Προβολή πηγαίου κώδικα για τη σελίδα Τριοξείδιο του θείου

[[Αρχείο:Sulfur-trioxide-3D-vdW.png|thumb|right|155px|Το μόριο του τριοξειδίου του θείου]]
Το '''τριοξείδιο του [[θείο]]υ''', γνωστό και ως ο '''ανυδρίτης του θειικού οξέος''', είναι [[Ανόργανη ένωση|ανόργανη]] [[χημική ένωση]] με μοριακό τύπο '''SO<sub>3</sub>'''. Αιωρούμενο στη γήινη ατμόσφαιρα, το τριοξείδιο του θείου αποτελεί σημαντικό ατμοσφαιρικό ρύπο και είναι το κυριότερο αίτιο για την [[όξινη βροχή]]<ref>{{cite journal
| title = Toward elimination of descrepancies between theory and experiment: The rate constant of the atmospheric conversion of SO<sub>3</sub> to H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
| author = Thomas Loerting, Klaus R. Liedl
| journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
| year = 2000
| volume = 97
| issue = 16
| pages = 8874–8878
| doi = 10.1073/pnas.97.16.8874
}}</ref>. Παράγεται σε βιομηχανική κλίμακα ως πρόδρομη ένωση του [[Θειικό οξύ|θειικού οξέος]].

==Δομή και χημικοί δεσμοί==
Το αέριο SO<sub>3</sub> έχει τριγωνικό, επίπεδο μόριο με συμμετρία D<sub>3h</sub> , όπως προβλέπει η [[θεωρία VSEPR]].

Στο μόριο αυτό το άτομο του θείου έχει [[Αριθμός οξείδωσης|αριθμό οξειδώσεως]] +6. Η [[ηλεκτρονιακή δομή κατά Lewis]] συνίσταται από έναν [[Διπλός δεσμός|διπλό δεσμό]] S=Ο και δύο S–Ο [[Διπολικός δεσμός|διπολικούς δεσμούς]] χωρίς τη συμμετοχή d-τροχιακών<ref>{{cite journal
| title = Chemical bonding in oxofluorides of hypercoordinatesulfur
| author = Terence P. Cunningham, David L. Cooper, Joseph Gerratt, Peter B. Karadakov και Mario Raimondi
| journal = Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions 
| year = 1997
| volume = 93
| issue = 13
| pages = 2247–2254
| doi = 10.1039/A700708F
}}</ref>.

Η ηλεκτρική [[διπολική ροπή]] του μεμονωμένου μορίου του SO<sub>3</sub> είναι μηδέν. Το γεγονός αυτό είναι συνέπεια της γωνίας 120° ανάμεσα στους δεσμούς S-O.

==Φυσικές ιδιότητες==
Σε θερμοκρασία δωματίου (20 °C), το τριοξείδιο του θείου είναι υγρό με ερεθιστική οσμή και [[πυκνότητα]] 1,92 γραμμάριο ανά κυβικό [[Εκατοστόμετρο|cm]], που στερεοποιείται στους 16,9 [[Κλίμακα Κελσίου|°C]] (290,0 [[Κλίμακα Κέλβιν|K]]) και ζέει (βράζει) στους 45 °C (318 K). Δεν είναι εύφλεκτο. Το [[μοριακό βάρος]] του είναι 80,06. Υπάρχουν όμως διάφορες μορφές του στερεού, με διαφορετικές ιδιότητες η καθεμιά (βλ. την ενότητα για τη δομή του στερεού).

==Χημικές αντιδράσεις==
[[Αρχείο:03. Горење на сулфур во атмосфера од кислород.webm|thumb|300px|'''Πείραμα καύσης του θείου με οξυγόνο''':<br />
Ένας θάλαμος ροής αερίου συνδέεται με φιάλη καθαρισμού αερίου που περιέχει διάλυμα πορτοκαλί του μεθυλίου. Η διέλευση του οξυγόνου από το θείο παράγει διοξείδιο του θείου με ίχνη τριοξειδίου του θείου. Ο «καπνός» που βγαίνει από τη φιάλη καθαρισμού είναι νέφος θειικού οξέος που παράγεται από την αντίδραση: '''SO<sub>3(g)</sub> + H<sub>2O(l)</sub> = H<sub>2</sub>SO<sub>4(l)</sub>''' .<br />
Τα οξείδια είναι όξινα όπως δείχνει η αλλαγή χρωματισμού του [[δείκτης|δείκτη]].]]
Το τριοξείδιο του θείου είναι ο [[ανυδρίτης]] του γνωστότερου ίσως οξέος, του θειικού (H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>). Συμβαίνει δηλαδή η επόμενη εξώθερμη χημική αντίδραση:

:<big>'''SO<sub>3</sub><sub> (g)</sub> + H<sub>2</sub>O<sub> (l)</sub> → H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub><sub> (aq) </sub>''' </big> (ΔH<sub>f</sub>= −88 [[Τζάουλ (μονάδα μέτρησης)#Παράγωγοι μονάδες|kJ]] [[Γραμμομόριο|mol<sup>−1</sup>]])

Η αντίδραση είναι ταχεία και υπερβολικά εξώθερμη και βίαιη για να χρησιμοποιείται σε βιομηχανική κλίμακα. Σε θερμοκρασία 340&nbsp;°C και άνω το θειικό οξύ, το τριοξείδιο του θείου και το νερό (υδρατμοί) συνυπάρχουν σε σημαντικές συγκεντρώσεις χημικής ισορροπίας.

Το τριοξείδιο του θείου αντιδρά επίσης με το [[διχλωριούχο θείο]] παράγοντας το χρήσιμο [[αντιδραστήριο]] [[χλωριούχο θειονύλιο]]:

:<big>'''SO<sub>3</sub> + SCl<sub>2</sub> → SOCl<sub>2</sub> + SO<sub>2</sub>'''</big>

Το SO<sub>3</sub> έχει ισχυρά όξινες ιδιότητες, σχηματίζοντας εύκολα κρυσταλλικά συμπλέγματα με την πυριδίνη, τη [[διοξάνη]] και την [[τριμεθυλαμίνη]], τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως παράγοντες θειώσεως.

==Παρασκευή==
Το SO<sub>3</sub> παρασκευάζεται εργαστηριακά με [[πυρόλυση]] σε δύο στάδια του όξινου θειικού νατρίου. Ως ενδιάμεσο προϊόν παράγεται [[πυροθειικό νάτριο]]<ref name="vries">http://doc.utwente.nl/68103/1/Vries69thermal.pdf</ref>:

#Αφυδάτωση στους 315&nbsp;°C:
#: <big>'''2 NaHSO<sub>4</sub>  →  Na<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>7</sub> + H<sub>2</sub>O'''</big>
#Διάσπαση στους 460&nbsp;°C:
#: <big>'''Na<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>7</sub>  →  Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> + SO<sub>3</sub>'''</big>

Βιομηχανικά το SO<sub>3</sub> παρασκευάζεται με τη [[διαδικασία επαφής]]. Ποσότητες [[Διοξείδιο του θείου|διοξειδίου του θείου]], που γενικώς παράγονται από την καύση θείου ή [[Σιδηροπυρίτης|σιδηροπυρίτη]] καθαρίζονται πρώτα με ηλεκτροστατική καθίζηση. Μετά το καθαρό SO<sub>2</sub> οξειδώνεται από το [[οξυγόνο]] του ατμοσφαιρικού αέρα σε θερμοκρασίες μεταξύ 400 και 600&nbsp;°C πάνω από καταλύτη [[Πεντοξείδιο του βαναδίου|πεντοξειδίου του βαναδίου]] (V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>) ενεργοποιημένου με [[οξείδιο του καλίου]] (K<sub>2</sub>O).

==Δομή του στερεού SO<sub>3</sub>==
[[Αρχείο:Sulfur-trioxide-trimer-from-xtal-1967-3D-balls-B.png|thumb|right|205px|Τριδιάστατο μοντέλο του μορίου του ''γ''-SO<sub>3</sub>]]
Η φύση του στερεού SO<sub>3</sub> είναι εντυπωσιακά περίπλοκη, εξαιτίας των δομικών αλλαγών που προκαλούνται από την παρουσία [[υγρασία]]ς. Με τη συμπύκνωση της αέριας μορφής του, το χημικώς καθαρό SO<sub>3</sub> πολυμερίζεται σε ένα τριμερές που συμβολίζεται συχνά ως ''γ''-SO<sub>3</sub>. Αυτή η μοριακή μορφή εμφανίζεται μακροσκοπικά ως ένα άχρωμο στερεό με σημείο τήξεως 16,8&nbsp;°C. Προσαρμόζεται επίσης σε μία κυκλική δομή που περιγράφεται ως [S(=O)<sub>2</sub>(''μ''-O)]<sub>3</sub><ref name="cw">Advanced Inorganic Chemistry by Cotton and Wilkinson, 2η έκδ., σελ. 543</ref>.

Αν το SO<sub>3</sub> συμπυκνωθεί σε θερμοκρασία πάνω από 27&nbsp;°C, τότε σχηματίζεται η μορφή ''α''-SO<sub>3</sub> , που έχει σημείο τήξεως 62,3&nbsp;°C και ινώδη εμφάνιση. Από δομικής απόψεως είναι το [[πολυμερές]]  [S(=O)<sub>2</sub>(''μ''-O)]<sub>''n''</sub>. Το κάθε άκρο του πολυμερούς αποτελείται από ομάδες OH. Η μορφή ''β''-SO<sub>3</sub>, όπως η α, είναι ινώδες στερεό, αλλά εμφανίζει διαφορετικό μοριακό βάρος, έχει επίσης μόριο που τελειώνει σε OH, αλλά τήκεται στους 32,5&nbsp;°C. Αμφότερες οι μορφές γ και β είναι μετασταθείς και τελικώς μετατρέπονται σε στη σταθερή μορφή α αν αφεθούν για αρκετό καιρό. Αυτή η μετατροπή προκαλείται από την παρουσία ιχνών νερού, όπως είναι η υγρασία της ατμόσφαιρας<ref name="Merck">Merck Index of Chemicals and Drugs, 9η έκδ., μονογραφία 8775</ref>.

Η [[πίεση ατμών]] των μορφών του στερεού τριοξειδίου του θείου είναι μικρότερη για τη μορφή α, ενδιάμεση για τη β και μεγαλύτερη όλων για τη γ. Το υγρό τριοξείδιο του θείου έχει πίεση ατμών που αντιστοιχεί στη μορφή γ. Για τον λόγο αυτό, η θέρμανση ενός κρυστάλλου ''α''-SO<sub>3</sub> μέχρι το σημείο τήξεώς του προκαλεί απότομη αύξηση στην πίεση των ατμών του, που μπορεί να σπάσει ένα γυάλινο δοχείο μέσα στο οποίο θερμαίνεται. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως «έκρηξη άλφα»<ref name="Merck"/>.

==Επικινδυνότητα==
Ως ανυδρίτης του ισχυρού θειικού οξέος, το τριοξείδιο του θείου είναι έντονα [[υγροσκοπική ουσία]]. Η θερμότητα που αναπτύσσεται όταν απορροφά υγρασία είναι τέτοια, ώστε μπορεί να σημειωθεί ανάφλεξη. Αφυδατώνει ακόμα και υλικά που περιέχουν υδρογόνο και οξυγόνο στην αναλογία του νερού, όπως η ζάχαρη, το μαλλί και το βαμβάκι<ref name="Merck"/>. Για τον ίδιο λόγο προκαλεί σοβαρά εγκαύματα όταν εισπνέεται ή καταπίνεται, μετατρεπόμενο σε θειικό οξύ. Εξαιτίας όλων αυτών των χαρακτηριστικών, πρέπει ο χειρισμός του να γίνεται με εξαιρετική προσοχή.

==Παραπομπές==
<references/>

==Πηγές==
* [http://webbook.nist.gov/chemistry/ NIST Standard Reference Database]
* [http://chemsub.online.fr/name/sulfur_trioxide.html ChemSub Online]

== Εξωτερικοί σύνδεσμοι ==
* {{commonscat2}}


{{Authority control}}

{{DEFAULTSORT:Τριοξειδιο θειου}}
[[Κατηγορία:Οξείδια του θείου]]
[[Κατηγορία:Ανυδρίτες οξέων]]
[[Κατηγορία:Ατμοσφαιρική ρύπανση]]