Schwefeltrioxid

Strukturformel
Allgemeines
Name	Schwefeltrioxid
Andere Namen	Schwefelsäureanhydrid Schwefel(VI)-oxid Acidum sulfuricum anhydricum
Summenformel	SO3
Kurzbeschreibung	farblose, an der Luft rauchende Masse (γ-Form)
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 7446-11-9 EG-Nummer 231-197-3 ECHA-InfoCard 100.028.361 PubChem 24682 Wikidata Q242715
Eigenschaften
Molare Masse	80,06 g·mol−1
Aggregatzustand	fest (α-, β-Form), flüssig (γ-Form)
Dichte	2,00 g·cm−3(γ-Form)
Schmelzpunkt	62,3°C(α-), 32,5 °C (β-) 16,8 °C (γ-Form)
Siedepunkt	44,45 °C (β-, γ-Form), α-Form zersetzt sich bei 50 °C
Dampfdruck	260hPa(20 °C)
Löslichkeit	explosionsartige Hydrolyse in Wasser
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Gefahr H- und P-Sätze H:314​‐​335 EUH:014 P:261​‐​280​‐​305+351+338​‐​310
Soweit möglich und gebräuchlich, werdenSI-Einheitenverwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen(0 °C, 1000 hPa).

Schwefeltrioxid,SO₃,ist dasAnhydridderSchwefelsäure.Es bildet beiNormbedingungenfarblose, nadelförmige Kristalle, die äußersthygroskopischsind und sehr heftig (explosiv) mit Wasser reagieren. Es existieren für den Feststoff Schwefeltrioxid drei verschiedeneModifikationen.Einatmen hat Reizerscheinungen zur Folge, in derLungewird daraus Schwefelsäure, die ein lebensgefährlichesLungenödemauslösen kann.

Ca. 60 g Schwefeltrioxid in einer Ampulle

Gewinnung und Darstellung

Schwefeltrioxid wird technisch imKontaktverfahrendurch mitVanadiumpentoxidkatalysierteOxidation vonSchwefeldioxidmit Luftsauerstoffbei 420 °C hergestellt. Reines Schwefeltrioxid erhält man durchAbdestillierenausOleum,welches ein Zwischenprodukt bei derSchwefelsäureherstellungist. Das zunächst gasförmige abdestillierte Schwefeltrioxid wird anschließend durch Kühlung zu flüssigem Schwefeltrioxid kondensiert. BeiKondensationund Lagerung sind enge Temperaturgrenzen einzuhalten, da Festpunkt und Siedepunkt sehr nahe beieinander liegen.

Um kleinere Mengen Schwefeltrioxid zu erhalten, kann man es auch aus einer Mischung von Schwefelsäure undPhosphorpentoxidoderMetaphosphorsäure(H₄P₄O₁₂,cyclo-Phosphat) abdestillieren. Schwefeltrioxid lässt sich jedoch auch durch die Oxidation von Schwefeldioxid mit Stickstoffdioxid darstellen.

Eigenschaften

Chemische Eigenschaften

Das Schwefeltrioxid-Molekül kann durch drei gleichwertigemesomere Grenzstrukturenbeschrieben werden:

Kugel-Stab-Modell von Schwefeltrioxid

Es liegt im Gleichgewicht mit S₃O₉-Molekülen vor. Wird (gasförmiges) SO₃unter −80 °C abgekühlt, bildet sich das sog. γ-SO₃.Dieses besteht aus S₃O₉-Molekülen. Es ist nicht planar aufgebaut, sondern formt einen gewellten Ring. Dabei sind die Schwefelatome von Sauerstoff verzerrttetraedischumgeben.

Schwefeltrioxid verkohlt augenblicklichGummiund die meistenKunststoffewiePVC,nur spezielle Kunststoffe wie beispielsweiseTeflonundPerfluoralkoxysind relativ beständig.

Molekülgeometrie

Gasförmiges Schwefeltrioxid liegt alsMonomervor und besitzt gemäß demVSEPR-Modelleine trigonal-planare Molekülgeometrie. Die drei OSO-Winkel betragen dabei 120°. Die drei gleich langenDoppelbindungenhaben eine Länge von 143 pm.

Schwefeltrioxid besitzt als Molekülsymmetrie diePunktgruppeD_3h.

Verwendung und Vorkommen

Gasförmiges Schwefeltrioxid dient hauptsächlich zur Herstellung von Schwefelsäure:

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

In Wasser löst sich das gasförmige SO₃nur sehr langsam und wird daher in konzentrierte Schwefelsäure eingeleitet, wobei sichDischwefelsäure(H₂S₂O₇) bildet. Mit Wasser wird diese dann zu Schwefelsäure umgesetzt:

${\ce {SO3 + H2SO4 -> H2S2O7}}$

${\ce {H2S2O7 + H2O -> 2 H2SO4}}$

Weiter zur Herstellung vonFluorsulfonsäureundChlorsulfonsäure

${\ce {SO3 + HF -> FSO3H}}$

Vermischt man Schwefeltrioxid mitAlkoholen,entstehen Schwefelsäureester:

${\ce {SO3 + R-OH -> R-O-SO3H}}$

Diese Reaktion wird bei der Herstellung vonTensidengenutzt:

${\ce {SO3 + C_{12}H_{23}-OH -> C_{12}H_{23}-O-SO3H}}$

DieSchwefelsäureesterwerden mitNatronlaugeneutralisiert und liefern soFettalkoholsulfate. Weiter ist Schwefeltrioxid alsOxidationsmittelgeeignet. Es wurde auch zur Herstellung vonRauchgranatenbenutzt, da bereits ein Tropfen flüssiges Schwefeltrioxid einen großen Raum komplett einnebeln kann.

Schwefeltrioxid ist inPortlandzementtypisch mit rund 3 Gew.-% enthalten und inBaukalknach DIN EN 459-1 meist auf 2 Gew.-% begrenzt.

Messtechnische Erfassung von Schwefeltrioxid-Emissionen

Schwefeltrioxid-Emissionenkönnen mit einemKondensationsverfahrenermittelt werden, bei dem ein Teilstrom des zu beprobendenAbgasesmittels einer beheizten Entnahmesonde dem Abgas entnommen und in ein Kondensationsgefäß geleitet wird. Die Randbedingungen im Kondensationsgefäß bewirken, dass Schwefeltrioxid als Schwefelsäure abgeschieden wird. Die quantitative Bestimmung des Sulfats erfolgt perIonenchromatographieoderTitration.

Eine weitere Methode zur Messung von Schwefeltrioxid ist das 2-Propanol-Verfahren. Bei diesem Verfahren wird das beladene Abgas durch eine Lösung mit2-Propanolgeleitet. Im Gegensatz zu Schwefeldioxid wird Schwefeltrioxid durch diese Lösung sehr gut absorbiert. Nach Abschluss der Probenahme wird das absorbierte Schwefeltrioxid mit einerBariumperchloratlösunggegenThorintitriert.Dieses Verfahren hat sich in der Praxis nicht bewährt.