Zwaveltrioxide

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Naar navigatie springen Naar zoeken springen
Zwaveltrioxide
Structuurformule en molecuulmodel
SO3 Sulfur trioxide.svg
Sulfur-trioxide-3D-vdW.png
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
Corrosief
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  Portaalicoon   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[bewerken]

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[bewerken]

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[bewerken]

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.