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.

Óxido de azufre
General
Fórmula estructural
Fórmula molecular	?
Identificadores
Número CAS	7446-11-9^[1]​
Número RTECS	WT4830000
ChEBI	29384
ChemSpider	23080
PubChem	24682
UNII	HH2O7V4LYD
InChI InChI=InChI=1S/O3S/c1-4(2)3 Key: AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N
Propiedades físicas
Masa molar	79,957 g/mol
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Es el producto de la oxidación del óxido de azufre (IV) 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.

Sus fuentes antropogénicas son por la quema de combustibles fósiles. Los riesgos en la salud son irritación extrema, puede provocar náuseas, mareos y vómitos, hasta la esterilidad.

Estructura y enlace

Tiene forma gaseosa. Es una molécula plana trigonal de simetría D_3h, como predice la teoría TREPEV. En la molécula del SO₃, el átomo de azufre tiene un estado 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 reacciona 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 óxido de azufre (VI) y el agua coexisten en concentraciones significativas de equilibrio. El óxido de azufre (VI) también reacciona con cloruro de azufre (II) para producir cloruro de tionilo

SO₃ + SCl₂ → SOCl₂ + SO₂

Síntesis

El óxido de azufre (IV) puede ser preparado en laboratorio por pirólisis en dos etapas a partir de hidrogenosulfato de sodio

1) Deshidratación

2NaHSO₄ → Na₂S₂O₇ + H₂O  a 315°C

2) Cracking

Na₂S₂O₇ → Na₂SO₄ + SO₃  a 460°C

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

Industrialmente, el óxido de azufre (VI) se obtiene por proceso de contacto. El óxido de azufre (VI), obtenido generalmente quemando azufre o pirita, primero es purificado por precipitación electrostática. El óxido de azufre (VI) 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 óxido de azufre (VI) 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

Estructura molecuar del γ-SO₃

La naturaleza del sólido SO₃, es una sorprendente área compleja porque su estructura cambia debido a trazas de agua.^[2]​ En la condensación del gas absolutamente puro, el óxido de azufre (VI) 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.^[3]​

Si el óxido de azufre (VI) 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 está causada por trazas de agua.^[4]​

Las presiones relativas del óxido de azufre (VI) sólido son alpha < beta < gamma, tal y como indica su peso molecular relativo. La forma líquida del óxido de azufre (VI) 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”^[4]​

SO₃ es agresivamente higroscópico. De hecho, el calor de hidratación de las mezclas de óxido de azufre (VI) y madera o algodón pueden arder, ya que el SO₃ deshidrata a los carbohidratos.

Fuentes

• WebElements
• NIST Standard Reference Database

Referencias

1. Número CAS
2. Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
3. Advanced Inorganic Chemistry by Cotton and Wilkinson, 2nd ed p543
4. Merck Index of Chemicals and Drugs, 9th ed. monograph 8775

•   Datos: Q242715
•   Multimedia: Sulfur trioxide