Óxido de azufre (VI)

El óxido de azufre (VI) o trióxido de azufre (SO₃) es en condiciones normales un sólido incoloro de textura fibrosa, pero en condiciones estándar (a 25ºC y 1 atm) es un gas, un contaminante importante, siendo el principal agente de la lluvia ácida.

Es el producto de la oxidación del dióxido de azufre 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.

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Estructura y enlace

La forma gaseosa es una molécula trigonal plana de simetría D_3h, 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.

Reacciones 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 trióxido de azufre y el agua coexisten en concentraciones significativas de equilibrio. El trióxido de azufre también reacciona con dicloruro de azufre para producir cloruro de tionilo

SO₃ + SCl₂ → SOCl₂ + SO₂

Síntesis

El trióxido de azufre puede ser preparado en laboratorio por pirólisis en dos etapas a partir de bisulfato sódico

1) Deshidratación

2NaHSO₄ → Na₂S₂O₇ + H₂O  a 315°C

2) Cracking

Na₂S₂O₇ → Na₂SO₄ + SO₃  a 460°C

Este método funcionar para otros bisulfatos metálicos, siendo el factor controlante la estabilidad de la sal intermedia del pirosulfato.

Industrialmente, el trióxido de azufre se obtiene por proceso de contacto. El dióxido de azufre, obtenido generalmente quemando azufre o pirita, primero es purificado por precipitación electroestática. El dióxido 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 trióxido de azufre 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.

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 trióxido de azufre 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 trióxido de azufre 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 trióxido de azufre sólido son alpha < beta < gamma, tal y como indica su peso molecular relativo. La forma líquida del trióxido de azufre 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 trióxido de azufre y madera o algodón pueden arder, ya que el SO₃ deshidrata a los carbohidratos.

Fuentes

• WebElements
• NIST Standard Reference Database
• European Chemicals Bureau

Referencias