Anidride solforica

Il triossido di zolfo o anidride solforica è un composto chimico corrosivo che reagendo con acqua produce acido solforico, essendo la sua anidride. Esiste in tre forme: le forme α e β sono dei solidi in condizioni normale, mentre la forma γ è un liquido. Il triossido di zolfo gassoso presente nell'atmosfera rappresenta la causa primaria delle piogge acide.

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Anidride solforica
modello tridimensionale
Cristalli di anidride solforica
Nome IUPAC
triossido di zolfo
Nomi alternativi
anidride solforica
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	SO3
Massa molecolare (u)	80,06
Aspetto	solido cristallino incolore (forma α)
Numero CAS	7446-11-9
Numero EINECS	231-197-3
PubChem	24682
SMILES	O=S(=O)=O
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)	1,97 (forma γ)
Solubilità in acqua	reagisce
Temperatura di fusione	62,2 °C (335,35 K) (forma α)
Temperatura di ebollizione	decompone a 50 °C (323,15 K) (forma α)
Tensione di vapore (Pa) a 293,15 K	37333 (forma γ)
Proprietà termochimiche
ΔfH0 (kJ·mol−1)	−397,77
S0m(J·K−1mol−1)	256,77
C0p,m(J·K−1mol−1)	24,02
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
pericolo
Frasi H	271 - 314 - 330 - 350
Consigli P	201 - 220 - 260 - 280 - 284 - 305+351+338 [1]

Dal punto di vista strutturale si tratta di una molecola trigonale planare (stato gassoso) ipervalente. Il doppio legame S=O misura 142 pm.

Forme strutturali

Modello a sfere e bastoncini di γ-SO₃

La molecola γ-SO₃ rappresenta un trimero ciclico con punto di fusione 16,8 °C. La forma α-SO₃ è di aspetto fibroso e strutturalmente è un polimero alle cui estremità presenta gruppi OH. È un solido con punto di fusione 62,3 °C. La molecola β-SO₃ è un solido dall'aspetto simile alla forma α, ma è un idrossi-polimero che fonde a 32,5 °C. Le forme β e γ hanno punto di ebollizione 44,45 °C, mentre la forma α si decompone a 50 °C. β-SO₃ e γ-SO₃ sono instabili e tendono a convertirsi in α-SO₃ per la presenza di tracce di acqua.^[2]

Il riscaldamento dell'anidride solforica α fino al suo punto di fusione provoca un improvviso aumento della pressione di vapore in grado di generare quella che viene definita "esplosione alfa".

L'anidride solforica è fortemente igroscopica e il calore di idratazione sviluppato è in grado di infiammare materiali quali il legno e il cotone.^[2]

Proprietà chimiche

La reazione di formazione di una mole di anidride solforica (P = 1 atm, T = 298,15 K) a partire dagli elementi nei rispettivi stati standard è:

${\displaystyle {\ce {S(s) + 3/2O2 (g) -> SO3 (g)}}}$

che condotta in una bomba calorimetrica (a volume costante), sviluppa 397 kJ per ogni mole di SO₃ che si forma.

L'anidride solforica reagisce con l'acqua producendo acido solforico:

${\displaystyle {\ce {SO3 + H2O -> H2SO4}}}$

con sviluppo di 87,895 kJ/mol. Alla temperatura di circa 340 °C si instaura un equilibrio in cui tutte e tre le specie sono presenti in concentrazioni significative.

Il triossido di zolfo reagisce col dicloruro di zolfo producendo l'importante reagente cloruro di tionile:

${\displaystyle {\ce {SO3 + SCl2 -> SOCl2 + SO2}}}$

L'equilibrio di dissociazione gassosa

${\displaystyle {\ce {SO3 (g) <=> SO2 (g) + 1/2 O2 (g)}}}$

assume un ruolo di un certo rilievo termodinamico a temperature superiori a 779 °C.

Reagisce con i solfiti per dare tiosolfati.

Sintesi e usi

A livello di laboratorio è possibile ottenere l'anidride solforica effettuando la pirolisi del bisolfato di sodio, processo che consta in due stadi in cui l'intermedio di reazione è il pirosolfato di sodio:

a T = 315 °C:

${\displaystyle {\ce {2 NaHSO4 -> Na2S2O7 + H2O}}}$

a T = 460 °C:

${\displaystyle {\ce {Na2S2O7 -> Na2SO4 + SO3}}}$

La sintesi industriale prevede invece l'ossidazione dell'anidride solforosa prodotta normalmente dalla combustione della pirite o dello zolfo, con ossigeno atmosferico a temperature comprese tra i 400-600 °C e in presenza dei catalizzatori pentossido di vanadio (V₂O₅) o platino.

Gli usi principali riguardano la sintesi dell'acido solforico e dell'oleum; nel primo caso il gas viene assorbito in torri contenenti una soluzione concentrata di acido solforico al 98-98,3% se si vuole ottenere acido solforico al 100% mentre nel secondo caso si è soliti utilizzare acido solforico puro. Il triossido di zolfo viene anche utilizzato come agente solfonante in particolare nell'industria dei coloranti.

In alternativa, è possibile sintetizzare l'anidride solforica in laboratorio attraverso il riscaldamento di una miscela di anidride fosforica e acido solforico, secondo il seguente equilibrio:

${\displaystyle {\ce {3 H2SO4 + P2O5 ->2 H3PO4 + 3 SO3}}}$

Il risultato sarà anidride solforica gassosa, che per l'utilizzo deve essere quindi condensata, e acido fosforico.

Precauzioni e rischi

L'anidride solforica è un composto chimico molto pericoloso a causa della sua reattività.

Essa infatti fuma fortemente all'aria ed esercita un'energica azione disidratante su molte sostanze organiche, carbonizzandole. Se inalata, può reagire con l'acqua delle mucose nasali e della saliva trasformandola in acido solforico (H2SO4).

Può inoltre provocare il cancro (H350).