Оксид серы(VI)

Окси́д се́ры(VI) (се́рный ангидри́д, трёхо́кись се́ры, се́рный газ) — высший оксид серы. Ангидрид серной кислоты. В обычных условиях — легколетучая бесцветная жидкость с удушливым запахом. Весьма токсичен. При температурах ниже 16,9 °C застывает с образованием смеси различных кристаллических модификаций твёрдого SO₃. Реагирует с водой и водяными парами во влажном воздухе, образуя серную кислоту.

Получают окислением оксида серы(IV) кислородом воздуха при температуре 400—500 °C, в присутствии катализатора (V₂O₅, Pt, NaVO₃, Fe₂O₃):

${\displaystyle {\ce {2SO2{}+O2->[{\ce {400-500^{o}C,\ V2O5,\ Pt,\ NaVO3,\ Fe2O3}}]2SO3}}}$

или окислением SO₂ диоксидом азота (нитрозный метод получения серной кислоты):

${\displaystyle {\ce {SO2 + NO2 -> SO3 + NO}}}$.

Можно получить пиролизом сульфатов:

${\displaystyle {\ce {Fe2(SO4)3 ->[^ot] Fe2O3 + 3 SO3}}}$

или взаимодействием SO₂ с озоном. Озон образуется из кислорода под действием ультрафиолета.

${\displaystyle {\ce {3 O2 ->[{\ce {UV}}] 2 O3,}}}$

${\displaystyle {\ce {SO2 + O3 -> SO3 + O2 ^}}}$.

Вещество также может быть получено нагреванием гидросульфата натрия. В качестве промежуточного продукта образуется пиросульфат натрия. Первая реакция происходит при температурах около 320 °C, вторая при 440—460 °C:

1. ${\displaystyle {\ce {2NaHSO4 -> Na2S2O7 + H2O}}}$
2. ${\displaystyle {\ce {Na2S2O7 -> Na2SO4 + SO3}}}$

Оксид серы(VI) — в обычных условиях легколетучая бесцветная жидкость с удушающим запахом.

Находящиеся в газовой фазе молекулы SO₃ имеют плоское тригональное строение с симметрией D_3h (угол OSO = 120°, d(S-O) = 141 пм). При переходе в жидкое и кристаллическое состояния образуются циклический тример и зигзагообразные цепи. Тип химической связи в молекуле: ковалентная полярная химическая связь.

Твёрдый SO₃ существует в α-, β-, γ- и δ-формах, с температурами плавления соответственно 16,8, 32,5, 62,3 и 95 °C и различающихся по форме кристаллов и степени полимеризации SO₃. α-Форма SO₃ состоит преимущественно из молекул триме́ра. Другие кристаллические формы серного ангидрида состоят из зигзагообразных цепей: изолированных у β-SO₃, соединённых в плоские сетки у γ-SO₃ или в пространственные структуры у δ-SO₃. При охлаждении из пара сначала образуется бесцветная, похожая на лёд, неустойчивая α-форма, которая постепенно переходит в присутствии влаги в устойчивую β-форму — белые «шелковистые» кристаллы, похожие на асбест. Обратный переход β-формы в α-форму возможен только через газообразное состояние SO₃. Обе модификации на воздухе «дымят» (образуются капельки H₂SO₄) вследствие высокой гигроскопичности SO₃.

Взаимный переход в другие модификации протекает очень медленно. Разнообразие форм триоксида серы связано со способностью молекул SO₃ полимеризоваться благодаря образованию донорно-акцепторных связей. Полимерные структуры SO₃ легко переходят друг в друга, и твердый SO₃ обычно состоит из смеси различных форм, относительное содержание которых зависит от условий получения серного ангидрида.

SO₃ — типичный кислотный оксид, ангидрид серной кислоты. Его химическая активность достаточно велика.

При взаимодействии с водой образует серную кислоту:

${\displaystyle {\ce {SO3 + H2O -> H2SO4,}}}$

в этой реакции серная кислота образуется в виде аэрозоля, поэтому в промышленности оксид серы(VI) растворяют в серной кислоте с образованием олеума, который далее растворяют в воде до образования серной кислоты нужной концентрации.

Взаимодействует с основаниями:

${\displaystyle {\ce {2 KOH + SO3 -> K2SO4 + H2O,}}}$

а также с оксидами:

${\displaystyle {\ce {CaO + SO3 -> CaSO4}}}$.

SO₃ — сильный окислитель, обычно в реакциях восстанавливается до диоксида серы:

${\displaystyle {\ce {5 SO3 + 2 P -> P2O5 + 5 SO2 ^ ,}}}$

${\displaystyle {\ce {3 SO3 + H2S -> 4 SO2 ^ + H2O,}}}$

${\displaystyle {\ce {2 SO3 + 2 KI -> SO2 ^ + I2 + K2SO4}}}$.

При взаимодействии с хлороводородом образуется хлорсульфоновая кислота:

${\displaystyle {\ce {SO3 + HCl -> HSO3Cl}}}$.

Также взаимодействует с двухлористой серой и хлором, образуя тионилхлорид:

${\displaystyle {\ce {SO3 + Cl2 + 2 SCl2 -> 3 SOCl2}}}$.

Серный ангидрид в основном используют в производстве серной кислоты и в металлургии.

Триоксид серы — токсичное вещество, поражает слизистые оболочки и дыхательные пути, разрушает органические соединения. Хранят в запаянных стеклянных сосудах.

• Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия (рус.). — М.: Высшая школа, 2001.
• Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия (рус.). — М.: Химия, 1994.