Óxido de Azufre (VI)
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El Óxido de Azufre (VI) es un líquido oleoso, transparente e incoloro. No obstante, puede exhibir una leve opacidad y adquirir un color blanco opaco a marrón claro. En condiciones normales de manipulación, el SO3 y los óleums tienen una presión de vapor elevada, los humos del SO3 reaccionan con la humedad ambiente para producir nubes blancas y densas de niebla de ácido sulfúrico.
Sumario
Propiedades
Es el producto de la oxidación del óxido de azufre (IV) con oxígeno en presencia de un catalizador como el pentóxido de vanadio o de platino. Es producido a gran escala como precursor del ácido sulfúrico.
Es un gas incoloro y muy reactivo que puede condensarse fácilmente hasta formar un líquido (Punto de ebullición = 44,8 ºC). En condiciones normales no se encuentra SO3 en la atmósfera debido a que reacciona rápidamente, con la humedad, formando H2SO4
Altamente oxidante, es reducido por el hidrógeno y el platino.
Fuentes de emisión
La combustión de cualquier sustancia que contenga azufre, producirá SO2 y SO3. La cantidad relativa de óxidos superior e inferior formados no depende demasiado de la cantidad de oxígeno presente (a diferencia de los óxidos de carbono) . El dióxido siempre se forma en cantidades superiores en las condiciones de cualquier combustión. La cantidad de SO3 producida depende de las condiciones de la reacción, especialmente de la temperatura y oscila entre el 1% y el 10% de los óxidos de azufre producidos.
Su origen principalmente está en dos causas:
- Oxidación homogénea del SO2
- Descomposición de los sulfatos presentes en los combustibles.
De ellas, la oxidación homogénea del SO2 es la principal, por lo que podemos considerar el SO3 como contaminante secundario.
Estructura
La forma gaseosa es una molécula trigonal plana de simetría D3h, como predice la teoría TREPEV. En la molécula del SO3, el átomo de azufre tiene un número de oxidación de +6, con una carga formal de 0, y está rodeado de 6 pares de electrones. Desde la perspectiva de la teoría de orbitales moleculares, la mayor parte de estos pares de electrones son no-enlazantes, comportamiento típico de las moléculas hipervalentes.
Estructura del sólido SO3
La naturaleza del sólido SO3, es una sorprendente área compleja porque su estructura cambia debido a trazas de agua.1 En la condensación del gas absolutamente puro, el óxido de azufre (IV) condensa en un trímero llamado γ-SO3. Esta forma molecular es un sólido sin color con un punto de fusión de 16.8ºC y adopta una estructura cíclica descrita como [S(=O)2(μ-O)]3.2 Si el óxido de azufre (IV) condensa alrededor de 27ºC, se produce α-SO3 de apariencia fibrosa, parecida a los asbestos (con los que no guarda relación química). Estructuralmente es el polímero [S(=O)2(μ-O)]n. La cadena termina por ambos extremos con grupos OH (de ahí que el α-SO3 no es realmente una forma del SO3). β-SO3, al igual que la forma alfa, es de aspecto fibroso pero tiene distinto peso molecular, consistente en un polímero hidroxilo que funde a 32.5ºC. Las formas gamma y beta son metaestables, que finalmente pasan a la forma estable alfa si se deja el suficiente tiempo. Esta conversión esta causada por trazas de agua.3 Las presiones relativas del óxido de azufre (IV) sólido son alpha < beta < gamma, tal y como indica su peso molecular relativo. La forma líquida del óxido de azufre (IV) coincide con la forma gamma. De modo que, calentando un cristal de α-SO3 hasta su punto de fusión, causa un aumento repentino de la presión de vapor, que puede ser tan potente como para hacer añicos el recipiente de cristal en el cual ha sido calentado. Este efecto se conoce como la “explosión alfa”3 SO3 es agresivamente higroscópico. De hecho, el calor de hidratación de las mezclas de óxido de azufre (IV) y madera o algodón pueden arder, ya que el SO3 deshidrata a los carbohidratos.
Propiedades químicas
En presencia de agua reaccióna violentamente dando lugar a la formación de ácido sulfúrico, haciendo que sea altamente corrosivo. El SO3 es el anhídrido ácido del H2SO4, de manera que se produce la siguiente reacción:
SO3(l) + H2O(l) → H2SO4(l) (+88 kJ mol−1)
La reacción es rápida y exotérmica. Alrededor de 340ºC, el ácido sulfúrico, el óxido de azufre (VI) y el agua coexisten en concentraciones significativas de equilibrio. El óxido de azufre (IV) también reacciona con cloruro de azufre (II) para producir cloruro de tionilo
SO3 + SCl2 → SOCl2 + SO2
El óxido de azufre (IV) puede ser preparado en laboratorio por pirólisis en dos etapas a partir de hidrogenosulfato de sodio
1) Deshidratación
2 NaHSO4 → Na2S2O7 + H2O a 315°C
2) Cracking
Na2S2O7 → Na2SO4 + SO3 a 460°C
Este método funcionar para otros hidrogenosulfatos metálicos, siendo el factor controlante la estabilidad de la sal intermedia del pirosulfato.
Industrialmente, el óxido de azufre (VI) se obtiene por proceso de contacto. El óxido de azufre (VI), obtenido generalmente quemando azufre o pirita, primero es purificado por precipitación electroestática. El óxido de azufre (VI) purificada es oxidado en atmósfera de oxígeno a 400-600ºC sobre un catalizador de pentóxido de vanadio V2O5 activado con óxido de potasio K2O en soporte de sílice o de Kieselguhr. Con platino también funciona muy bien pero es demasiado caro y es más fácilmente contaminado por impurezas.
La mayoría del óxido de azufre (VI) hecho de esta manera es convertido en ácido sulfúrico, pero no por adición directa de agua, con la que formaría vapores; sino por absorción en ácido sulfúrico concentrado y dilución con agua del oleum producido.
Fuente
- KLEINBERG,JW.J.ARGERSINGER y K.GRISWOLD: Química Inorgánica, traducido por Beltrán. Editorial Reverte S.S Barcelona,1972.
- KARAPETIANS,M.J.y S.I.DRAKIN: Estructura de la sustancia. Editorial Mir, Moscú, 1974.
- KONDRATYEV,V: The structure of Atoms and Molecules. Traducido por G.Yankovsky.Editorial Mir, Moscú, 1967.
