ثالث أكسيد الكبريت (SO3): الهيكل ، الخصائص ، المخاطر ، الاستخدامات - كيمياء - 2026

و ثالث أكسيد الكبريت هو مركب غير العضوية التي شكلتها النقابة ذرة الكبريت (S) و 3 ذرات أكسجين (O). صيغته الجزيئية هي SO ₃. في درجة حرارة الغرفة ، SO ₃ هو سائل يطلق غازات في الهواء.

هيكل SO ₃ الغازي مسطح ومتماثل. توجد جميع الأكسجين الثلاثة بالتساوي حول الكبريت. يتفاعل SO ₃ بعنف مع الماء. التفاعل طارد للحرارة ، مما يعني أن الحرارة تنتج ، بمعنى آخر ، تصبح ساخنة جدًا.

جزيء ثالث أكسيد الكبريت SO ₃. المؤلف: Benjah-bmm27. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

عندما يبرد SO ₃ السائل ، فإنه يتحول إلى مادة صلبة يمكن أن تحتوي على ثلاثة أنواع من التركيب: ألفا وبيتا وجاما. الأكثر استقرارًا هو ألفا ، في شكل طبقات مرتبطة معًا لتشكيل شبكة.

يستخدم ثالث أكسيد الكبريت الغازي لتحضير دخان حامض الكبريتيك ، ويسمى أيضًا زيت الزيتون ، نظرًا لتشابهه مع الزيت أو المواد الزيتية. من تطبيقاته المهمة الأخرى سلفنة المركبات العضوية ، أي إضافة مجموعات SO ₃ إليها. وبالتالي ، يمكن تحضير مواد كيميائية مفيدة مثل المنظفات والملونات ومبيدات الآفات وغيرها الكثير.

SO ₃ خطير للغاية ، فقد يتسبب في حروق شديدة وتلف للعينين والجلد. ولا ينبغي استنشاقه أو ابتلاعه لأنه يمكن أن يسبب الوفاة من حروق داخلية ، في الفم ، والمريء ، والمعدة ، إلخ.

لهذه الأسباب ، يجب التعامل معها بحذر شديد. يجب ألا تتلامس أبدًا مع الماء أو المواد القابلة للاحتراق مثل الخشب والورق والأقمشة وما إلى ذلك ، حيث يمكن أن تحدث الحرائق. لا ينبغي التخلص منها ولا دخولها إلى المجاري بسبب خطر الانفجار.

و الغازي SO ₃ لا ينبغي أن يتم الافراج المتولدة في العمليات الصناعية في البيئة، كما أنها واحدة من المسؤولين عن الأمطار الحمضية التي تضررت بالفعل مساحات واسعة من الغابات في العالم.

بناء

يحتوي جزيء ثالث أكسيد الكبريت SO ₃ في الحالة الغازية على بنية مستوية مثلثة.

هذا يعني أن كلاً من الكبريت والأكسجين الثلاثة في نفس المستوى. علاوة على ذلك ، فإن توزيع الأكسجين وجميع الإلكترونات متماثل.

هياكل الرنين لويس. يتم توزيع الإلكترونات بالتساوي في SO ₃. المؤلف: Marilú Stea.

في الحالة الصلبة _{، تُعرف} ثلاثة أنواع من بنية SO ₃: alpha (α-SO ₃) و beta (β-SO ₃) و gamma (γ-SO ₃).

يحتوي _شكل جاما γ-SO ₃ على قواطع دورية ، أي ثلاث وحدات من SO ₃ معًا لتشكيل جزيء دائري أو حلقة.

جزيء على شكل حلقة ثلاثي أكسيد الكبريت الصلب من نوع جاما. المؤلف: Marilú Stea.

تحتوي مرحلة بيتا β-SO ₃ على سلاسل حلزونية لا نهائية من رباعي الأسطح من تكوين SO ₄ مرتبطة ببعضها البعض.

هيكل سلسلة من ثالث أكسيد الكبريت الصلب من نوع بيتا. المؤلف: Marilú Stea.

الشكل الأكثر استقرارًا هو alpha α-SO ₃ ، على غرار بيتا ولكن بهيكل متعدد الطبقات ، مع ربط السلاسل لتشكيل شبكة.

التسمية

ثالث أكسيد الكبريت

- أنهيدريد الكبريت

- أكسيد الكبريتيك

-SO ₃ جاما ، γ-SO ₃

-SO ₃ بيتا ، β-SO ₃

-SO ₃ alpha، α-SO ₃

الخصائص الفيزيائية

الحالة الفيزيائية

في درجة حرارة الغرفة (حوالي 25 درجة مئوية) والضغط الجوي ، SO ₃ هو سائل عديم اللون ينبعث منه دخان في الهواء.

عندما يكون سائل SO ₃ نقيًا عند 25 درجة مئوية فهو خليط من أحادي SO ₃ (جزيء واحد) وثلاثي (3 جزيئات متصلة) من الصيغة S ₃ O ₉ ، وتسمى أيضًا SO ₃ gamma γ-SO ₃.

عند خفض درجة الحرارة ، إذا كان SO ₃ نقيًا عندما يصل إلى 16.86 درجة مئوية ، فإنه يتصلب أو يتجمد إلى γ-SO ₃ ، ويسمى أيضًا "SO ₃ ice ".

إذا كان يحتوي على كميات صغيرة من الرطوبة (حتى ولو آثار أو كميات صغيرة للغاية) ، فإن SO ₃ يتبلمر إلى شكل بيتا β-SO ₃ الذي يشكل بلورات مع لمعان حريري.

ثم يتم تكوين المزيد من الروابط لتوليد _بنية alpha α-SO ₃ ، وهي مادة صلبة بلورية على شكل إبرة تشبه الأسبستوس أو الأسبستوس.

عند دمج ألفا وبيتا ، تولد غاما.

الوزن الجزيئي الغرامي

80.07 جم / مول

نقطة الانصهار

SO ₃ جاما = 16.86 درجة مئوية

النقطة الثلاثية

إنها درجة الحرارة التي توجد عندها الحالات الفيزيائية الثلاثة: الصلبة والسائلة والغازية. في شكل ألفا ، تكون النقطة الثلاثية عند 62.2 درجة مئوية وفي النسخة التجريبية عند 32.5 درجة مئوية.

تسخين شكل ألفا يميل إلى التسامي أكثر من الذوبان. التسامي يعني الانتقال من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية مباشرة ، دون المرور بالحالة السائلة.

نقطة الغليان

جميع أشكال SO ₃ تغلي عند 44.8 درجة مئوية.

كثافة

سائل SO ₃ (جاما) له كثافة 1.9225 جم / سم ³ عند 20 درجة مئوية.

غاز SO ₃ له كثافة 2.76 بالنسبة للهواء (الهواء = 1) ، مما يدل على أنه أثقل من الهواء.

ضغط البخار

SO ₃ alpha = 73 ملم زئبق عند 25 درجة مئوية

SO ₃ بيتا = 344 ملم زئبق عند 25 درجة مئوية

SO ₃ gamma = 433 ملم زئبق عند 25 درجة مئوية

هذا يعني أن شكل جاما يميل إلى التبخر بسهولة أكبر من شكل بيتا وبيتا من شكل ألفا.

المزيد

شكل ألفا هو الهيكل الأكثر استقرارًا ، والبعض الآخر غير مستقر ، أي أنها أقل استقرارًا.

الخواص الكيميائية

يتفاعل SO ₃ بقوة مع الماء ليعطي حمض الكبريتيك H ₂ SO ₄. عند التفاعل ، يتم إنتاج الكثير من الحرارة بحيث يتم إطلاق بخار الماء بسرعة من الخليط.

عند تعرضه للهواء ، يمتص SO ₃ الرطوبة بسرعة وينبعث منها أبخرة كثيفة.

إنه عامل تجفيف قوي للغاية ، وهذا يعني أنه يزيل الماء بسهولة من المواد الأخرى.

يحتوي الكبريت في SO ₃ على تقارب للإلكترونات الحرة (أي الإلكترونات التي ليست في رابطة بين ذرتين) لذلك تميل إلى تكوين معقدات بمركبات تمتلكها ، مثل البيريدين أو ثلاثي ميثيل أمين أو ديوكسان.

مركب بين ثالث أكسيد الكبريت وبيريدين. بنجه- bmm27. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

من خلال تكوين المعقدات ، "يقترض" الكبريت الإلكترونات من المركب الآخر لملء نقصها. لا يزال ثالث أكسيد الكبريت متاحًا في هذه المجمعات ، والتي تستخدم في التفاعلات الكيميائية لتزويد SO ₃.

وهو كاشف قوي للسلفونات للمركبات العضوية ، مما يعني أنه يستخدم بسهولة لإضافة مجموعة - SO ₃ - إلى الجزيئات.

يتفاعل بسهولة مع أكاسيد العديد من المعادن ليعطي كبريتات هذه المعادن.

إنه مادة أكالة للمعادن والأنسجة الحيوانية والنباتية.

SO ₃ مادة يصعب التعامل معها لعدة أسباب: (1) درجة غليانها منخفضة نسبيًا ، (2) تميل إلى تكوين بوليمرات صلبة عند درجات حرارة أقل من 30 درجة مئوية و (3) لديها تفاعل عالي تجاه الجميع تقريبًا المواد العضوية والمياه.

قد يتبلمر بشكل متفجر إذا لم يحتوي على عامل استقرار ورطوبة موجودة. تستخدم كبريتات ثنائي ميثيل أو أكسيد البورون كمثبتات.

الحصول

يتم الحصول عليها عن طريق التفاعل عند 400 درجة مئوية بين ثاني أكسيد الكبريت SO ₂ والأكسجين الجزيئي O ₂. ومع ذلك ، يكون التفاعل بطيئًا جدًا والمحفزات مطلوبة لزيادة معدل التفاعل.

2 SO ₂ + O ₂ ⇔ 2 SO ₃

من بين المركبات التي تسرع هذا التفاعل معدن البلاتين Pt ، خامس أكسيد الفاناديوم V ₂ O ₅ ، أكسيد الحديديك Fe ₂ O ₃ وأكسيد النيتريك NO.

التطبيقات

في تحضير الأوليوم

أحد تطبيقاته الرئيسية هو تحضير الأوليوم أو حمض الكبريتيك المدخن ، ويسمى ذلك لأنه يصدر أبخرة مرئية للعين المجردة. للحصول عليه ، يتم امتصاص SO ₃ في حمض الكبريتيك المركز H ₂ SO ₄.

الأوليوم أو دخان حامض الكبريتيك. يمكنك رؤية الدخان الأبيض يتصاعد من الزجاجة. دبليو أولين. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

يتم ذلك في أبراج خاصة من الفولاذ المقاوم للصدأ حيث ينخفض ​​حمض الكبريتيك المركز (وهو سائل) ويرتفع SO ₃ الغازي.

يتلامس السائل والغاز مع بعضهما البعض ، مما يشكل زيتًا سائلًا ذو مظهر زيتي. يحتوي على خليط من H ₂ SO ₄ و SO ₃ ، ولكنه يحتوي أيضًا على جزيئات حمض ثاني الكبريتيك H ₂ S ₂ O ₇ وحمض الكبريتيك H ₂ S ₃ O ₁₀.

في التفاعلات الكيميائية السلفنة

الكبريت هو عملية رئيسية في التطبيقات الصناعية واسعة النطاق لتصنيع المنظفات والمواد الخافضة للتوتر السطحي والملونات ومبيدات الآفات والمستحضرات الصيدلانية.

يعمل SO ₃ كعامل سلفنة لتحضير الزيوت المسلفنة والمنظفات التي تحتوي على ألكيل أريل ، من بين العديد من المركبات الأخرى. يوضح ما يلي تفاعل السلفنة لمركب عطري:

ArH + SO ₃ → ArSO ₃ H

كبريتات البنزين مع SO ₃. بيدرو 8410. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

بالنسبة لتفاعلات السلفنة ، يمكن استخدام الأوليوم أو SO ₃ في شكل مجمعاتها مع البيريدين أو مع ثلاثي ميثيل أمين ، من بين أمور أخرى.

في استخراج المعادن

تم استخدام غاز SO ₃ في معالجة المعادن. يمكن تحويل أكاسيد المعادن البسيطة إلى كبريتات أكثر قابلية للذوبان عن طريق معالجتها مع SO ₃ في درجات حرارة منخفضة نسبيًا.

تعد معادن الكبريتيد مثل البيريت (كبريتيد الحديد) والكالكوزين (كبريتيد النحاس) والميليريت (كبريتيد النيكل) من أكثر المصادر الاقتصادية للمعادن غير الحديدية ، لذا فإن المعالجة باستخدام SO ₃ تتيح الحصول على هذه المعادن بسهولة. وبتكلفة منخفضة.

تتفاعل كبريتيدات الحديد والنيكل والنحاس مع غاز SO ₃ حتى في درجة حرارة الغرفة ، وتشكل الكبريتات ذات الصلة ، وهي قابلة للذوبان للغاية ويمكن أن تتعرض لعمليات أخرى للحصول على المعدن النقي.

في استخدامات مختلفة

يستخدم SO ₃ لتحضير حمض الكلوروسلفريك ، ويسمى أيضًا حمض الكلوروسولفونيك HSO ₃ Cl.

ثالث أكسيد الكبريت مؤكسد قوي للغاية ويستخدم في صناعة المتفجرات.

المخاطر

للصحة

SO ₃ مركب شديد السمية بكل الطرق ، أي الاستنشاق والابتلاع والتلامس مع الجلد.

تهيج وتآكل الأغشية المخاطية. يسبب حروقا في الجلد والعين. أبخرةها شديدة السمية عند استنشاقها. تحدث حروق داخلية وضيق في التنفس وألم في الصدر ووذمة رئوية.

ثالث أكسيد الكبريت SO3 مسبب للتآكل وخطير للغاية. المؤلف: OpenIcons. المصدر: Pixabay.

إنه سام. ويؤدي تناوله إلى حروق شديدة في الفم والمريء والمعدة. علاوة على ذلك ، يشتبه في أنه مادة مسرطنة.

من حريق أو انفجار

يمثل خطر الحريق عند ملامسته لمواد ذات أصل عضوي مثل الخشب والألياف والورق والزيت والقطن وغيرها ، خاصة إذا كانت رطبة.

هناك أيضًا خطر إذا لامست القواعد أو عوامل الاختزال. يتحد مع الماء بشكل متفجر ، مكونًا حامض الكبريتيك.

يمكن أن ينتج عن التلامس مع المعادن غاز الهيدروجين H ₂ شديد الاشتعال.

يجب تجنب تسخين البرطمانات الزجاجية لمنع التمزق العنيف المحتمل للحاوية.

تأثير بيئي

يعتبر SO ₃ أحد الملوثات الرئيسية الموجودة في الغلاف الجوي للأرض. ويرجع ذلك إلى دورها في تكوين الهباء الجوي ومساهمتها في المطر الحمضي (بسبب تكوين حامض الكبريتيك H ₂ SO ₄).

غابة تضررت بسبب الأمطار الحمضية في جمهورية التشيك. لوفيتش. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

يتكون SO ₃ في الغلاف الجوي عن طريق أكسدة ثاني أكسيد الكبريت SO ₂. عندما يتشكل SO ₃ ، فإنه يتفاعل بسرعة مع الماء لتكوين حمض الكبريتيك H ₂ SO ₄. وفقًا للدراسات الحديثة ، توجد آليات أخرى لتحويل SO ₃ في الغلاف الجوي ، ولكن نظرًا للكمية الكبيرة من الماء الموجود في الغلاف الجوي ، لا يزال من المرجح أن يتحول SO ₃ بشكل أساسي إلى H ₂ SO ₄.

يجب عدم تصريف غاز SO ₃ أو المخلفات الصناعية الغازية المحتوية عليه في الغلاف الجوي لأنه ملوث خطير. إنه غاز شديد التفاعل ، وكما ذكر أعلاه ، في وجود الرطوبة في الهواء ، يتحول SO ₃ إلى حمض الكبريتيك H ₂ SO ₄. لذلك ، في الهواء ، يستمر SO ₃ في شكل حمض الكبريتيك ، مكونًا قطيرات صغيرة أو رذاذات.

إذا دخلت قطرات حامض الكبريتيك في الجهاز التنفسي للإنسان أو الحيوان ، فإنها تنمو بسرعة في الحجم بسبب الرطوبة الموجودة هناك ، لذلك لديها فرصة لاختراق الرئتين. إحدى الآليات التي يمكن من خلالها للضباب الحمضي لـ H ₂ SO ₄ (أي SO ₃) أن ينتج سمية قوية لأنه يغير الأس الهيدروجيني خارج الخلية وداخل الخلايا للكائنات الحية (النباتات والحيوانات والبشر).

وفقًا لبعض الباحثين ، فإن الضباب SO ₃ هو سبب زيادة مرضى الربو في منطقة باليابان. رذاذ SO ₃ له تأثير تآكل شديد تجاه المعادن ، بحيث يمكن أن تتأثر بشدة الهياكل المعدنية التي بناها البشر مثل بعض الجسور والمباني.

لا ينبغي التخلص من سائل SO ₃ في مجاري الصرف الصحي أو المجاري. إذا انسكب في المجاري ، فقد يؤدي ذلك إلى نشوب حريق أو خطر الانفجار. في حالة الانسكاب عن طريق الخطأ ، لا توجه تيارًا من الماء نحو المنتج. لا ينبغي أبدًا امتصاصه في نشارة الخشب أو أي مادة ماصة قابلة للاحتراق ، حيث يمكن أن تسبب الحرائق.

يجب امتصاصه في الرمل الجاف أو الأرض الجافة أو أي مادة ماصة خاملة جافة تمامًا. يجب عدم إطلاق SO ₃ في البيئة ويجب ألا يُسمح له مطلقًا بالاتصال به. يجب إبعاده عن مصادر المياه لأنه ينتج عنه حامض الكبريتيك الضار بالكائنات المائية والبرية.

المراجع

1. ساركار ، إس وآخرون. (2019). تأثير الأمونيا والماء على مصير ثالث أكسيد الكبريت في التروبوسفير: التحقيق النظري لمسارات تكوين حمض الكبريتيك وحمض الكبريتيك. J Phys Chem A. 2019 ؛ 123 (14): 3131-3141. تعافى من ncbi.nlm.nih.gov.
2. مولر ، TL (2006). حامض الكبريتيك وثالث أكسيد الكبريت. موسوعة كيرك أوتمير للتكنولوجيا الكيميائية. المجلد 23. تم الاسترجاع من onlinelibrary.wiley.com.
3. المكتبة الوطنية الأمريكية للطب. (2019). ثالث أكسيد الكبريت. تعافى من pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
4. كيكوتشي ، ر. (2001). الإدارة البيئية لانبعاثات ثالث أكسيد الكبريت: تأثير SO ₃ على صحة الإنسان. الإدارة البيئية (2001) 27: 837. تم الاسترجاع من link.springer.com.
5. قطن ، ف.ألبرت وويلكينسون ، جيفري. (1980). كيمياء غير عضوية متقدمة. طبعة رابعة. جون وايلي وأولاده.
6. إسماعيل ، ميشيغان (1979). استخلاص المعادن من الكبريتيدات باستخدام ثالث أكسيد الكبريت في الطبقة المميعة. ياء كيم التكنولوجيا الحيوية. 1979 ، 29 ، 361-366. تعافى من onlinelibrary.wiley.com.