Qu’est-ce que le trioxyde de soufre ?
Le trioxyde de soufre est un oxyde de soufre dont la formule chimique est SO3, également nommé acide sulfurique anhydre
Il correspond à la forme anhydre de l’acide sulfurique. Industriellement, il est connu comme intermédiaire dans le processus de contact, une méthode de production d’acide sulfurique.
Le trioxyde de soufre est classé par le SGH comme une substance dangereuse en cas d’inhalation de vapeur, provoquant une grave irritation de la peau, des lésions oculaires, une possible irritation des voies respiratoires et des lésions dentaires en cas d’exposition prolongée ou répétée.
Utilisations du trioxyde de soufre
Le trioxyde de soufre est utilisé comme agent oxydant, agent sulfonant, dans la fabrication de résines échangeuses d’ions et dans la production d’acide sulfurique. Les agents sulfonants sont largement utilisés dans la synthèse organique industrielle et peuvent être employés dans les processus de fabrication industrielle tels que les colorants et les détergents neutres.
Le trioxyde de soufre est également un intermédiaire dans le processus de contact. Le dioxyde de soufre produit à partir du soufre et de l’oxygène est converti en trioxyde de soufre en présence d’un catalyseur et réagit avec l’eau par l’intermédiaire de l’acide sulfurique fumant pour produire de l’acide sulfurique concentré très pur.
Propriétés du trioxyde de soufre
Le trioxyde de soufre a un point de fusion de 16,9°C et un point d’ébullition de 45°C. C’est un liquide incolore et transparent à température ambiante. Il a une forte odeur piquante et, lorsqu’il est dissous dans de l’acide sulfurique concentré, l’on obtient de l’acide sulfurique fumant.
Le trioxyde de soufre est hygroscopique. Le bois et le coton s’enflamment lorsqu’ils sont exposés à de l’acide sulfurique concentré chaud : le trioxyde de soufre déshydrate l’eau contenue dans les hydrates de carbone, ce qui rend ces derniers plus inflammables.
Structure du trioxyde de soufre
La masse molaire du trioxyde de soufre est de 80,06 g/mol et sa densité est de 1,92 g/cm3.
Le trioxyde de soufre gazeux devrait avoir une structure de triangle équilatéral planaire avec l’atome de soufre au centre. L’atome de soufre a un nombre d’oxydation de +6, une charge de zéro et six paires d’électrons. Selon les méthodes d’orbitales moléculaires, la plupart des paires d’électrons sont des molécules hypervalentes typiques aux propriétés non liantes : les trois atomes S-O ont la même longueur, 1,42 Å, et l’angle O-S-O est de 120°.
Types de trioxyde de soufre
Le trioxyde de soufre solide présente trois types de transformation : α-SO3, β-SO3 et γ-SO3. Son comportement est complexe et dépendant des traces d’eau. Les gaz s’agrègent pour former le trimère γ-SO3. Le γ-SO3 est un cristal moléculaire représenté par le S3O9.
Au-dessus de 27°C, il s’agglomère en présence de traces d’eau en α-SO3 fibreux comme l’amiante. Il est aussi obtenu en laissant du β-SO3 dans un tube scellé à des températures supérieures à 32,5°C. Le α-SO3 est un polymère de type [S(=O)2(μ-O)]n avec un groupe hydroxyle à l’extrémité.
Comme le type α, le β-SO3 est également un cristal en forme d’aiguille. Le β-SO3 et le γ-SO3 subissent une transition de phase graduelle vers le α-SO3 plus stable au fil du temps avec de petites quantités d’eau. Il présente une structure hélicoïdale infinie avec des SO4 tétraédriques reliés par des O.
Autres informations sur le trioxyde de soufre
1. Synthèse du trioxyde de soufre
En laboratoire, le trioxyde de soufre est synthétisé par décomposition thermique du sulfate d’hydrogène de sodium. La réaction peut se produire avec des sulfates d’hydrogène de métaux autres que le sodium. Toutefois, les conditions de réaction dépendent de la stabilité des intermédiaires.
Le trioxyde de soufre peut être produit industriellement par la méthode de contact. Tout d’abord, le dioxyde de soufre est synthétisé par la combustion du soufre ou de la pyrite et purifié par précipitation électrostatique. Ensuite, le trioxyde de soufre est synthétisé en oxydant le dioxyde de soufre avec de l’oxygène ou du pentoxyde de vanadium à 400-600°C.
Dans le procédé de la chambre de plomb, le trioxyde de soufre est également produit par la réaction du dioxyde de soufre avec le dioxyde d’azote. Le procédé de la chambre de plomb est une méthode de production d’acide sulfurique à partir de nitrates et d’oxydes d’azote. La méthode de la chambre de plomb est aujourd’hui obsolète en raison de l’avènement des méthodes de contact.
2. Réactions du trioxyde de soufre
Le trioxyde de soufre est un anhydride de l’acide sulfurique et subit une réaction exothermique rapide avec l’eau. Le trioxyde de soufre est donc l’une des substances responsables des pluies acides. Au-dessus de 340°C, le trioxyde de soufre, l’acide sulfurique et l’eau sont en équilibre. La réaction entre le dichlorure de soufre et le trioxyde de soufre produit également du chlorure de thionyle.