Óxido de azufre (VI)

Óxido de azufre (VI)
Óxido de azufre (VI)
Sulfur trioxide Sulfur trioxide
Nombre (IUPAC) Óxido de azufre (VI)
Otros nombres Trióxido de azufre
Anhídrido sulfúrico
anhidruro del ácido sufúrico
Fórmula molecular SO3
Masa molar 80.06 g/mol
Masa atómica 80,0632 u
Número CAS [7446-11-9]
Densidad 1.92 g/cm3
Solubilidad (Agua) Hidrólisis
Punto de fusión 16.9 °C, 62.4 °F
Punto de ebullición 45 °C, 113 °F
Punto crítico 218.3 °C at 8.47 MPa
NFPA 704

NFPA 704.svg

0
3
2
W
Datos Termodinámicos
Entalpía estándar
de formación
Δfgas
-397.77 kJ/mol
Entropía Estándar
molar
gas
256.77 J.K–1.mol–1
Capacidad calorífica Cp,gas 24.02 J.K–1.mol–1
Riesgos
Clasifiación EU Corrosivo (C)
Frases R R14, R35, R37
Frases S S1/2, S26, S30, S45
Compuestos relacionados
Compuestos relacionados SO2
H2SO4
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El óxido de azufre (VI) o trióxido de azufre (SO3) es en condiciones normales un sólido incoloro de textura fibrosa, pero en condiciones estándar (a 25ºC y 1 atm) es un gas, un contaminante importante, siendo el principal agente de la lluvia ácida.

Es el producto de la oxidación del óxido de azufre (IV) con oxígeno en presencia de un catalizador como el pentóxido de vanadio o de platino. Es producido a gran escala como precursor del ácido sulfúrico.

Contenido

Estructura y enlace

La forma gaseosa es una molécula trigonal plana de simetría D3h, como predice la teoría TREPEV. En la molécula del SO3, el átomo de azufre tiene un número de oxidación de +6, con una carga formal de 0, y está rodeado de 6 pares de electrones. Desde la perspectiva de la teoría de orbitales moleculares, la mayor parte de estos pares de electrones son no-enlazantes, comportamiento típico de las moléculas hipervalentes.

Reacciones químicas

En presencia de agua reacciona violentamente dando lugar a la formación de ácido sulfúrico, haciendo que sea altamente corrosivo. El SO3 es el anhídrido ácido del H2SO4, de manera que se produce la siguiente reacción:

SO3(l) + H2O(l) → H2SO4(l) (+88 kJ mol−1)

La reacción es rápida y exotérmica. Alrededor de 340ºC, el ácido sulfúrico, el óxido de azufre (VI) y el agua coexisten en concentraciones significativas de equilibrio. El óxido de azufre (IV) también reacciona con cloruro de azufre (II) para producir cloruro de tionilo

SO3 + SCl2 → SOCl2 + SO2

Síntesis

El óxido de azufre (IV) puede ser preparado en laboratorio por pirólisis en dos etapas a partir de hidrogenosulfato de sodio

1) Deshidratación
2NaHSO4 → Na2S2O7 + H2O  a 315°C
2) Cracking
Na2S2O7 → Na2SO4 + SO3  a 460°C

Este método funcionar para otros hidrogenosulfatos metálicos, siendo el factor controlante la estabilidad de la sal intermedia del pirosulfato.

Industrialmente, el óxido de azufre (VI) se obtiene por proceso de contacto. El óxido de azufre (VI), obtenido generalmente quemando azufre o pirita, primero es purificado por precipitación electrostática. El óxido de azufre (VI) purificada es oxidado en atmósfera de oxígeno a 400-600ºC sobre un catalizador de pentóxido de vanadio V2O5 activado con óxido de potasio K2O en soporte de sílice o de Kieselguhr. Con platino también funciona muy bien pero es demasiado caro y es más fácilmente contaminado por impurezas.

La mayoría del óxido de azufre (VI) hecho de esta manera es convertido en ácido sulfúrico, pero no por adición directa de agua, con la que formaría vapores; sino por absorción en ácido sulfúrico concentrado y dilución con agua del oleum producido.

Estructura del sólido SO3

Estructura molecuar del γ-SO3

La naturaleza del sólido SO3, es una sorprendente área compleja porque su estructura cambia debido a trazas de agua.[1] En la condensación del gas absolutamente puro, el óxido de azufre (IV) condensa en un trímero llamado γ-SO3. Esta forma molecular es un sólido sin color con un punto de fusión de 16.8ºC y adopta una estructura cíclica descrita como [S(=O)2(μ-O)]3.[2]

Si el óxido de azufre (IV) condensa alrededor de 27ºC, se produce α-SO3 de apariencia fibrosa, parecida a los asbestos (con los que no guarda relación química). Estructuralmente es el polímero [S(=O)2(μ-O)]n. La cadena termina por ambos extremos con grupos OH (de ahí que el α-SO3 no es realmente una forma del SO3). β-SO3, al igual que la forma alfa, es de aspecto fibroso pero tiene distinto peso molecular, consistente en un polímero hidroxilo que funde a 32.5ºC. Las formas gamma y beta son metaestables, que finalmente pasan a la forma estable alfa si se deja el suficiente tiempo. Esta conversión esta causada por trazas de agua.[3]

Las presiones relativas del óxido de azufre (IV) sólido son alpha < beta < gamma, tal y como indica su peso molecular relativo. La forma líquida del óxido de azufre (IV) coincide con la forma gamma. De modo que, calentando un cristal de α-SO3 hasta su punto de fusión, causa un aumento repentino de la presión de vapor, que puede ser tan potente como para hacer añicos el recipiente de cristal en el cual ha sido calentado. Este efecto se conoce como la “explosión alfa”[3]

SO3 es agresivamente higroscópico. De hecho, el calor de hidratación de las mezclas de óxido de azufre (IV) y madera o algodón pueden arder, ya que el SO3 deshidrata a los carbohidratos.

Fuentes

Referencias

  1. Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
  2. Advanced Inorganic Chemistry by Cotton and Wilkinson, 2nd ed p543
  3. a b Merck Index of Chemicals and Drugs, 9th ed. monograph 8775

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