Көмірқышқыл газының химиялық қасиеттері және қолданылуы
Sulfur trioxide
Көгілдір триоксид (SO3) – маңызды күкірт қосылысы. Химиялық қасиеттері, құрылымы (тригоналды жазық) және экономикалық ролі туралы ақпарат. Күкірт оксидтері.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Күкірт триоксиді (басқаша жазуы күкірт триоксиді, сонымен қатар ниссо сульфан деп аталады) – SO3 формуласына ие химиялық қосылыс. Ол «күкірт оксидтерінің ең маңыздысы» деп сипатталған.
Sulfur trioxide (alternative spelling sulphur trioxide, also known as nisso sulfan) is the chemical compound with the formula SO3. It has been described as "unquestionably the most [economically] important sulfur oxide".
Мономер
SO3 молекуласы үшбұрышты жазықтықта орналасқан. VSEPR теориясы болжағандай, оның құрылымы D3h нүктелік тобына жатады. Күкірт атомының +6 тотығу күйі бар және оған 0-ге дейін (егер үш күкірт-оттекті байланыстың барлығы қос байланыс деп есептелсе) немесе +2-ге дейін (егер Октет ережесі қабылданатын болса) формальды заряд мәні тағайындалуы мүмкін. Формальды заряд нөлден өзгеше болса, S–O байланысының делокализацияланғаны деп есептеледі. Қандай жағдайда болсын, үш S–O байланысының ұзындығы бір-біріне тең, 1,42 Å құрайды. SO3 мономер мен циклдік тример арасында тепе-теңдікте болады. Қатты SO3-тің табиғаты күрделі және кем дегенде 3 полиморф белгілі, олардың арасындағы өзгеру судың іздеріне байланысты. Абсолютті таза SO3 16,8 °C-та қатып, γ SO3 түрін береді, ол циклдік тримерлік конфигурацияны қабылдайды [S(=O)2(μ O)]3. Қатты SO3-тің салыстырмалы бу қысымы бірдей температурада альфа < бета < гамма, бұл олардың салыстырмалы молекулалық салмағын көрсетеді. Сұйық күкірт триоксидінің бу қысымы гамма формасына сәйкес келеді. Осылайша, α SO3 кристалын оның балқу температурасына дейін қыздырғанда бу қысымының күрт өсуіне әкеледі, бұл қыздырылған шыны ыдысты сындыруға жеткілікті күшті болуы мүмкін. Бұл эффект "альфа жарылысы" деп аталады. Газ тәрізді күкірт триоксиді салыстырмалы түрде құрғақ атмосферада да күкірт қышқылының бұлттылығының пайда болуына байланысты көп мөлшерде буланады. SO3 агрессивті түрде ылғалды. Гидратацияның жылуы SO3 және ағаш немесе мақта қоспаларының тұтанғанына жеткілікті. Мұндай жағдайларда SO3 көмірсуларды сусыздандырады. Пиридинмен бірге күкірт триоксиді пиридин кешенін береді. Диоксан және триметиламиннен туысқан қосылыстар да пайда болады.
The molecule SO3 is trigonal planar. As predicted by VSEPR theory, its structure belongs to the D3h point group. The sulfur atom has an oxidation state of +6 and may be assigned a formal charge value as low as 0 (if all three sulfur oxygen bonds are assumed to be double bonds) or as high as +2 (if the Octet Rule is assumed). When the formal charge is non zero, the S O bonding is assumed to be delocalized. In any case the three S O bond lengths are equal to one another, at 1.42 Å. SO3 exists in an equilibrium between the monomer and the cyclic trimer. The nature of solid SO3 is complex and at least 3 polymorphs are known, with conversion between them being dependent on traces of water. Absolutely pure SO3 freezes at 16.8 °C to give the γ SO3 form, which adopts the cyclic trimer configuration [S(=O)2(μ O)]3. Relative vapor pressures of solid SO3 are alpha < beta < gamma at identical temperatures, indicative of their relative molecular weights. Liquid sulfur trioxide has a vapor pressure consistent with the gamma form. Thus heating a crystal of α SO3 to its melting point results in a sudden increase in vapor pressure, which can be forceful enough to shatter a glass vessel in which it is heated. This effect is known as the "alpha explosion". Gaseous sulfur trioxide fumes profusely even in a relatively dry atmosphere owing to formation of a sulfuric acid mist. SO3 is aggressively hygroscopic. The heat of hydration is sufficient that mixtures of SO3 and wood or cotton can ignite. In such cases, SO3 dehydrates these carbohydrates. With pyridine, it gives the sulfur trioxide pyridine complex. Related adducts form from dioxane and trimethylamine.
Сульфондаушы
Күкірт триоксиді – күшті сульфондаушы агент, яғни ол субстраттарға SO3 топтарын қосады. Көбінесе субстраттар органикалық болады, мысалы, ароматикалық сульфондау сияқты. Белсенді субстраттар үшін күкірт триоксидінің Льюис базасымен түзілген қосылыстары тиімді сульфондаушы заттар болып табылады.
Sulfur trioxide is a potent sulfonating agent, i. e. it adds SO3 groups to substrates. Often the substrates are organic, as in aromatic sulfonation. For activated substrates, Lewis base adducts of sulfur trioxide are effective sulfonating agents.
Өнеркәсіптік
Өнеркәсіпте SO3 контактілік әдіспен өндіріледі. Күкірт диоксиді күкіртті немесе темір пиритін (темірдің сульфидті кені) жағу арқылы алынады. Электростатикалық тұндыру арқылы тазартылғаннан кейін, SO2 атмосфералық оттегімен 400-600 °C температурада катализатордың көмегімен тотықтырылады. Әдеттегі катализатор – ванадий пентоксиді (V2O5), ол калий оксиді K2O-мен кизельгур немесе кремний тотығының көмегімен белсендіріледі. Платина да өте тиімді, бірақ ол тым қымбат және қоспалардың әсерінен тез уланады (тиімсізденеді). Осылай өндірілген күкірт триоксидінің көп бөлігі күкірт қышқылына айналдырылады.
Industrially SO3 is made by the contact process. Sulfur dioxide is produced by the burning of sulfur or iron pyrite (a sulfide ore of iron). After being purified by electrostatic precipitation, the SO2 is then oxidised by atmospheric oxygen at between 400 and 600 °C over a catalyst. A typical catalyst consists of vanadium pentoxide (V2O5) activated with potassium oxide K2O on kieselguhr or silica support. Platinum also works very well but is too expensive and is poisoned (rendered ineffective) much more easily by impurities. The majority of sulfur trioxide made in this way is converted into sulfuric acid.
Қолданбалар
Күкірт триоксиді сульфондау реакцияларында реагент ретінде қолданылады. Осы процестердің нәтижесінде жуғыш заттар, бояулар және фармацевтикалық препараттар алынады. Күкірт триоксиді күкірт қышқылынан тікелей (in situ) өндіріледі немесе қышқылда ерітінді түрінде пайдаланылады. 20 ғасырда B2O3 тұрақтандырылған күкірт триоксиді Baker & Adamson компаниясы "Sulfan" тауарлық атауымен сатылды.
Sulfur trioxide is a reagent in sulfonation reactions. These processes afford detergents, dyes, and pharmaceuticals. Sulfur trioxide is generated in situ from sulfuric acid or is used as a solution in the acid. B2O3 stabilized sulfur trioxide was traded by Baker & Adamson under the tradename "Sulfan" in the 20th century.