خصائص ثالث أكسيد الكبريت وآلية تحضيره

في الكيمياء إن ثالث أكسيد الكبريت عبارة عن مركب غير عضوي، يستخدم في تحضير حامض الكبريتيك والمواد الكيميائية الأخرى، وهو كاشف مهم في تفاعلات السلفنة، يتم تحضيره بعدة طرق مختلفة منها: من خلال الأكسدة المباشرة لثاني أكسيد الكبريت إلى ثالث أكسيد الكبريت في الهواء، ومن خلال الأكسدة الحفزية لثاني أكسيد الكبريت بواسطة الأكسجين الجوي.

تحضير ثالث أكسيد الكبريت

في الغلاف الجوي

• الأكسدة المباشرة لثاني أكسيد الكبريت إلى ثالث أكسيد الكبريت في الهواء بواسطة الأكسجين الجوي في وجود محفز مثل الأسبست المطلي بالبلاتين أو (V2O5) عند 450-500 درجة مئوية، ومن الممكن أن يتم إعطاء هذا التفاعل على النحو التالي، ويتم التفاعل بشكل بطيء:

2SO2 + O2 → 2SO3

في المختبر

• يتم تحضير ثالث أكسيد الكبريت في المختبر الكيميائي باستخدام الانحلال الحراري على مرحلتين لمركب ثنائي كبريتات الصوديوم، ويتم إعطاء بيروسلفات الصوديوم كمنتج وسيط، عند الجفاف 315 درجة مئوية، يتم إعطاء التفاعل الكيميائي على النحو التالي:

2NaHSO4 → Na2S2O7 + H2O

• عند التكسير عند درجة حرارة 460 درجة مئوية، من الممكن أن يتم إعطاء التفاعل على النحو التالي:

Na2S2O7 → Na2SO4 + SO3

• يمكن أيضًا تحضير ثالث أكسيد الكبريت من خلال تقطير حامض الكبريتيك المركز (H2SO4) إلى خامس أكسيد الفوسفور.

H2SO4 + P2O5 → 2HPO3 + SO3

• ويمكن تحضير ثالث أكسيد الكبريت من خلال أكسدة ثالث أكسيد الكبريت مع الأوزون:

3SO2 + O3 → 3SO3

• كما ويمكن تحضير ثالث أكسيد الكبريت عن طريق تحلل كبريتات الحديديك إلى أقل من 600 درجة مئوية:

Fe2(SO4)3 → Fe2O3 + 3SO3

• وفي درجات حرارة أعلى، يتكون ثاني أكسيد الكبريت.

تحضير ثالث أكسيد الكبريت في الصناعة

• من الممكن أن يتم تحضير ثالث أكسيد الكبريت صناعيًا من خلال عملية الاتصال، ثاني أكسيد الكبريت، والذي يمكن إنتاجه بدوره عن طريق حرق بيريت الحديد (خام كبريتيد الحديد) أو الكبريت، بعد تنقيته بواسطة الترسيب الكهروستاتيكي، يتأكسد مركب ثاني أكسيد الكبريت بعد ذلك بواسطة الأكسجين الجوي عند درجة حرارة تتراوح بين 400 و 600 درجة مئوية فوق عامل محفز.

• يكون محفز نموذجي يحتوي على خامس أكسيد الفاناديوم (V2O5) المنشط بأكسيد البوتاسيوم (K2O) على دعامة السيليكا أو (kieselguhr)، أيضًا، يعمل البلاتين بشكل جيد جدًا، ولكنه أغلى ثمناً ويسهل تسممه (وهو ما يجعله غير فعال) بسهولة أكبر من الشوائب، ويتم تحويل غالبية مركب ثالث أكسيد الكبريت الذي يتم تصنيعه بهذه الطريقة إلى حمض الكبريتيك.

• ولكن ليس عن طريق الإضافة المباشرة للماء، حيث يشكل رذاذًا خفيفًا، ولكن عن طريق الامتصاص في حامض الكبريتيك المركز والتخفيف بماء الأوليوم المتكون، مرة واحدة تم إنتاجه صناعيًا عن طريق تسخين كبريتات الكالسيوم بالسيليكا.

خصائص ثالث أكسيد الكبريت

• إن ثالث أكسيد الكبريت عبارة عن أكسيد حمضي ويذوب في الماء من أجل تشكيل حمض الكبريتيك، على هذا النحو فإنه يتفاعل مع أكسيد الكالسيوم من أجل تشكيل كبريتات الكالسيوم ويتحلل الكربونات من أجل تطور ثاني أكسيد الكربون، يتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك من أجل تشكيل حمض الكلوروسولفونيك (HOSO2CI)، وثالث أكسيد الكبريت يعمل كعامل مؤكسد قوي.

• يمتلك ثالث أكسيد الكبريت كثافة مقدارها 1.92 غرام لكل سم مكعب، وله كتلة مولية مقدارها 80.066 غرام لكل مول، ويمتلك نقطة غليان مقداره 44.9 درجة مئوية، ونقطة الانصهار 16.9 درجة مئوية، ويمتلك ثالث أكسيد الكبريت الصيغة الكيميائية التالية: (SO3)، في شكله الغازي يكون عبارة عن جزيء (D3h) تناظر ثلاثي الزوايا مستو، تنبأت به نظرية تنافر أزواج إلكترونات غلاف التكافؤ (VSEPR).

الخصائص الفيزيائية لثالث أكسيد الكبريت

• يمتلك مركب ثالث أكسيد الكبريت مظهر عديم اللون إلى أبيض بلوري صلب، لا يمتلك هذا المركب رائحة، وحدة الترابط التساهمي له مقدارها 1، التعقيد 61.8، متقبل رابطة الهيدروجين 3، وهو قابل للذوبان في الماء، وثالث أكسيد الكبريت في درجة الحرارة العادية يكون على شكل سائل عديم اللون، يدخن بقوة في الهواء.

• يتجمد مركب ثالث أكسيد الكبريت إلى مادة صلبة بلورية بيضاء عند درجة حرارة مقدارها 17 درجة مئوية، وهو قابل للذوبان في الماء مما يؤدي إلى نشوء حامض الكبريتيك، وذلك تبعا للتفاعل الكيميائي التالي:

H2O + SO3 → H2SO4

الخواص الكيميائية لثالث أكسيد الكبريت

• يتفاعل مركب ثالث أكسيد الكبريت مع الماء مكونًا حمض الكبريتيك:

SO3 + H2O → H2SO4

• يتفاعل ثالث أكسيد الكبريت مع قاعدة من هيدروكسيد الصوديوم ويشكل فوسفات هيدروجين الصوديوم:

SO3 + NaOH → NaHSO4

• ثالث أكسيد الكبريت كيميائيًا هو عبارة عن مركب تفاعلي، في الطبيعة إن ثالث أكسيد الكبريت هو أكسيد حمضي، عندما يذوب في الماء فإنه يعطي حامض الكبريتيك، المحلول المائي له طعم حامض، يتم دعم الطبيعة الحمضية على أنه يتحول لون ورق عباد الشمس الأزرق إلى الأحمر، يتفاعل مع القلويات مثل (NaOH) لإعطاء الملح المقابل.

2NaOH + SO3 → Na2SO4 + H2O

• يتحد ثالث أكسيد الكبريت مع الأكاسيد الأساسية مثل (CaO) من أجل إعطاء الملح المقابل:

CaO + SO3 → CaSO4

• يظهر ثالث أكسيد الكبريت صفة غير مشبعة وقادر على تكوين عدد كبير من مركبات الإضافة مع الأحماض وبعض اللافلزات، وتفاعله مع اليود يكون كما في الشكل التالي:

I2 + 6SO3 → I2 (SO3)6

• يذوب ثالث أكسيد الكبريت بسهولة في حمض الكبريتيك المركز ليعطي أوليموم أو حامض الكبريتيك المدخن، كما في التفاعل التالي:

H2SO4 + SO3 → H2S2O7

• وثالث أكسيد الكبريت هو عبارة عن عامل مؤكسد قوي، يرجع التأثير المؤكسد إلى تحرير الأكسجين الناشئ:

SO3 → SO2 + (O)