ซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ (SO3): โครงสร้างคุณสมบัติความเสี่ยงการใช้งาน - เคมี - 2026

trioxide กำมะถันเป็นสารอนินทรีเกิดขึ้นจากการรวมกันของอะตอมกำมะถัน (S) และ 3 อะตอมออกซิเจน (O) สูตรโมเลกุลของมันคือ SO 3 ที่อุณหภูมิห้อง SO ₃เป็นของเหลวที่ปล่อยก๊าซสู่อากาศ

โครงสร้างของก๊าซSO ₃มีลักษณะแบนและสมมาตร ออกซีเจนทั้งสามอยู่รอบ ๆ กำมะถันเท่า ๆ กัน SO ₃ทำปฏิกิริยากับน้ำอย่างรุนแรง ปฏิกิริยาคือคายความร้อนซึ่งหมายความว่ามีการผลิตความร้อนกล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือมันร้อนมาก

โมเลกุลของซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ SO ₃ . ผู้แต่ง: Benjah-bmm27. ที่มา: Wikimedia Commons

เมื่อ SO ₃เหลวเย็นตัวลงจะกลายเป็นของแข็งที่มีโครงสร้างได้ 3 ประเภท ได้แก่ อัลฟ่าเบต้าและแกมมา ที่เสถียรที่สุดคืออัลฟาในรูปแบบของเลเยอร์ที่เชื่อมต่อกันเพื่อสร้างเครือข่าย

ก๊าซซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ใช้ในการเตรียมกรดซัลฟิวริกที่รมควันหรือที่เรียกว่าโอเลมเนื่องจากมีความคล้ายคลึงกับน้ำมันหรือสารที่มีน้ำมัน การใช้งานที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งคือในการซัลโฟเนชันของสารประกอบอินทรีย์นั่นคือการเพิ่ม -SO ₃ - กลุ่มเข้าไป ดังนั้นจึงสามารถเตรียมสารเคมีที่มีประโยชน์เช่นผงซักฟอกสีสารกำจัดศัตรูพืชและอื่น ๆ อีกมากมาย

SO ₃เป็นอันตรายมากอาจทำให้เกิดแผลไหม้อย่างรุนแรงทำลายดวงตาและผิวหนัง ไม่ควรสูดดมหรือกินเข้าไปเนื่องจากอาจทำให้เสียชีวิตจากแผลไฟไหม้ภายในปากหลอดอาหารกระเพาะอาหาร ฯลฯ

ด้วยเหตุนี้จึงต้องใช้ความระมัดระวังเป็นอย่างยิ่ง ห้ามสัมผัสกับน้ำหรือวัสดุที่ติดไฟได้เช่นไม้กระดาษผ้า ฯลฯ เนื่องจากอาจเกิดเพลิงไหม้ได้ ไม่ควรกำจัดและไม่ควรลงสู่ท่อระบายน้ำเนื่องจากอันตรายจากการระเบิด

ไม่ควรปล่อยก๊าซSO _{3 ที่}เกิดขึ้นในกระบวนการทางอุตสาหกรรมออกสู่สิ่งแวดล้อมเนื่องจากเป็นหนึ่งในผู้ที่รับผิดชอบต่อฝนกรดซึ่งได้ทำลายพื้นที่ป่าจำนวนมากในโลกไปแล้ว

โครงสร้าง

โมเลกุลของซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ SO ₃ในสถานะก๊าซมีโครงสร้างระนาบสามเหลี่ยม

ซึ่งหมายความว่าทั้งกำมะถันและออกซีเจนทั้งสามอยู่ในระนาบเดียวกัน นอกจากนี้การกระจายของออกซีเจนและอิเล็กตรอนทั้งหมดเป็นแบบสมมาตร

โครงสร้างการสั่นพ้องของ Lewis อิเล็กตรอนกระจายใน SO 3 ผู้แต่ง: Marilú Stea

ในสถานะโซลิดสเตตโครงสร้างของ SO _{3 เป็นที่รู้จักกัน}สามประเภท: อัลฟา (α-SO ₃ ), เบต้า (β-SO ₃ ) และแกมมา (γ-SO ₃ )

รูปแบบแกมมาγ-SO ₃ประกอบด้วยตัวตัดแต่งแบบวงกลมนั่นคือสามหน่วยของ SO ₃รวมกันเป็นโมเลกุลรูปวงกลมหรือวงแหวน

โมเลกุลรูปวงแหวนของแข็งกำมะถันไตรออกไซด์ชนิดแกมมา ผู้แต่ง: Marilú Stea

เบต้าβ-SO ₃เฟสมีโซ่เกลียวที่ไม่มีที่สิ้นสุดของ tetrahedra ขององค์ประกอบ SO _{4 ที่}เชื่อมโยงกัน

โครงสร้างของโซ่ของซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ที่เป็นของแข็งชนิดเบต้า ผู้แต่ง: Marilú Stea

รูปแบบที่เสถียรที่สุดคืออัลฟาα-SO ₃คล้ายกับเบต้า แต่มีโครงสร้างเป็นชั้นโดยมีโซ่เชื่อมต่อกันเพื่อสร้างเครือข่าย

ศัพท์เฉพาะ

- ซัลเฟอร์ไตรออกไซด์

- ซัลฟูริกแอนไฮไดรด์

- ซัลฟิวริกออกไซด์

-SO ₃แกมมา, γ-SO ₃

-SO ₃เบต้า, β-SO ₃

-SO ₃อัลฟา, α-SO ₃

คุณสมบัติทางกายภาพ

สภาพร่างกาย

ที่อุณหภูมิห้อง (ประมาณ 25 ºC) และความดันบรรยากาศ SO ₃เป็นของเหลวไม่มีสีที่ปล่อยควันขึ้นสู่อากาศ

เมื่อของเหลวSO ₃บริสุทธิ์ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียสมันเป็นส่วนผสมของmonomeric SO ₃ (โมเลกุลเดี่ยว) และ trimeric (3 โมเลกุลเข้าร่วม) ของสูตร S ₃ O ₉เรียกว่า SO ₃แกมมาγ-SO 3

เมื่อลดอุณหภูมิลงถ้า SO ₃บริสุทธิ์เมื่อถึง 16.86 ºCจะแข็งตัวหรือแข็งตัวเป็นγ-SO ₃หรือที่เรียกว่า "SO ₃ ice "

หากมีความชื้นเล็กน้อย (แม้จะมีร่องรอยหรือมีปริมาณน้อยมาก) SO ₃พอลิเมอร์จะอยู่ในรูปแบบเบต้าβ-SO ₃ซึ่งก่อตัวเป็นผลึกที่มีความเงางาม

จากนั้นจึงเกิดพันธะมากขึ้นสร้างโครงสร้างอัลฟาα-SO ₃ซึ่งเป็นของแข็งผลึกรูปเข็มที่มีลักษณะคล้ายแร่ใยหินหรือใยหิน

เมื่ออัลฟ่าและเบต้ารวมกันจะสร้างแกมมา

น้ำหนักโมเลกุล

80.07 ก. / โมล

จุดหลอมเหลว

แกมมาSO ₃ = 16.86 ºC

จุดสามจุด

เป็นอุณหภูมิที่มีสถานะทางกายภาพสามสถานะ: ของแข็งของเหลวและก๊าซ ในรูปแบบอัลฟาจุดสามเท่าอยู่ที่ 62.2 ºCและในเบต้าจะอยู่ที่ 32.5 ºC

การให้ความร้อนในรูปแบบอัลฟามีแนวโน้มที่จะระเหิดมากกว่าการละลาย Sublimate หมายถึงการเปลี่ยนจากของแข็งไปยังสถานะก๊าซโดยตรงโดยไม่ต้องผ่านสถานะของเหลว

จุดเดือด

SO ₃ทุกรูปแบบต้มที่44.8ºC

ความหนาแน่น

Liquid SO ₃ (แกมมา) มีความหนาแน่น 1.9225 g / cm ³ที่ 20 ºC

Gaseous SO ₃มีความหนาแน่น 2.76 เทียบกับอากาศ (อากาศ = 1) ซึ่งบ่งชี้ว่าหนักกว่าอากาศ

ความดันไอ

SO ₃ alpha = 73 mm Hg ที่ 25 ºC

SO ₃ beta = 344 mm Hg ที่ 25 ºC

แกมมาSO ₃ = 433 mm Hg ที่ 25 ºC

ซึ่งหมายความว่ารูปแบบแกมมามีแนวโน้มที่จะระเหยได้ง่ายกว่ารูปแบบเบต้าและเบต้ามากกว่าอัลฟา

เสถียรภาพ

รูปแบบอัลฟาเป็นโครงสร้างที่เสถียรที่สุดส่วนรูปแบบอื่น ๆ สามารถแพร่กระจายได้นั่นคือมีความเสถียรน้อยกว่า

คุณสมบัติทางเคมี

SO ₃ทำปฏิกิริยากับน้ำอย่างจริงจังที่จะให้กรดกำมะถัน H ₂ SO 4 เมื่อทำปฏิกิริยาจะเกิดความร้อนจำนวนมากเพื่อให้ไอน้ำถูกปล่อยออกจากส่วนผสมอย่างรวดเร็ว

เมื่อสัมผัสกับอากาศ SO ₃จะดูดซับความชื้นอย่างรวดเร็วและปล่อยไอระเหยที่หนาแน่น

เป็นสารขจัดน้ำที่แข็งแกร่งมากซึ่งหมายความว่าสามารถขจัดน้ำออกจากวัสดุอื่นได้อย่างง่ายดาย

กำมะถันใน SO ₃มีความสัมพันธ์กับอิเล็กตรอนอิสระ (นั่นคืออิเล็กตรอนที่ไม่ได้อยู่ในพันธะระหว่างสองอะตอม) ดังนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะสร้างสารประกอบเชิงซ้อนกับสารประกอบที่มีอยู่เช่นไพริดีนทริมเมทิลามีนหรือไดออกเทน

คอมเพล็กซ์ระหว่างซัลเฟอร์ไตรออกไซด์และไพริดีน เบญจ - bmm 27. ที่มา: Wikimedia Commons

โดยการสร้างสารประกอบเชิงซ้อนกำมะถัน "ยืม" อิเล็กตรอนจากสารประกอบอื่นเพื่อเติมเต็มสิ่งที่ขาด ซัลเฟอร์ออกไซด์ยังคงมีอยู่ในคอมเพล็กซ์เหล่านี้ซึ่งจะใช้ในการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีในการจัดหา SO 3

เป็นสารทำปฏิกิริยาซัลโฟเนตที่มีประสิทธิภาพสำหรับสารประกอบอินทรีย์ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้เพื่อเพิ่มหมู่ –SO ₃ - ให้กับโมเลกุลได้อย่างง่ายดาย

มันทำปฏิกิริยาอย่างง่ายดายกับออกไซด์ของโลหะหลายชนิดเพื่อให้ซัลเฟตของโลหะเหล่านี้

มีฤทธิ์กัดกร่อนโลหะเนื้อเยื่อสัตว์และพืช

SO ₃เป็นวัสดุที่จัดการได้ยากด้วยเหตุผลหลายประการ: (1) จุดเดือดค่อนข้างต่ำ (2) มีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นโพลีเมอร์แข็งที่อุณหภูมิต่ำกว่า 30 ºCและ (3) มีปฏิกิริยาสูงต่อเกือบทั้งหมด สารอินทรีย์และน้ำ

อาจพอลิเมอร์ระเบิดได้หากไม่มีสารปรับสภาพและความชื้นอยู่ ไดเมทิลซัลเฟตหรือโบรอนออกไซด์ใช้เป็นสารทำให้คงตัว

การได้รับ

มันจะได้รับโดยการเกิดปฏิกิริยาที่ 400 องศาเซลเซียสระหว่างก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ SO ₂และโมเลกุลออกซิเจน O 2 อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาจะช้ามากและต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา

2 ดังนั้น₂ + O ₂ ⇔ 2 ดังนั้น₃

ในบรรดาสารประกอบที่เร่งปฏิกิริยานี้ ได้แก่ โลหะแพลทินัม Pt วานาเดียมเพนท็อกไซด์ V ₂ O ₅เฟอริกออกไซด์ Fe ₂ O ₃และไนตริกออกไซด์ NO

การประยุกต์ใช้งาน

ในการเตรียมเสื่อน้ำมัน

หนึ่งในแอปพลิเคชันหลักประกอบด้วยการเตรียม oleum หรือ fuming กรดซัลฟิวริกที่เรียกว่าเพราะปล่อยไอระเหยที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ที่จะได้รับมันดังนั้น₃จะถูกดูดซึมในความเข้มข้นของกรดซัลฟูริก H ₂ SO 4

Oleum หรือ fuming กรดซัลฟิวริก คุณสามารถเห็นควันสีขาวออกมาจากขวด W. Oelen. ที่มา: Wikimedia Commons

สิ่งนี้ทำในเสาสแตนเลสพิเศษที่กรดซัลฟิวริกเข้มข้น (ซึ่งเป็นของเหลว) ลงไปและก๊าซSO ₃ขึ้นไป

ของเหลวและก๊าซสัมผัสกันและมารวมกันกลายเป็นโอเลมซึ่งเป็นของเหลวที่มีลักษณะเป็นน้ำมัน มันมีส่วนผสมของ H ₂ SO ₄และอื่น ๆ₃แต่ก็ยังมีโมเลกุลของกรด disulfuric H ₂ S ₂ O ₇และ trisulfuric กรด H ₂ S ₃ O 10

ในปฏิกิริยาเคมีซัลโฟเนชัน

การซัลโฟเนชันเป็นกระบวนการสำคัญในการใช้งานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่สำหรับการผลิตผงซักฟอกสารลดแรงตึงผิวสีสารกำจัดศัตรูพืชและยา

SO ₃ทำหน้าที่เป็นสารซัลโฟเนตเพื่อเตรียมน้ำมันซัลโฟเนตและผงซักฟอกอัลคิล - อาริล - ซัลโฟเนตรวมถึงสารประกอบอื่น ๆ อีกมากมาย ต่อไปนี้แสดงปฏิกิริยาซัลโฟเนชันของสารประกอบอะโรมาติก:

ArH + ดังนั้น₃ → ArSO ₃ H.

Sulfonation ของเบนซินกับ SO 3 เปโดร 8410. ที่มา: Wikimedia Commons

สำหรับปฏิกิริยาซัลโฟเนชันสามารถใช้ oleum หรือ SO ₃ในรูปแบบของสารประกอบเชิงซ้อนกับไพริดีนหรือทริมเมทิลามีนและอื่น ๆ

ในการสกัดโลหะ

ก๊าซ SO ₃ถูกนำมาใช้ในการบำบัดแร่ธาตุ ออกไซด์อย่างง่ายของโลหะสามารถเปลี่ยนเป็นซัลเฟตที่ละลายน้ำได้มากขึ้นโดยการบำบัดด้วย SO ₃ที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ

แร่ธาตุซัลไฟด์เช่นไพไรต์ (เหล็กซัลไฟด์) ชาลโคซีน (คอปเปอร์ซัลไฟด์) และมิลเลอไรต์ (นิกเกิลซัลไฟด์) เป็นแหล่งโลหะที่ไม่ใช่เหล็กที่ประหยัดที่สุดดังนั้นการบำบัดด้วย SO ₃จะช่วยให้ได้โลหะเหล่านี้ได้ง่าย และต้นทุนต่ำ

เหล็กนิกเกิลและทองแดงซัลไฟด์ทำปฏิกิริยากับก๊าซ SO ₃ได้แม้ในอุณหภูมิห้องทำให้เกิดซัลเฟตตามลำดับซึ่งละลายน้ำได้มากและสามารถผ่านกระบวนการอื่น ๆ เพื่อให้ได้โลหะบริสุทธิ์

ในการใช้งานต่างๆ

SO ₃ใช้ในการเตรียมกรดคลอโรซัลฟิวริกหรือที่เรียกว่ากรดคลอโรซัลโฟนิก HSO ₃ Cl

ซัลเฟอร์ไตรออกไซด์เป็นสารออกซิแดนท์ที่ทรงพลังมากและใช้ในการผลิตวัตถุระเบิด

ความเสี่ยง

เพื่อสุขภาพ

SO ₃เป็นสารประกอบที่มีพิษสูงในทุกเส้นทางนั่นคือการหายใจการกลืนกินและการสัมผัสกับผิวหนัง

เยื่อเมือกที่ระคายเคืองและกัดกร่อน ทำให้ผิวหนังและดวงตาไหม้. ไอระเหยของมันเป็นพิษมากเมื่อหายใจเข้าไป เกิดแผลไหม้ภายในหายใจถี่เจ็บหน้าอกและปอดบวม

ซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ SO3 มีฤทธิ์กัดกร่อนและอันตรายมาก ผู้เขียน: OpenIcons ที่มา: Pixabay

มันมีพิษ การกลืนกินเข้าไปทำให้เกิดแผลไหม้ที่ปากหลอดอาหารและกระเพาะอาหารอย่างรุนแรง นอกจากนี้ยังต้องสงสัยว่าเป็นสารก่อมะเร็ง

จากไฟไหม้หรือการระเบิด

แสดงถึงอันตรายจากไฟไหม้เมื่อสัมผัสกับวัสดุที่มีแหล่งกำเนิดอินทรีย์เช่นไม้เส้นใยกระดาษน้ำมันฝ้ายเป็นต้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเปียก

นอกจากนี้ยังมีความเสี่ยงหากคุณสัมผัสกับเบสหรือตัวรีดิวซ์ มันรวมกับน้ำที่ระเบิดได้กลายเป็นกรดซัลฟิวริก

การสัมผัสกับโลหะสามารถผลิตก๊าซไฮโดรเจน H ₂ซึ่งไวไฟสูง

ควรหลีกเลี่ยงการให้ความร้อนในขวดแก้วเพื่อป้องกันการแตกของภาชนะอย่างรุนแรง

ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

SO ₃ถือเป็นหนึ่งในมลพิษที่สำคัญที่มีอยู่ในชั้นบรรยากาศของโลก เนื่องจากมีบทบาทในการก่อตัวของละอองลอยและการมีส่วนร่วมของฝนกรด (เนื่องจากการก่อตัวของกรดซัลฟิวริก H ₂ SO ₄ )

ป่าเสียหายจากฝนกรดในสาธารณรัฐเช็ก Lovecz. ที่มา: Wikimedia Commons

SO ₃จะเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศโดยการเกิดออกซิเดชันของซัลเฟอร์ไดออกไซด์กลุ่ม SO 2เมื่อ SO ₃รูปแบบที่มันทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วกับน้ำทำให้เกิดกรดซัลฟูริก H ₂ SO 4จากการศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้มีกลไกอื่น ๆ สำหรับการเปลี่ยนแปลงของ SO ₃ในบรรยากาศ แต่เนื่องจากมีน้ำจำนวนมากอยู่ในชั้นบรรยากาศจึงยังคงมีความเป็นไปได้มากกว่าที่ SO ₃จะเปลี่ยนเป็น H ₂ SO _{4 เป็น}หลัก

ก๊าซSO ₃หรือของเสียอุตสาหกรรมที่มีก๊าซจะต้องไม่ปล่อยออกสู่บรรยากาศเพราะเป็นมลพิษที่อันตราย มันเป็นก๊าซปฏิกิริยาสูงและเป็นที่กล่าวถึงข้างต้นในการปรากฏตัวของความชื้นในอากาศ, SO ₃จะกลายเป็นกรดซัลฟูริก H ₂ SO 4ดังนั้นในอากาศ SO ₃ยังคงอยู่ในรูปของกรดซัลฟิวริกกลายเป็นละอองหรือละอองลอยขนาดเล็ก

หากหยดกรดซัลฟิวริกเข้าสู่ทางเดินหายใจของมนุษย์หรือสัตว์พวกมันจะมีขนาดโตขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากความชื้นที่นั่นจึงมีโอกาสที่จะซึมเข้าไปในปอดได้ กลไกอย่างหนึ่งที่หมอกกรดของ H ₂ SO ₄ (นั่นคือ SO ₃ ) สามารถก่อให้เกิดความเป็นพิษอย่างรุนแรงได้เนื่องจากการเปลี่ยนแปลง pH ภายนอกเซลล์และภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต (พืชสัตว์และมนุษย์)

นักวิจัยบางคนบอกว่าหมอก SO ₃เป็นสาเหตุของการเพิ่มขึ้นของโรคหืดในพื้นที่ของญี่ปุ่น หมอก SO ₃มีฤทธิ์กัดกร่อนโลหะอย่างมากดังนั้นโครงสร้างโลหะที่มนุษย์สร้างขึ้นเช่นสะพานและอาคารบางแห่งอาจได้รับผลกระทบอย่างรุนแรง

ไม่ควรกำจัดของเหลวSO ₃ในท่อระบายน้ำเสียหรือท่อระบายน้ำ หากหกลงท่อระบายน้ำอาจก่อให้เกิดไฟไหม้หรือระเบิดได้ หากหกรั่วไหลโดยไม่ได้ตั้งใจอย่าฉีดน้ำที่ผลิตภัณฑ์โดยตรง ไม่ควรดูดซับในขี้เลื่อยหรือสารดูดซับอื่น ๆ ที่ติดไฟได้เนื่องจากอาจทำให้เกิดเพลิงไหม้ได้

ต้องดูดซับในทรายแห้งดินแห้งหรือสารดูดซับเฉื่อยอื่น ๆ ที่แห้งสนิท SO ₃จะต้องไม่ถูกปล่อยสู่สิ่งแวดล้อมและจะต้องไม่ได้รับอนุญาตให้สัมผัสกับมัน ควรเก็บให้ห่างจากแหล่งน้ำเนื่องจากจะก่อให้เกิดกรดซัลฟิวริกที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำและบนบก

อ้างอิง

1. Sarkar, S. et al. (2019). อิทธิพลของแอมโมเนียและน้ำต่อชะตากรรมของซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ในโทรโพสเฟียร์: การตรวจสอบทางทฤษฎีของกรดซัลฟามิกและเส้นทางการก่อตัวของกรดซัลฟูริก J Phys Chem A. 2019; 123 (14): 3131-3141 กู้คืนจาก ncbi.nlm.nih.gov
2. มุลเลอร์, TL (2006). กรดซัลฟิวริกและซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ สารานุกรม Kirk-Othmer of Chemical Technology. เล่มที่ 23 กู้คืนจาก onlinelibrary.wiley.com.
3. หอสมุดแพทยศาสตร์แห่งชาติสหรัฐอเมริกา (2019). ซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ กู้คืนจาก pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
4. Kikuchi, R. (2001). การจัดการสิ่งแวดล้อมของการปล่อยซัลเฟอร์ไตรออกไซด์: ผลกระทบของ SO ₃ต่อสุขภาพของมนุษย์ การจัดการสิ่งแวดล้อม (2544) 27: 837 กู้คืนจาก link.springer.com.
5. ฝ้ายเอฟอัลเบิร์ตและวิลคินสันจอฟฟรีย์ (1980) เคมีอนินทรีย์ขั้นสูง. พิมพ์ครั้งที่สี่. John Wiley & Sons
6. อิสมาอิลมิชิแกน (2522) การสกัดโลหะจากซัลไฟด์โดยใช้ซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ในฟลูอิไดซ์เบด เจ. เคม. เทค. ไบโอเทคโนโลยี. พ.ศ. 2522, 29, 361-366 กู้คืนจาก onlinelibrary.wiley.com.