Estrutura, propriedades, riscos, usos do trióxido de enxofre (SO3)

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Egbert Haynes
Estrutura, propriedades, riscos, usos do trióxido de enxofre (SO3)

O trióxido de enxofre É um composto inorgânico formado pela união de um átomo de enxofre (S) e 3 átomos de oxigênio (O). Sua fórmula molecular é SO3. À temperatura ambiente, SO3 é um líquido que libera gases no ar.

A estrutura do sistema operacional3 gasoso é plano e simétrico. Todos os três oxigênios estão igualmente localizados em torno do enxofre. O então3 Reage violentamente com a água. A reação é exotérmica, o que significa que é produzido calor, ou seja, fica muito quente.

Molécula de trióxido de enxofre SO3. Autor: Benjah-bmm27. Fonte: Wikimedia Commons.

Quando o SO3 o líquido esfria, transforma-se em um sólido que pode ter três tipos de estrutura: alfa, beta e gama. O mais estável é o alfa, na forma de camadas unidas formando uma rede.

O trióxido de enxofre gasoso é usado para preparar ácido sulfúrico fumegante, também chamado de oleum, devido à sua semelhança com óleo ou substâncias oleosas. Outra de suas importantes aplicações é na sulfonação de compostos orgânicos, ou seja, na adição de grupos -SO.3- para estes. Assim, podem ser preparados produtos químicos úteis como detergentes, corantes, pesticidas, entre muitos outros..

O então3 É muito perigoso, podendo causar queimaduras graves e lesões oculares e cutâneas. Também não deve ser inalado ou ingerido, pois pode causar morte por queimaduras internas, na boca, esôfago, estômago, etc..

Por essas razões, deve ser tratado com muito cuidado. Nunca deve entrar em contato com água ou materiais combustíveis como madeira, papel, tecidos, etc., pois podem ocorrer incêndios. Não deve ser descartado nem deve entrar em esgotos devido ao perigo de explosão.

O então3 Os gases gerados em processos industriais não devem ser lançados no meio ambiente, pois é um dos responsáveis ​​pela chuva ácida que já danificou grandes áreas de florestas no mundo.

Índice do artigo

  • 1 Estrutura
  • 2 Nomenclatura
  • 3 propriedades físicas
    • 3.1 Estado físico
    • 3.2 Peso molecular
    • 3.3 Ponto de fusão
    • 3.4 Triplo ponto
    • 3.5 Ponto de ebulição
    • 3,6 Densidade
    • 3,7 pressão de vapor
    • 3.8 Estabilidade
  • 4 propriedades químicas
  • 5 Obtendo
  • 6 usos
    • 6.1 Na preparação de oleum
    • 6.2 Em reações químicas de sulfonação
    • 6.3 Na extração de metais
    • 6.4 Em vários usos
  • 7 riscos
    • 7.1 Para a saúde
    • 7.2 De incêndio ou explosão
  • 8 Impacto ambiental
  • 9 referências

Estrutura

A molécula de trióxido de enxofre SO3 no estado gasoso tem uma estrutura triangular plana.

Isso significa que o enxofre e os três oxigênios estão no mesmo plano. Além disso, a distribuição de oxigênios e todos os elétrons é simétrica.

Estruturas de ressonância de Lewis. Os elétrons são distribuídos uniformemente no SO3. Autor: Marilú Stea.

No estado sólido, três tipos de estrutura do SO são conhecidos3: alfa (α-SO3), beta (β-SO3) e gama (γ-SO3).

A forma gama γ-SO3 contém trímeros cíclicos, ou seja, três unidades de SO3 juntos, formando uma molécula cíclica ou em forma de anel.

Molécula em forma de anel de trióxido de enxofre sólido do tipo gama. Autor: Marilú Stea.

A fase beta β-SO3 possui infinitas cadeias helicoidais de tetraedros de composição SO4 ligados em conjunto.

Estrutura de uma cadeia de trióxido de enxofre sólido do tipo beta. Autor: Marilú Stea.

A forma mais estável é alfa α-SO3, semelhante ao beta, mas com uma estrutura em camadas, com as cadeias unidas para formar uma rede.

Nomenclatura

-Trióxido de enxofre

-Anidrido sulfúrico

-Óxido sulfúrico

-SW3 gama, γ-SO3

-SW3 beta, β-SO3

-SW3 alfa, α-SO3

Propriedades físicas

Estado físico

À temperatura ambiente (cerca de 25 ºC) e pressão atmosférica, SO3 é um líquido incolor que emite vapores no ar.

Quando o SO3 líquido é puro a 25 ºC é uma mistura de SO3 monomérico (molécula única) e trimérico (3 moléculas anexadas) de fórmula S3OU9, também chamado de SOgama γ-SO3.

Conforme a temperatura cai, se o SO3 é puro quando atinge 16,86 ºC, solidifica ou congela em γ-SO3, também chamado de "SO gelo3".

Se contiver pequenas quantidades de umidade (mesmo traços ou quantidades extremamente pequenas), o SO3 polimeriza na forma beta β-SO3 que forma cristais com brilho sedoso.

Em seguida, mais ligações são formadas, gerando a estrutura alfa α-SO3, que é um sólido cristalino em forma de agulha que se assemelha ao amianto ou amianto.

Quando alfa e beta se fundem, eles geram gama.

Peso molecular

80,07 g / mol

Ponto de fusão

SW3 gama = 16,86 ºC

Ponto Triplo

É a temperatura na qual os três estados físicos estão presentes: sólido, líquido e gasoso. Na forma alfa o ponto triplo está a 62,2 ºC e na beta está a 32,5 ºC.

O aquecimento da forma alfa tem maior tendência a sublimar do que a derreter. Sublimar significa ir do estado sólido para o estado gasoso diretamente, sem passar pelo estado líquido..

Ponto de ebulição

Todas as formas de sistema operacional3 ferver a 44,8 ºC.

Densidade

O então3 líquido (gama) tem uma densidade de 1,9225 g / cm3 a 20 ºC.

O então3 gasoso tem uma densidade de 2,76 em relação ao ar (ar = 1), o que indica que é mais pesado que o ar.

Pressão de vapor

SW3 alfa = 73 mm Hg a 25 ºC

SW3 beta = 344 mm Hg a 25 ºC

SW3 gama = 433 mm Hg a 25 ºC

Isso significa que a forma gama tende a evaporar mais facilmente do que a beta e esta do que a alfa..

Estabilidade

A forma alfa é a estrutura mais estável, as outras são metaestáveis, ou seja, são menos estáveis.

Propriedades quimicas

O então3 reage vigorosamente com água para dar ácido sulfúrico HdoisSW4. Ao reagir, muito calor é produzido, razão pela qual o vapor de água é rapidamente liberado da mistura.

Sendo exposto ao ar o SO3 absorve umidade rapidamente, emitindo vapores densos.

É um agente desidratante muito forte, o que significa que remove facilmente a água de outros materiais.

Enxofre em SO3 tem afinidade por elétrons livres (ou seja, elétrons que não estão em uma ligação entre dois átomos), portanto, tende a formar complexos com compostos que os possuem, como piridina, trimetilamina ou dioxano.

Complexo entre trióxido de enxofre e piridina. Benjah-bmm27 [domínio público]. Fonte: Wikimedia Commons.

Ao formar complexos, o enxofre "pega emprestado" elétrons de outro composto para preencher a falta deles. O trióxido de enxofre ainda está disponível nesses complexos, que são usados ​​em reações químicas para fornecer SO3.

É um poderoso reagente sulfonante para compostos orgânicos, o que significa que é usado para adicionar facilmente um grupo -SO3- para moléculas.

Reage facilmente com os óxidos de muitos metais para dar sulfatos desses metais.

É corrosivo para metais, tecidos animais e vegetais.

O então3 É um material difícil de manusear por várias razões: (1) seu ponto de ebulição é relativamente baixo, (2) tem tendência a formar polímeros sólidos a temperaturas abaixo de 30 ºC e (3) tem uma alta reatividade com quase todos os orgânicos substâncias e a água.

Pode polimerizar explosivamente se não contiver um estabilizador e houver presença de umidade. Sulfato de dimetila ou óxido de boro são usados ​​como estabilizadores..

Obtendo

É obtido pela reação a 400 ºC entre dióxido de enxofre SOdois e oxigênio molecular Odois. No entanto, a reação é muito lenta e os catalisadores são necessários para aumentar a taxa da reação..

2 SOdois + OUdois ⇔ 2 SO3

Entre os compostos que aceleram essa reação estão o metal platino Pt, o pentóxido de vanádio VdoisOU5, óxido férrico FedoisOU3 e óxido nítrico NO.

Formulários

Na preparação de oleum

Uma de suas principais aplicações é a preparação de oleum ou ácido sulfúrico fumante, assim denominado por emitir vapores visíveis a olho nu. Para obtê-lo, o SO é absorvido3 em ácido sulfúrico concentrado HdoisSW4.

Oleum ou ácido sulfúrico fumante. Você pode ver a fumaça branca saindo da garrafa. W. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]. Fonte: Wikimedia Commons.

Isso é feito em torres de aço inoxidável especial onde o ácido sulfúrico concentrado (que é líquido) desce e o SO3 refrigerante está subindo.

O líquido e o gás entram em contato e se unem, formando o oleum, que é um líquido de aparência oleosa. Este possui uma mistura de HdoisSW4 Eu sou3, mas também tem moléculas de ácido dissulfúrico HdoisSdoisOU7 e trissulfúrico HdoisS3OU10.

Em reações químicas de sulfonação

A sulfonação é um processo chave em aplicações industriais em grande escala para a fabricação de detergentes, surfactantes, corantes, pesticidas e produtos farmacêuticos..

O então3 serve como agente sulfonante para preparar óleos sulfonados e detergentes alquilarilsulfonados, entre muitos outros compostos. O seguinte mostra a reação de sulfonação de um composto aromático:

ArH + SO3 → ArSO3H

Sulfonação de benzeno com SO3. Pedro8410 [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]. Fonte: Wikimedia Commons.

Oleum ou SO podem ser usados ​​para reações de sulfonação.3 na forma de seus complexos com piridina ou com trimetilamina, entre outros.

Na extração de metais

SO gas3 Tem sido usado no tratamento de minerais. Óxidos simples de metais podem se tornar sulfatos muito mais solúveis tratando-os com SO3 em temperaturas relativamente baixas.

Minerais de sulfeto, como pirita (sulfeto de ferro), chalcosina (sulfeto de cobre) e milerita (sulfeto de níquel) são as fontes mais econômicas de metais não ferrosos, portanto, o tratamento com SO3 permite que esses metais sejam obtidos facilmente e com baixo custo.

Sulfuretos de ferro, níquel e cobre reagem com gás SO3 mesmo à temperatura ambiente, formando os respectivos sulfatos, que são muito solúveis e podem ser submetidos a outros processos para obtenção do metal puro.

Em vários usos

O então3 usado para preparar ácido clorossulfúrico, também chamado de ácido clorossulfônico HSO3Cl.

O trióxido de enxofre é um oxidante muito poderoso e é usado na fabricação de explosivos..

Riscos

Para a saúde

O então3 É um composto altamente tóxico por todas as vias, ou seja, inalação, ingestão e contato com a pele.

Membranas mucosas irritantes e corrosivas. Causa queimaduras na pele e nos olhos. Seus vapores são muito tóxicos quando inalados. Ocorrem queimaduras internas, falta de ar, dor no peito e edema pulmonar.

O trióxido de enxofre SO3 é muito corrosivo e perigoso. Autor: OpenIcons. Fonte: Pixabay.

É venenoso. Sua ingestão gera queimaduras graves na boca, esôfago e estômago. Além disso, é suspeito de ser cancerígeno.

De incêndio ou explosão

Representa risco de incêndio quando em contato com materiais de origem orgânica como madeira, fibras, papel, óleo, algodão, entre outros, principalmente se estiverem úmidos..

Também existe o risco de entrar em contacto com bases ou agentes redutores. Combina-se com água de forma explosiva, formando ácido sulfúrico.

O contato com metais pode produzir gás hidrogênio Hdois que é muito inflamável.

O aquecimento em potes de vidro deve ser evitado para prevenir uma possível ruptura violenta do recipiente..

Impacto ambiental

O então3 É considerado um dos principais poluentes presentes na atmosfera terrestre. Isso se deve ao seu papel na formação de aerossóis e sua contribuição para a chuva ácida (devido à formação do ácido sulfúrico HdoisSW4).

A chuva ácida danificou a floresta na República Tcheca. Lovecz [domínio público]. Fonte: Wikimedia Commons.

O então3 é formado na atmosfera pela oxidação do dióxido de enxofre SOdois. Ao formar o SO3 ele reage rapidamente com a água para formar ácido sulfúrico HdoisSW4. De acordo com estudos recentes, existem outros mecanismos de transformação de OS3 na atmosfera, mas devido à grande quantidade de água presente nela, ainda é considerado muito mais provável que SO3 torna-se principalmente HdoisSW4.

O então3 Os gases ou resíduos industriais gasosos que os contenham não devem ser descarregados na atmosfera por se tratar de um poluente perigoso. É um gás altamente reativo e, como já foi dito antes, na presença de umidade no ar, SO3 torna-se ácido sulfúrico HdoisSW4. Portanto, no ar o SO3 persiste na forma de ácido sulfúrico formando pequenas gotículas ou aerossol.

Se as gotículas de ácido sulfúrico entrarem no trato respiratório de humanos ou animais, elas aumentam rapidamente de tamanho devido à umidade presente, então têm a chance de penetrar nos pulmões. Um dos mecanismos pelos quais a névoa ácida de HdoisSW4 (ou seja, SO3) pode produzir forte toxicidade porque altera o pH extracelular e intracelular de organismos vivos (plantas, animais e humanos).

De acordo com alguns pesquisadores, nevoeiro de SO3 É a causa do aumento de asmáticos em uma área do Japão. TÃO nevoeiro3 Tem um efeito muito corrosivo para os metais, pelo que as estruturas metálicas construídas pelo homem, como algumas pontes e edifícios, podem ser gravemente afectadas..

O então3 O líquido não deve ser descartado em canos de esgoto ou esgoto. Se derramado em esgotos, pode criar risco de incêndio ou explosão. Se derramado acidentalmente, não direcione um jato de água para o produto. Nunca deve ser absorvido em serragem ou outro absorvente combustível, pois pode causar incêndios.

Deve ser absorvido em areia seca, terra seca ou outro absorvente inerte totalmente seco. O então3 Não deve ser lançado no meio ambiente e nunca deve ser permitido que entre em contato com ele. Deve ser mantido afastado de fontes de água, pois com isso produz ácido sulfúrico prejudicial aos organismos aquáticos e terrestres.

Referências

  1. Sarkar, S. et al. (2019). Influência da amônia e da água no destino do trióxido de enxofre na troposfera: investigação teórica das vias de formação do ácido sulfâmico e do ácido sulfúrico. J Phys Chem A. 2019; 123 (14): 3131-3141. Recuperado de ncbi.nlm.nih.gov.
  2. Muller, T.L. (2006). Ácido sulfúrico e trióxido de enxofre. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Volume 23. Recuperado de onlinelibrary.wiley.com.
  3. NÓS. Biblioteca Nacional de Medicina. (2019). Trióxido de enxofre. Recuperado de pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  4. Kikuchi, R. (2001). Gestão Ambiental da Emissão de Trióxido de Enxofre: Impacto do SO3 em Saúde Humana. Gestão Ambiental (2001) 27: 837. Recuperado de link.springer.com.
  5. Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Química Inorgânica Avançada. Quarta edição. John Wiley & Sons.
  6. Ismail, M.I. (1979). Extração de metais de sulfetos usando trióxido de enxofre em leito fluidizado. J. Chem. Tech. Biotechnol. 1979, 29, 361-366. Recuperado de onlinelibrary.wiley.com.

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