Оксид серы(VI)

Оксид серы(VI)
Общие
Систематическое наименование	Оксид серы (VI)
Хим. формула	SO3
Физические свойства
Состояние	бесцветная жидкость
Молярная масса	80.06 г/моль
Плотность	1.92 г/см³
Термические свойства
Т. плав.	16,9 °C
Т. кип.	45 °C
Энтальпия образования	−397.77 кДж/моль
Классификация
Рег. номер CAS	[7446-11-9]
PubChem	24682
Рег. номер EINECS	231-197-3
SMILES	O=S(=O)=O
RTECS	WT4830000
Безопасность
ЛД50	510 мг/кг
Токсичность	0 3 3 OX
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Окси́д се́ры (VI) (се́рный ангидри́д, трео́кись се́ры, се́рный га́з) SO₃ — высший оксид серы, тип химической связи: ковалентная полярная химическая связь. В обычных условиях легколетучая бесцветная жидкость с удушающим запахом. При температурах ниже 16,9 °C застывает с образованием смеси различных кристаллических модификаций твёрдого SO₃.

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.

Пространственная модель молекулы γ-SO₃

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.

Получение

Получают, окисляя оксид серы (IV) кислородом воздуха при нагревании, в присутствии катализатора (V₂O₅, Pt, NaVO₃ или оксид железа(III) Fe₂O₃):

Можно получить термическим разложением сульфатов:

$\mathsf{Fe_2(SO_4)_3 \xrightarrow[]{^ot} Fe_2O_3 + 3SO_3}$

или взаимодействием SO₂ с озоном:

$\mathsf{SO_2 + O_3 \rightarrow SO_3 + O_2}$

Для окисления SO₂ используют также NO₂:

$\mathsf{SO_2 + NO_2 \rightarrow SO_3 + NO}$

Эта реакция лежит в основе исторически первого, нитрозного способа получения серной кислоты.

Химические свойства

1. Кислотно-основные: SO₃ — типичный кислотный оксид, ангидрид серной кислоты. Его химическая активность достаточно велика. При взаимодействии с водой образует серную кислоту:

$\mathsf{SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4}$

Однако в данной реакции серная кислота образуется в виде аэрозоля, и 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:

$\mathsf{2KOH + SO_3 \rightarrow K_2SO_4 + H_2O}$

и оксидами:

$\mathsf{CaO + SO_3 \rightarrow CaSO_4}$

SO₃ растворяется в 100%-й серной кислоте, образуя олеум.

'2'. Окислительно-восстановительные: SO₃ характеризуется сильными окислительными свойствами, восстанавливается, обычно, до сернистого ангидрида:

$\mathsf{5SO_3 + 2P \rightarrow P_2O_5 + 5SO_2}$

$\mathsf{3SO_3 + H_2S \rightarrow 4SO_2 + H_2O}$

$\mathsf{2SO_3 + 2KI \rightarrow SO_2 + I_2 + K_2SO_4}$

3. При взаимодействии с хлороводородом образуется хлорсульфоновая кислота:

$\mathsf{SO_3 + HCl \rightarrow HSO_3Cl}$

Также взаимодействует с двухлористой серой и хлором, образуя тионилхлорид:

$\mathsf{SO_3 + Cl_2 + 2SCl_2 \rightarrow 3SOCl_2}$

Применение

Серный ангидрид используют в основном в производстве серной кислоты.

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