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 空間充填モデル[1]
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| 名前 | |
|---|---|
| 推奨されるIUPAC名
三酸化硫黄 | |
| 体系的なIUPAC名
スルホニリデンオキシダン | |
| その他の名前
無水硫酸、酸化硫黄(VI)
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| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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| チェビ |
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| ケムスパイダー |
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| ECHA 情報カード | 100.028.361 |
| EC番号 |
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| 1448 | |
パブケム CID
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| RTECS番号 |
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| ユニ |
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| 国連番号 | 国連1829 |
CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |
| SO3 3 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 30 31 32 33 36 37 38 39 49 50 41 51 62 39 42 43 52 | |
| モル質量 | 80.066 グラム/モル |
| 外観 | 無色から白色の結晶性固体で、空気中では煙を発する。[2]無色の液体および気体。[3] |
| 臭い | 様々です。蒸気は二酸化硫黄のような刺激臭があります。[4]ミストは無臭です。[3] |
| 密度 | 1.92 g/cm 3、液体 |
| 融点 | 16.9 °C (62.4 °F; 290.0 K) |
| 沸点 | 45 °C (113 °F; 318 K) |
| 反応して硫酸を生成する | |
| 熱化学 | |
標準モル
エントロピー ( S ⦵ 298 ) |
256.77 JK −1モル−1 |
標準生成エンタルピー (Δ f H ⦵ 298 ) |
−395.7 kJ/モル |
| 危険 | |
| 労働安全衛生（OHS/OSH）： | |
主な危険
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非常に腐食性が高く、非常に強力な脱水剤 |
| GHSラベル: | |
 
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| 危険 | |
| H314、H335 | |
| P261、P280、P305+P351+P338、P310 [5] | |
| NFPA 704 (ファイアダイヤモンド) | |
| 引火点 | 不燃性 |
| 致死量または濃度（LD、LC）： | |
LC 50 (中央濃度)
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ラット、4 時間 375 mg/m 3 [引用が必要] |
| 安全データシート（SDS） | ICSC1202 ... |
| 関連化合物 | |
その他の陽イオン
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三酸化セレン三 酸化テルル三 酸化ポロニウム |
| 一酸化硫黄 二酸化硫黄 | |
関連化合物
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硫酸 |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
 確認する （何ですか ？）
 インフォボックス参照
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三酸化硫黄（別名sulphur trioxide ）は、化学式SO 3で表される化合物である。これは「疑いなく最も[経済的に]重要な硫黄酸化物」と評されている。[1]これは硫酸の前駆物質として工業規模で製造されている。
三酸化硫黄は、気体モノマー、結晶性三量体、固体ポリマーなど、いくつかの形態で存在します。三酸化硫黄は室温よりわずかに低い温度では固体であり、液体の範囲は比較的狭いです。気体SO 3は酸性雨の主な前駆物質です。[6]
分子構造と結合
モノマー
SO 3分子は三方平面である。VSEPR理論によって予測されるように、その構造はD 3h 点群に属する。硫黄原子の酸化状態は+6であり、形式電荷の値は0（3つの硫黄-酸素結合がすべて二重結合であると仮定した場合）から+2（オクテット則であると仮定した場合）まで割り当てられる。[7]形式電荷がゼロでない場合、SO結合は非局在化していると想定される。いずれの場合も、3つのSO結合長は互いに等しく、1.42 Åである。[1]気体三酸化硫黄の 電気双極子モーメントはゼロである。
トリマー
液体と気体の両方の[8] SO 3はモノマーと環状三量体の間で平衡状態で存在します。固体SO 3の性質は複雑で、少なくとも3つの多形が知られており、それらの間の変換は微量の水に依存しています。[9]
完全に純粋なSO3は16.8℃で凍結し、環状三量体構造[S(=O) 2 ( μ -O)] 3をとるγ - SO3形態を与える。[10] [1]
ポリマー
SO 3が 27 °C 以上で凝縮すると、融点が 62.3 °C のα -SO 3が形成されます。α -SO 3は繊維状の外観をしています。構造的には、ポリマー[ S (=O) 2 ( μ -O)] nです。ポリマーの両端は OH 基で終端されています。[1] β -SO 3 は、アルファ型と同様に繊維状ですが、分子量が異なり、ヒドロキシルでキャップされたポリマーで構成されており、32.5 °C で融解します。ガンマ型とベータ型はどちらも準安定であり、十分な時間放置すると最終的に安定したアルファ型に変換されます。この変換は微量の水によって引き起こされます。[11]
固体SO 3の相対蒸気圧は、同一温度でα < β < γであり、相対分子量を示している。液体の三酸化硫黄の蒸気圧はγ型と一致する。したがって、 α -SO 3の結晶を融点まで加熱すると、蒸気圧が急激に上昇し、加熱されたガラス容器を粉砕するほどの威力を持つことがある。この効果は「アルファ爆発」として知られている。[11]
化学反応
三酸化硫黄は多くの反応を起こす。[1]
水和とフッ化水素化
SO 3 はH 2 SO 4の無水物です。したがって、水和しやすいです。
ガス状の三酸化硫黄は、硫酸ミストの形成により、比較的乾燥した大気中でも大量に発生します。SO 3 は吸湿性が非常に強い物質です。水和熱は十分であるため、SO 3と木材や綿の混合物は発火する可能性があります。このような場合、SO 3 はこれらの炭水化物を脱水します。[11]
H 2 Oの挙動と同様に、フッ化水素を加えるとフルオロ硫酸が生成されます。
- SO 3 + HF → FSO 3 H
脱酸素化
SO 3 は五酸化二窒素と反応してピロ硫酸ニトロニウム塩を生成します。
- 2 SO 3 + N 2 O 5 → [NO 2 ] 2 S 2 O 7
酸化剤
三酸化硫黄は酸化剤です。二塩化硫黄を塩化チオニルに酸化します。
- SO 3 + SCl 2 → SOCl 2 + SO 2
ルイス酸
SO 3は強いルイス酸で、ルイス塩基と容易に付加物を形成します。[13]ピリジン と反応すると三酸化硫黄ピリジン錯体を形成します。ジオキサンとトリメチルアミンからも同様の付加物が形成されます。
スルホン化剤
三酸化硫黄は強力なスルホン化剤であり、基質にSO 3基を付加する。多くの場合、基質は芳香族スルホン化のように有機物である。[14] 活性化基質の場合、三酸化硫黄のルイス塩基付加物は効果的なスルホン化剤である。[15]
準備
空気中での二酸化硫黄から三酸化硫黄への直接酸化は非常にゆっくりと進行します。
- 2 SO 2 + O 2 → 2 SO 3 (Δ H = −198.4 kJ/mol)
産業
工業的には、SO 3 は接触法で製造される。二酸化硫黄は硫黄または黄鉄鉱（鉄の硫化鉱石）を燃焼させることで生成される。静電集塵機で精製された後、SO 2 は触媒上、400～600℃で大気中の酸素により酸化される。典型的な触媒は、珪藻土またはシリカ担体上の酸化カリウムK 2 Oで活性化された五酸化バナジウム（V 2 O 5 ）からなる。白金も非常によく機能するが、高価すぎる上、不純物によって非常に簡単に被毒（無効になる）してしまう。[16]この方法で製造された三酸化硫黄の大部分は硫酸 に変換される。
研究室
三酸化硫黄は、実験室で亜硫酸水素ナトリウムの二段階熱分解によって製造することができる。ピロ硫酸ナトリウムは中間生成物である：[17]
- 315℃での脱水：
- 2 NaHSO 4 → Na 2 S 2 O 7 + H 2 O
- 460℃での割れ：
- Na 2 S 2 O 7 → Na 2 SO 4 + SO 3
後者は、触媒H 2 SO 4の存在下では、はるかに低い温度（45～60℃）で起こります。[18] 対照的に、KHSO 4はより高温で同じ反応を起こします。[17]
塩の熱分解を伴う別の 2 段階法は、濃硫酸と無水四塩化スズから始まります。
- 四塩化スズと硫酸の1:2モル混合物中の還流温度（114℃）付近での反応：
- SnCl 4 + 2 H 2 SO 4 → Sn(SO 4 ) 2 + 4 HCl
- 無水硫酸スズ(IV)の150℃～200℃での熱分解：
- Sn(SO 4 ) 2 → SnO 2 + 2SO 3
この方法が重亜硫酸ナトリウム法より優れている点は、必要な温度がはるかに低く、通常のホウケイ酸ガラス器具を使用して割れるリスクなしに実行できることです。欠点は、大量の塩化水素ガスが発生するため、これも捕捉する必要があることです。
SO3は硫酸を五酸化リンで脱水することによっても製造できる。[19]
アプリケーション
三酸化硫黄はスルホン化反応の試薬である。ジメチル硫酸はジメチルエーテルと三酸化硫黄の反応によって商業的に生産される。 [20]
- CH 3 OCH 3 + SO 3 → (CH 3 ) 2 SO 4
硫酸エステルは洗剤、染料、医薬品として使用されます。三酸化硫黄は硫酸から その場で生成されるか、硫酸の溶液として使用されます。
B 2 O 3安定化三酸化硫黄は、 20世紀にベイカー＆アダムソン社によって「サルファン」という商標名で取引されていました。 [21]
安全性
三酸化硫黄は酸化剤であると同時に、非常に腐食性があります。水と激しく反応して、非常に腐食性の高い硫酸を生成します。
参照
参考文献
- ^ abcdef グリーンウッド、ノーマン N. ; アーンショウ、アラン (1997)。元素の化学(第 2 版)。バターワース-ハイネマン。pp. 703–704。ISBN 978-0-08-037941-8。
- ^ 「三酸化硫黄 CAMEO Chemicals NOAA」。Cameochemicals.noaa.gov。
- ^ ab Lerner, L. (2011). 反応モデリングによる実験用試薬の小規模合成。CRC Press。p. 10。ISBN 9781439813133. LCCN 2010038460.
- ^ 「物質:三酸化硫黄 - Learn Chemistry Wiki」Rsc.org。
- ^ 「三酸化硫黄227692」（PDF） . SO3 . 2020年9月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。2020年9月1日閲覧。
- ^ Thomas Loerting ; Klaus R. Liedl (2000). 「理論と実験の矛盾の解消に向けて: 大気中の SO3 から H2SO4 への変換速度定数」。 米国科学アカデミー紀要。97 (16): 8874–8878。Bibcode : 2000PNAS ... 97.8874L。doi : 10.1073/ pnas.97.16.8874。PMC 16788。PMID 10922048。
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- ^ Lovejoy, RW; Colwell, JH; Eggers, DF; Halsey, GD (1962 年 2 月)。「ガス状三酸化硫黄の赤外線スペクトルと熱力学的性質」。The Journal of Chemical Physics。36 ( 3): 612–617。Bibcode :1962JChPh..36..612L。doi : 10.1063 /1.1732581。
- ^ Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon (2001)、Wiberg, Nils (ed.)、Inorganic Chemistry、Eagleson, Mary 訳、Brewer, William、サンディエゴ/ベルリン: Academic Press/De Gruyter、ISBN 0-12-352651-5
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- ^ 「硫酸と過リン酸石灰の製造」（PDF）。ニュージーランドの化学プロセス。2018年1月27日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2016年4月22日閲覧。
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- ^ ヘルマン・ミュラー「硫酸と三酸化硫黄」『ウルマン工業化学百科事典』、Wiley-VCH、ヴァインハイム。2000年doi :10.1002/14356007.a25_635
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- ^ GarageChemist. 「三酸化硫黄と発煙硫酸の調製」（PDF）。pp. 1～2。
- ^ 「三酸化硫黄の作り方 - YouTube」www.youtube.com 2017年9月21日。 2020年9月1日閲覧。
- ^ ワイゼンバーガー、カール、メイヤー、ディーター、サンドラー、スタンレー R. (2000)。「ジアルキル硫酸塩とアルキル硫酸」。ウルマン工業化学百科事典。doi : 10.1002 / 14356007.a08_493。ISBN 978-3-527-30385-4。
- ^ Habashi, Fathi; Dugdale, Raymond (1973 年 6 月) [1972-11-06]. 「黄銅鉱に対する三酸化硫黄の作用」. Metallurgical and Materials Transactions . B-4 (6): 1553–1556. Bibcode :1973MT......4.1553H. doi :10.1007/BF02668007. S2CID 93744787. p. 1553:
使用した三酸化硫黄は、Baker and Adamson 社が Sulfan という商標で販売している純粋で無色の液体 SO3 でした。
出典
- NIST 標準参照データベース
- ChemSubオンライン