דו תחמוצת הגופרית (SO3): מבנה, תכונות, סיכונים, שימושים - כִּימִיָה - 2025

Trioxide גופרית הוא תרכובת אורגנית שנוצר מאיחוד של אטום גופרית (S) ו- 3 אטומי חמצן (O). הנוסחה המולקולרית שלו היא SO ₃ . בטמפרטורת החדר, SO ₃ הוא נוזל שמשחרר גזים לאוויר.

מבנה ה- SO ₃ הגזי שטוח וסימטרי. כל שלושת החמצן נמצאים באופן שווה סביב גופרית. SO ₃ מגיב באלימות עם מים. התגובה אקסותרמית, מה שאומר שחום מיוצר, במילים אחרות, הוא מתחמם מאוד.

מולקולת טריפיד גופרית SO ₃ . מחבר: Benjah-bmm27. מקור: Wikimedia Commons.

כאשר נוזל SO ₃ מתקרר, הוא הופך למוצק שיכול להכיל שלושה סוגים של מבנה: אלפא, בטא וגמא. היציבה ביותר היא אלפא, בצורה של שכבות המחוברות זו לזו ליצירת רשת.

טריוקסיד גופרית גזי משמש להכנת חומצה גופרתית גועשת, המכונה גם אולאום, בגלל דמיונה לשמן או לחומרים שמנוניים. אחת מהיישומים החשובים שלה היא בתחום הגופרית של תרכובות אורגניות, כלומר תוספת של -SO ₃ - קבוצות אליהם. לפיכך, ניתן להכין כימיקלים שימושיים כמו חומרי ניקוי, חומרי צבע, חומרי הדברה, רבים אחרים.

SO ₃ מסוכן מאוד, הוא יכול לגרום לכוויות קשות, נזק לעיניים ולעור. אין לשאוף אותו או להיבלע ממנו כיוון שהוא יכול לגרום למוות מכוויות פנימיות, בפה, הושט, הקיבה וכו '.

מסיבות אלה, יש לטפל בזה בזהירות רבה. אסור לו לבוא במגע עם מים או חומרים דליקים כמו עץ, נייר, בדים וכו ', מכיוון שיכולים להתרחש שריפות. אין להיפטר ממנה ולא להיכנס לביוב בגלל סכנת הפיצוץ.

אסור לשחרר את ה- SO ₃ הגזי שנוצר בתהליכים תעשייתיים לסביבה, מכיוון שהוא אחד האחראים לגשם החומצי שכבר פגע באזורים גדולים של יערות בעולם.

מִבְנֶה

למולקולה של טריפוקסיד גופרית SO ₃ במצב הגזי יש מבנה מישורי משולש.

משמעות הדבר היא כי גם הגופרית וגם שלושת האוקסיגנים נמצאים באותו מישור. יתר על כן, התפלגות אוקסיגנים וכל האלקטרונים היא סימטרית.

מבני התהודה של לואיס. אלקטרונים מופצים באופן שווה ב- SO ₃ . מחבר: מרילו סטאה.

במצב מוצק _ידועים שלושה סוגים של מבנה של SO ₃ : אלפא (α-SO ₃ ), בטא (β-SO ₃ ) וגמא (γ-SO ₃ ).

_צורת ה- y-SO _{3 של} הגמא מכילה טרימרים מחזוריים, כלומר שלוש יחידות של SO ₃ יחד ויוצרים מולקולה מחזורית או טבעתית.

מולקולה בצורת טבעת גמא גופרית מוצקה מסוג גמא. מחבר: מרילו סטאה.

בשלב ה- ß-SO _{3 של} ביתא יש שרשראות סליליות אינסופיות של טטרהדרים של הרכב SO ₄ המקושרים זה לזה.

מבנה שרשרת של טריאוקסיד גופרית מוצק מסוג בטא. מחבר: מרילו סטאה.

הצורה היציבה ביותר היא אלפא α-SO ₃ , דומה לבטא אך עם מבנה שכבתי, כאשר השרשראות מחוברות ליצירת רשת.

מִנוּחַ

- גופרית דו תחמוצתית

-חומצה גופריתית

תחמוצת גופרית

-SO ₃ gamma, γ-SO ₃

-SO ₃ בטא, β-SO ₃

-SO ₃ אלפא, α-SO ₃

תכונות גשמיות

מצב פיזי

בטמפרטורת החדר (סביב 25 מעלות צלזיוס) ולחץ אטמוספרי, SO ₃ הוא נוזל חסר צבע הפולט עשן לאוויר.

כאשר SO ₃ נוזלי טהור בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס, זהו תערובת של SO ₃ מונומרית (מולקולה יחידה) וטרימרית (3 מולקולות מחוברות) עם הנוסחה S ₃ O ₉ , הנקראת גם SO ₃ gamma γ-SO ₃ .

בעת הורדת הטמפרטורה, אם ה- SO ₃ טהור כשהוא מגיע ל -16.86 מעלות צלזיוס, הוא מתמצק או קופא ל- γ-SO ₃ , המכונה גם "קרח SO ₃ ".

אם הוא מכיל כמויות קטנות של לחות (אפילו עקבות או כמויות קטנות מאוד), אז ₃ polymerizes אל בטא β-SO ₃ הטופס שבו צורות גבישים עם ברק משיי.

ואז נוצרים קשרים נוספים, המייצרים את מבנה אלפא α-SO ₃ , שהוא מוצק גבישי דמוי מחט הדומה לאסבסט או אסבסט.

כאשר אלפא ובטא מתמזגות הם יוצרים גמא.

משקל מולקולרי

80.07 גרם / מול

נקודת המסה

SO ₃ גמא = 16.86 ºC

נקודה משולשת

זוהי הטמפרטורה בה נמצאים שלושת המצבים הפיזיים: מוצק, נוזל וגז. בצורה האלפא נקודת המשולש היא 62.2 מעלות צלזיוס ובבטא היא 32.5 מעלות צלזיוס.

לחימום צורת האלפא יש נטייה גדולה יותר לסובלימציה מאשר להמיס. המשמעות של סובלימציה היא לעבור ישירות מהמוצק למצב הגזי, מבלי לעבור למצב הנוזלי.

נקודת רתיחה

כל צורות ה- SO ₃ מרתיחים בחום של 44.8 מעלות צלזיוס.

צְפִיפוּת

הנוזל SO ₃ (גמא) הוא בעל צפיפות של 1.9225 גרם / ס"מ ³ בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס.

SO ₃ גזי צפיפות של 2.76 ביחס לאוויר (אוויר = 1), מה שמצביע על כך שהוא כבד יותר מאוויר.

לחץ אדים

SO ₃ אלפא = 73 מ"מ הספ"ג בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס

SO ₃ בטא = 344 מ"מ הס"ג בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס

SO ₃ gamma = 433 מ"מ Hg ב 25 מעלות צלזיוס

המשמעות היא שצורת הגמא נוטה להתנדף ביתר קלות מצורת בטא ובטא מאשר אלפא.

יַצִיבוּת

צורת האלפא היא המבנה הכי יציב, האחרים הם גרועים, כלומר הם פחות יציבים.

תכונות כימיות

SO ₃ מגיב במרץ עם מים כדי לתת חומצה גופרתית H ₂ SO ₄ . כאשר מגיבים, נוצר חום רב כך שאדי מים משתחררים במהירות מהתערובת.

כאשר הוא נחשף לאוויר, SO ₃ סופח לחות במהירות, ופולט אדים צפופים.

זהו חומר התייבשות חזק מאוד, זה אומר שהוא מסיר מים בקלות מחומרים אחרים.

לגופרית ב- SO ₃ יש זיקה לאלקטרונים חופשיים (כלומר אלקטרונים שאינם בקשר בין שני אטומים) ולכן היא נוטה ליצור קומפלקסים עם תרכובות שיש להם, כמו פירידין, טרימתילמין או דיוקסאן.

מתחם בין טריפוקסיד גופרית לפירידין. בנג'ה-bmm27. מקור: Wikimedia Commons.

על ידי יצירת קומפלקסים, גופרית "שואלת" אלקטרונים מהמתחם האחר כדי למלא את חסרונם. במתחמים אלה, המשמשים בתגובות כימיות לאספקת SO _3, קיים עדיין גוון דו-חמצני .

זהו ריאגנט עוצמתי עוצמתי לתרכובות אורגניות, מה שאומר שהוא משמש להוסיף בקלות קבוצה - SO ₃ למולקולות.

זה מגיב בקלות עם תחמוצות של מתכות רבות כדי לתת סולפטים של מתכות אלה.

זה מאכל למתכות, רקמות מן החי והצומח.

SO ₃ הוא חומר שקשה לטפל בו מכמה סיבות: (1) נקודת הרתיחה שלו נמוכה יחסית, (2) יש לו נטייה ליצור פולימרים מוצקים בטמפרטורות הנמוכות מ -30 מעלות צלזיוס ו (3) יש לה תגובתיות גבוהה כלפי כמעט כל חומרים אורגניים ומים.

עלול לבצע פילמור בפיצוץ נפץ אם הוא אינו מכיל מייצב ויש לחות. מייצבים דימתיל סולפט או תחמוצת בורון.

להשיג

זה מתקבל על ידי התגובה בחום של 400 מעלות צלזיוס בין דו תחמוצת הגופרית SO ₂ לחמצן מולקולרי O ₂ . עם זאת, התגובה איטית מאוד ונדרשים זרזים להגדלת קצב התגובה.

2 SO ₂ + O ₂ ⇔ 2 SO ₃

בין התרכובות המזרזות תגובה זו נמנים Pt מתכת פלטינה, פנאקסיד ונדיום V ₂ O ₅ , תחמוצת הברזל Fe ₂ O ₃ ותחמוצת החנקן NO.

יישומים

בהכנת אולאום

אחת היישומים העיקריים שלה מורכבת בהכנת אולאום או חומצה גופרתית גועשת, המכונה מכיוון שהיא פולטת אדים הנראים לעין בלתי מזוינת. כדי להשיג זאת, SO ₃ נספג בחומצה גופרתית מרוכזת H ₂ SO ₄ .

אולאום או חומצה גופרתית גועשת. אתה יכול לראות את העשן הלבן יוצא מהבקבוק. וו. Oelen. מקור: Wikimedia Commons.

הדבר נעשה מגדלי נירוסטה מיוחדים שבו החומצה הגופרתית המרוכזת (שהוא נוזלי) יורדת ואת הגזים SO ₃ עולים.

הנוזל והגז באים במגע ונפגשים זה בזה ויוצרים אוליום שהוא נוזל למראה שומני. יש לו תערובת של H ₂ SO ₄ ו- SO ₃ , אך יש בה גם מולקולות של חומצה דיספורפורית H ₂ S ₂ O ₇ וחומצה טריסולפורית H ₂ S ₃ O ₁₀ .

בתגובות כימיות

Sulfonation הוא תהליך מפתח ביישומים תעשייתיים רחבי היקף לייצור חומרי ניקוי, פעילי שטח, צבעים, חומרי הדברה ותרופות.

SO ₃ משמש כחומר sulfonating להכנת שמנים סולפונטים וחומרי ניקוי אלקיל-אריל-סולפונטיים, בין תרכובות רבות אחרות. להלן התגובה הגופרית של תרכובת ארומטית:

ArH + SO ₃ → ArSO ₃ H

סולפונציה של בנזן עם SO ₃ . Pedro8410. מקור: Wikimedia Commons.

לתגובות הסולפונציה ניתן להשתמש באולאום או ב- SO ₃ בצורה של קומפלקסים שלה עם פירידין או עם טרימתילמין, בין היתר.

במיצוי מתכות

גז SO ₃ שימש לטיפול במינרלים. ניתן להמיר תחמוצות פשוטות של מתכות לסולפטים המסיסים בהרבה על ידי טיפול בהן ב- SO ₃ בטמפרטורות נמוכות יחסית.

מינרלים סולפידים כמו פיריט (סולפיד ברזל), כלקוזין (נחושת גופרתי) ומילרט (ניקל סולפיד) הם המקורות החסכוניים ביותר למתכות לא ברזליות, ולכן הטיפול ב- SO ₃ מאפשר להשיג מתכות אלו בקלות. ובעלות נמוכה.

ברזל, ניקל ונחושת גופרתית מגיבים עם גז SO ₃ אפילו בטמפרטורת החדר ויוצרים את הסולפטים המתאימים, שהם מסיסים מאוד ויכולים להיות נתונים לתהליכים אחרים להשגת המתכת הטהורה.

בשימושים שונים

SO ₃ משמש להכנת חומצה כלור- גופרתית, הנקראת גם חומצה כלורוסולפונית HSO ₃ Cl.

דו תחמוצת הגופרית הנו חמצן חזק מאוד ומשמש לייצור חומרי נפץ.

סיכונים

לבריאות

SO ₃ הוא תרכובת רעילה ביותר בכל הדרכים, כלומר שאיפה, בליעה ומגע עם העור.

מרגיז ומרקיע קרומים ריריים. גורם לכוויות בעור ובעיניים. אדיו רעילים מאוד בעת שאיפה. כוויות פנימיות, קוצר נשימה, כאבי חזה ובצקת ריאות.

גופרית דו-חמצנית SO3 מאכלת ומסוכנת מאוד. מחבר: OpenIcons. מקור: Pixabay.

זה רעיל. בליעתו מייצרים כוויות קשות בפה, בוושט ובבטן. יתר על כן, על פי החשד, הוא מסרטן.

מאש או מפיצוץ

זה מייצג סכנת שריפה בעת מגע עם חומרים ממקור אורגני כמו עץ, סיבים, נייר, שמן, כותנה, בין היתר, במיוחד אם הם רטובים.

קיים גם סיכון אם אתה בא במגע עם בסיסים או חומרי צמצום. הוא משלב עם מים באופן נפץ ויוצר חומצה גופרתית.

מגע עם מתכות יכול להפיק גז מימן H ₂ שהוא דליק מאוד.

יש להימנע מחימום בצנצנות זכוכית על מנת למנוע קרע אלים אפשרי במכולה.

השפעה על הסביבה

SO ₃ נחשב לאחד המזהמים העיקריים הקיימים באטמוספירה של כדור הארץ. זה נובע מתפקידה בהיווצרות אירוסולים ותרומתו לגשם חומצי (עקב היווצרות חומצה גופרתית H ₂ SO ₄ ).

יער שנפגע מגשם חומצי בצ'כיה. לובץ '. מקור: Wikimedia Commons.

SO ₃ נוצר באטמוספרה על ידי חמצון דו תחמוצת הגופרית SO ₂ . כאשר נוצרת SO ₃ , הוא מגיב במהירות עם מים ליצירת חומצה גופרתית H ₂ SO ₄ . על פי מחקרים שנערכו לאחרונה, ישנם מנגנונים אחרים להפיכת SO ₃ באטמוספירה, אך בשל כמות המים הגדולה שנמצאת באטמוספרה, עדיין נחשב סביר הרבה יותר ש- SO ₃ הופך בעיקר ל- H ₂ SO ₄ .

SO ₃ גז או פסולת תעשייתית גזים המכילה אותו אסור משוחררת לאטמוספרה כי זה מזהם ומסוכן. זהו גז ריאקטיבי ביותר וכאמור, בנוכחות לחות באוויר, SO ₃ הופכת לחומצה גופרתית H ₂ SO ₄ . לכן, באוויר, SO ₃ נמשכת בצורה של חומצה גופרתית ויוצרת טיפות או תרסיסים קטנים.

אם טיפות חומצות גופרתיות נכנסות לדרכי הנשימה של בני אדם או בעלי חיים, הן גדלות במהירות בגודלן בגלל הלחות הקיימת שם, כך שיש להן סיכוי לחדור לריאות. אחד המנגנונים שבאמצעותם ערפל החומצה של H ₂ SO ₄ (כלומר, SO ₃ ) יכול לייצר רעילות חזקה הוא מכיוון שהוא משנה את רמת החומציות החוץ-תאית והתוך-תאית של יצורים חיים (צמחים, בעלי חיים ובני אדם).

על פי כמה חוקרים, ערפל SO ₃ הוא הגורם לעלייה בחולי אסטמה באזור יפן. לערפל SO ₃ יש השפעה קורוזיבית מאוד כלפי מתכות, כך שמבני מתכת שנבנו על ידי בני אדם כמו כמה גשרים ומבנים יכולים להיפגע קשה.

אסור לזרוק את הנוזל SO ₃ בביוב או בביוב. אם נשפך לביוב, הדבר עלול ליצור סכנת שריפה או פיצוץ. אם נשפך בטעות, אל תכוון זרם מים אל המוצר. אסור לספוג אותו בנסורת או בספיגה דליקה אחרת, מכיוון שהוא יכול לגרום לשריפות.

עליו להיספג בחול יבש, באדמה יבשה או בספיגה אינרטית יבשה לחלוטין. אסור לשחרר SO ₃ לסביבה ולעולם אסור לאפשר לו לבוא איתו במגע. יש להרחיק אותו ממקורות מים מכיוון שבעזרתה היא מייצרת חומצה גופרתית המזיקה לאורגניזמים מימיים ויבשתיים.

הפניות

1. סרקר, ש 'ואח'. (2019). השפעת אמוניה ומים על גורלו של גופרית דו תחמוצתית בטרופוספירה: חקירה תיאורטית של מסלולי היווצרות חומצה גופרתית. J Phys Chem A. 2019; 123 (14): 3131-3141. התאושש ב- ncbi.nlm.nih.gov.
2. מולר, TL (2006). חומצה גופרתית וטריפוקסיד גופרית. אנציקלופדיה לטכנולוגיה כימית של קירק-אומר. כרך 23. התאושש מ- onlinelibrary.wiley.com.
3. הספרייה הלאומית לרפואה בארה"ב. (2019). דו תחמוצת הגופרית. התאושש מ- pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
4. Kikuchi, R. (2001). ניהול סביבתי של פליטת גופרית דו תחמוצתית: השפעת SO ₃ על בריאות האדם. ניהול סביבתי (2001) 27: 837. התאושש מ- link.springer.com.
5. כותנה, פ. אלברט ווילקינסון, ג'פרי. (1980). כימיה אורגנית מתקדמת. גרסה רביעית. ג'ון וויילי ובניו.
6. איסמעיל, מישיגן (1979). מיצוי מתכות מגופרית באמצעות טריפיד גופרית במיטה נוזלית. ג'יי.כימ טק. ביוטכנולוגיה. 1979, 29, 361-366. התאושש מ- onlinelibrary.wiley.com.