurder en is meer onderhevig aan vergiftigingsverschijnselen door onzuiverheden in het SO₂ gas.

Het merendeel van het zwaveltrioxide dat op deze wijze wordt verkregen, wordt omgezet naar zwavelzuur. Dat geschiedt echter niet door directe toevoeging van water omdat daarbij een gevaarlijk aerosol van zwavelzuurdruppeltjes zou ontstaan. In plaats daarvan wordt het oxide in zwavelzuur zelf opgelost onder de vorming van oleum dat op zijn beurt weer verdund wordt met water onder vorming van meer zwavelzuur.

Een andere manier waarop SO₃ ontstaat is met behulp van ozon:

SO₂ + O₃ → SO₃ + O₂

Historisch maakte de bereiding in het lodenkamerproces gebruik van nitreuze dampen, met name stikstofdioxide NO₂:

SO₂ + NO₂ → SO₃ + NO.

Toepassingen

De voornaamste toepassing is de vervaardiging van zwavelzuur hierboven genoemd

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

In zwavelzuur opgelost vormt zich pyrozwavelzuur:

SO₃ + H₂SO₄ → H₂S₂O₇

H₂S₂O₇ + H₂O → H₂SO₄

De stof is ook uitgangsmateriaal voor de vervaardiging van fluorsulfonzuur en chloorsulfonzuur:

SO₃ + HF → FSO₃H

Samen met alcoholen ontstaan alkylzwavelzuren:

SO₃ + R-OH → R-SO₄H

Deze reactie wordt gebruikt voor de bereiding van tensiden:

SO₃ C₁₂H₂₃-OH → C₁₂H₂₃-SO₄H

Het alkylzwavelzuur wordt met natronloog geneutraliseerd en zo ontstaat een alkylsulfonaat.

Zwaveltrioxide is zowel een sterk Lewis-zuur als een sterke oxidator. Het wordt ook gebruikt in rookbommen. Een druppel vloeibaar SO₃ volstaat om een ruimte geheel in rook te hullen.

Mediabestanden

Zie de categorie Sulfur trioxide van Wikimedia Commons voor meer mediabestanden.