Was ist Schwefeltrioxid?
Schwefeltrioxid ist ein Oxid des Schwefels mit der chemischen Formel SO3.
Es entspricht der wasserfreien Form der Schwefelsäure und wird auch als wasserfreie Schwefelsäure bezeichnet. Industriell ist es als Zwischenprodukt im Kontaktverfahren bekannt. Das Kontaktverfahren ist eine Methode zur Herstellung von Schwefelsäure.
Schwefeltrioxid wird in der GHS-Einstufung als lebensgefährlich eingestuft, wenn es eingeatmet wird (Dämpfe) und bei längerer oder wiederholter Exposition schwere Hautreizungen, Augenschäden, mögliche Reizungen der Atemwege und Zahnschäden verursacht.
Anwendungen von Schwefeltrioxid
Schwefeltrioxid wird als Oxidationsmittel, Sulfonierungsmittel, bei der Herstellung von Ionenaustauschharzen und bei der Produktion von Schwefelsäure verwendet. Sulfonierungsmittel sind in der industriellen organischen Synthese weit verbreitet und können in industriellen Herstellungsverfahren wie Farbstoffen und neutralen Reinigungsmitteln verwendet werden.
Schwefeltrioxid ist auch ein Zwischenprodukt im Kontaktverfahren. Das aus Schwefel und Sauerstoff hergestellte Schwefeldioxid wird in Gegenwart eines Katalysators in Schwefeltrioxid umgewandelt und mit Wasser über rauchende Schwefelsäure zu hochreiner konzentrierter Schwefelsäure umgesetzt.
Eigenschaften von Schwefeltrioxid
Schwefeltrioxid hat einen Schmelzpunkt von 16,9 °C und einen Siedepunkt von 45 °C. Es ist bei Raumtemperatur eine farblose, transparente Flüssigkeit. Es hat einen stark stechenden Geruch, und wenn es in konzentrierter Schwefelsäure aufgelöst wird, erhält man rauchende Schwefelsäure.
Schwefeltrioxid ist stark hygroskopisch. Holz und Baumwolle entzünden sich, wenn sie mit heißer konzentrierter Schwefelsäure in Berührung kommen, da Schwefeltrioxid das Wasser in den Kohlenhydraten dehydriert und die Kohlenhydrate dadurch brennbarer macht.
Struktur des Schwefeltrioxids
Die molare Masse von Schwefeltrioxid beträgt 80,06 g/mol und seine Dichte 1,92 g/cm3.
Gasförmiges Schwefeltrioxid weist eine planare, gleichseitige Dreiecksstruktur mit dem Schwefelatom im Zentrum auf. Das Schwefelatom hat eine Oxidationszahl von +6, eine Ladung von Null und sechs Elektronenpaare. Nach den Methoden der Molekülorbitale sind die meisten Elektronenpaare typische hypervalente Moleküle mit nichtbindenden Eigenschaften: die drei S-O-Atome sind gleich lang, 1,42 Å, und der Winkel O-S-O beträgt 120°.
Arten von Schwefeltrioxiden
Für festes Schwefeltrioxid gibt es drei Umwandlungsarten: α-SO3, β-SO3 und γ-SO3. Es weist ein komplexes Verhalten auf, das von Spuren von Wasser abhängt. Die Gase aggregieren zum Trimer γ-SO3. γ-SO3 ist ein molekularer Kristall, der als S3O9 dargestellt wird.
Oberhalb von 27 °C agglomeriert es in Anwesenheit von Spuren von Wasser zu faserigem α-SO3 wie Asbest. Man kann es auch erhalten, indem man β-SO3 in einem verschlossenen Rohr bei Temperaturen über 32,5 °C stehen lässt. α-SO3 ist ein [S(=O)2(μ-O)]n-Polymer mit einer Hydroxylgruppe am Ende.
Wie der α-Typ ist auch β-SO3 ein nadelförmiger Kristall. β-SO3 und γ-SO3 gehen im Laufe der Zeit mit geringen Mengen Wasser allmählich in das stabilere α-SO3 über. Es hat eine unendliche spiralförmige Struktur mit tetraedrischem SO4, das durch O verbunden ist.
Weitere Informationen zu Schwefeltrioxid
1. Synthese von Schwefeltrioxid
Im Labor wird Schwefeltrioxid durch die thermische Zersetzung von Natriumhydrogensulfat synthetisiert. Die Reaktion kann auch mit Hydrogensulfaten von anderen Metallen als Natrium durchgeführt werden, wobei die Reaktionsbedingungen von der Stabilität der Zwischenprodukte abhängen.
Schwefeltrioxid kann industriell nach dem Kontaktverfahren hergestellt werden. Zunächst wird Schwefeldioxid durch die Verbrennung von Schwefel oder Pyrit synthetisiert und durch elektrostatische Fällung gereinigt. Anschließend kann es durch Oxidation von Schwefeltrioxid mit Sauerstoff oder Vanadiumpentoxid bei 400-600 °C synthetisiert werden.
Im Bleikammerverfahren wird Schwefeltrioxid auch durch die Reaktion von Schwefeldioxid mit Stickstoffdioxid hergestellt. Das Bleikammerverfahren ist eine Methode zur Herstellung von Schwefelsäure unter Verwendung von Nitraten und Stickoxiden. Das Bleikammerverfahren ist heute durch das Aufkommen von Kontaktverfahren überholt.
2. Schwefeltrioxid-Reaktionen
Schwefeltrioxid ist die wasserfreie Form der Schwefelsäure, die mit Wasser eine schnelle exotherme Reaktion eingeht. Schwefeltrioxid ist daher eine der Substanzen, die für den sauren Regen verantwortlich sind; oberhalb von 340 °C befinden sich Schwefeltrioxid, Schwefelsäure und Wasser im Gleichgewicht. Bei der Reaktion von Schwefeldichlorid und Schwefeltrioxid entsteht außerdem Thionylchlorid.