Оксид серы(VI)

У этого термина существуют и другие значения, см. Оксид серы.

Окси́д се́ры(VI) (се́рный ангидри́д, трёхо́кись се́ры, се́рный газ) — высший оксид серы. Ангидрид серной кислоты. В обычных условиях легколетучая бесцветная жидкость с удушливым запахом. Весьма токсичен. При температурах ниже 16,9 °C застывает с образованием смеси различных кристаллических модификаций твёрдого SO₃.

Оксид серы​(VI)​
Кристаллы трёхокиси серы в ампуле
Общие
Систематическое наименование	Оксид серы​(VI)​
Хим. формула	SO3
Физические свойства
Состояние	бесцветная жидкость
Молярная масса	80,06 г/моль
Плотность	1,92 (жидкость)
Энергия ионизации	12,8 эВ[1]
Термические свойства
Температура
• плавления	16,83 °C
• кипения	44,9 °C
Энтальпия
• образования	-395,8 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость
• в воде	реагирует с образованием серной кислоты
Классификация
Рег. номер CAS	[7446-11-9]
PubChem	24682
Рег. номер EINECS	231-197-3
SMILES	O=S(=O)=O
InChI	InChI=1S/O3S/c1-4(2)3 AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N
RTECS	WT4830000
ChEBI	29384
ChemSpider	23080
Безопасность
ЛД50	100—140 мг/кг
Токсичность	Высокоопасное, токсичное вещество, 2 класс опасности по степени воздействия на организм. Действует на ЦНС, почки, печень. Вредно при вдыхании.
Пиктограммы СГС
NFPA 704	0 3 3 OX
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Получение

Окислением оксида серы(IV) кислородом воздуха при температуре 400—500 °C, в присутствии катализатора (V₂O₅, Pt, NaVO₃, Fe₂O₃):

${\displaystyle {\ce {2SO2{}+O2->[{\ce {400-500^{o}C,\ V2O5,\ Pt,\ NaVO3,\ Fe2O3}}]2SO3}}}$.

Окислением SO₂ диоксидом азота (нитрозный метод получения серной кислоты):

${\displaystyle {\ce {SO2 + NO2 -> SO3 + NO}}}$.

Можно получить пиролизом сульфатов:

${\displaystyle {\ce {Fe2(SO4)3 ->[^ot] Fe2O3 + 3 SO3}}}$.

Или взаимодействием SO₂ с озоном. Озон образуется из кислорода под действием ультрафиолета.

${\displaystyle {\ce {3 O2 ->[{\ce {UV}}] 2 O3,}}}$

${\displaystyle {\ce {SO2 + O3 -> SO3 + O2 ^}}}$.

Вещество также может быть получено нагреванием гидросульфата натрия. В качестве промежуточного продукта, образуется пиросульфат натрия. Первая реакция происходит при температурах около 320 °C, вторая при 440—460 °C:

1. ${\displaystyle {\ce {2NaHSO4 -> Na2S2O7 + H2O}}}$
2. ${\displaystyle {\ce {Na2S2O7 -> Na2SO4 + SO3}}}$

Физические свойства

Пространственная модель молекулы γ-SO₃

Оксид серы(VI) — в обычных условиях легколетучая бесцветная жидкость с удушающим запахом.

Находящиеся в газовой фазе молекулы SO₃ имеют плоское тригональное строение с симметрией D_3h (угол OSO = 120°, d(S-O) = 141 пм). При переходе в жидкое и кристаллическое состояния образуются циклический тример и зигзагообразные цепи. Тип химической связи в молекуле: ковалентная полярная химическая связь.

Твёрдый SO₃ существует в α-, β-, γ- и δ-формах, с температурами плавления соответственно 16,8, 32,5, 62,3 и 95 °C и различающихся по форме кристаллов и степени полимеризации SO₃. α-Форма SO₃ состоит преимущественно из молекул триме́ра. Другие кристаллические формы серного ангидрида состоят из зигзагообразных цепей: изолированных у β-SO₃, соединенных в плоские сетки у γ-SO₃ или в пространственные структуры у δ-SO₃. При охлаждении из пара сначала образуется бесцветная, похожая на лёд, неустойчивая α-форма, которая постепенно переходит в присутствии влаги в устойчивую β-форму — белые «шёлковистые» кристаллы, похожие на асбест. Обратный переход β-формы в α-форму возможен только через газообразное состояние SO₃. Обе модификации на воздухе «дымят» (образуются капельки H₂SO₄) вследствие высокой гигроскопичности SO₃. Взаимный переход в другие модификации протекает очень медленно. Разнообразие форм триоксида серы связано со способностью молекул SO₃ полимеризоваться благодаря образованию донорно-акцепторных связей. Полимерные структуры SO₃ легко переходят друг в друга, и твердый SO₃ обычно состоит из смеси различных форм, относительное содержание которых зависит от условий получения серного ангидрида.

Химические свойства

SO₃ — типичный кислотный оксид, ангидрид серной кислоты. Его химическая активность достаточно велика.

При взаимодействии с водой образует серную кислоту:

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

в этой реакции серная кислота образуется в виде аэрозоля, поэтому в промышленности оксид серы(VI) растворяют в серной кислоте с образованием олеума, который далее растворяют в воде до образования серной кислоты нужной концентрации.

Взаимодействует с основаниями:

${\displaystyle {\ce {2 KOH + SO3 -> K2SO4 + H2O,}}}$

а также с оксидами:

${\displaystyle {\ce {CaO + SO3 -> CaSO4}}}$.

SO₃ сильный окислитель, обычно в реакциях восстанавливается до диоксида серы:

${\displaystyle {\ce {5 SO3 + 2 P -> P2O5 + 5 SO2 ^ ,}}}$

${\displaystyle {\ce {3 SO3 + H2S -> 4 SO2 ^ + H2O,}}}$

${\displaystyle {\ce {2 SO3 + 2 KI -> SO2 ^ + I2 + K2SO4}}}$.

При взаимодействии с хлороводородом образуется хлорсульфоновая кислота:

${\displaystyle {\ce {SO3 + HCl -> HSO3Cl}}}$.

Также взаимодействует с двухлористой серой и хлором, образуя тионилхлорид:

${\displaystyle {\ce {SO3 + Cl2 + 2 SCl2 -> 3 SOCl2}}}$.

Применение

Серный ангидрид в основном используют в производстве серной кислоты и в металлургии.

Физиологическое действие

Триоксид серы — токсичное вещество, поражает слизистые оболочки и дыхательные пути, разрушает органические соединения. Хранят в запаянных стеклянных сосудах.

Литература

• Ахметов Н. С. «Общая и неорганическая химия» М.: Высшая школа, 2001.
• Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. «Общая и неорганическая химия» М.: Химия 1994.