Notice: Unexpected clearActionName after getActionName already called in /var/www/html/includes/context/RequestContext.php on line 338 Schwefeltrioxid – WikipediaZum Inhalt springen
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Schwefeltrioxid, SO3, ist das Anhydrid der Schwefelsäure. Es bildet bei Normbedingungen farblose, nadelförmige Kristalle, die äußerst hygroskopisch sind und sehr heftig (explosiv) mit Wasser reagieren. Es existieren für den Feststoff Schwefeltrioxid drei verschiedene Modifikationen. Einatmen hat Reizerscheinungen zur Folge, in der Lunge wird daraus Schwefelsäure, die ein lebensgefährliches Lungenödem auslösen kann.
Schwefeltrioxid wird technisch im Kontaktverfahren durch mit Vanadiumpentoxidkatalysierte Oxidation von Schwefeldioxid mit Luftsauerstoff bei 420 °C hergestellt. Reines Schwefeltrioxid erhält man durch Abdestillieren aus Oleum, welches ein Zwischenprodukt bei der Schwefelsäureherstellung ist. Das zunächst gasförmige abdestillierte Schwefeltrioxid wird anschließend durch Kühlung zu flüssigem Schwefeltrioxid kondensiert.<ref>Ralf Steudel: Chemie der Nichtmetalle: Von Struktur und Bindung zur Anwendung. Walter de Gruyter, 2008, ISBN 978-3-11-021128-3, S.459.</ref> Bei Kondensation und Lagerung sind enge Temperaturgrenzen einzuhalten, da Festpunkt und Siedepunkt sehr nahe beieinanderliegen.
Labormethoden zur Darstellung kleiner Mengen:
Überleiten von Sauerstoff und Schwefeldioxid über Platin, Natriumvanadat oder Silbervanadat bei 470–490 °C.<ref name=":0">Heribert Grubitsch: Anorganische-präparative Chemie. Springer, Wien 1950, S.284–285.</ref>
Oxidation von Schwefeldioxid mit Stickstoffdioxid.<ref name=":1" />
Eigenschaften
Chemische Eigenschaften
Das Schwefeltrioxid-Molekül kann durch drei gleichwertige mesomere Grenzstrukturen beschrieben werden:<ref>James E. House: Inorganic Chemistry. Academic Press, 2012, ISBN 978-0-12-385111-6, S.506.</ref>
Es liegt im Gleichgewicht mit S3O9-Molekülen vor. Wird (gasförmiges) SO3 unter −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 verzerrt tetraedisch umgeben.<ref>Erwin Riedel, Christoph Janiak: Anorganische Chemie. Walter de Gruyter & Co KG, 2022, ISBN 978-3-11-069444-4, S.481.</ref>
Schwefeltrioxid verkohlt augenblicklich Gummi und die meisten Kunststoffe wie PVC, nur spezielle Kunststoffe wie beispielsweise Teflon und Perfluoralkoxy<ref>PFA Chemical Tubing. Abgerufen am 25. März 2023 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> sind halbwegs beständig.
Molekülstruktur
Gasförmiges Schwefeltrioxid liegt als Monomer vor und besitzt gemäß dem VSEPR-Modell eine trigonal-planare Molekülgeometrie. Die drei OSO-Winkel betragen dabei 120°. Die drei gleichlangen Doppelbindungen haben eine Länge von 143 pm.<ref name="HOWI">A. F. Holleman, N. Wiberg: Anorganische Chemie. 103. Auflage. 1. Band: Grundlagen und Hauptgruppenelemente. Walter de Gruyter, Berlin / Boston 2016, ISBN 978-3-11-049585-0, S. 642 (eingeschränkte Vorschau in der Google-BuchsucheSkriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:GoogleBook“ ist nicht vorhanden.). (abgerufen über De Gruyter Online).</ref>
Schwefeltrioxid besitzt als Molekülsymmetrie die Punktgruppe D3h.<ref name="HOWI" />
Verwendung und Vorkommen
Gasförmiges Schwefeltrioxid dient hauptsächlich zur Herstellung von Schwefelsäure:
<chem>SO3 + H2O -> H2SO4</chem>
In Wasser löst sich das gasförmige SO3 nur sehr langsam und wird daher in konzentrierte Schwefelsäure eingeleitet, wobei sich Dischwefelsäure (H2S2O7) bildet. Mit Wasser wird diese dann zu Schwefelsäure umgesetzt:
<chem>SO3 + H2SO4 -> H2S2O7</chem>
<chem>H2S2O7 + H2O -> 2 H2SO4</chem>
100%iges Schwefeltrioxid wird zur Herstellung von Chlorsulfonsäure, Thionylchlorid, Amidosulfonsäure, Dimethylsulfat und zur Sulfonierung organischer Substanzen, insbesondere in der Waschmittelindustrie, eingesetzt.<ref>Martin Bertau, Armin Müller, Peter Fröhlich, Michael Katzberg: Industrielle Anorganische Chemie. John Wiley & Sons, 2013, ISBN 978-3-527-33019-5, S.84.</ref> Weiter ist Schwefeltrioxid als Oxidationsmittel geeignet. Es wurde auch zur Herstellung von Rauchgranaten benutzt,<ref>Helene Tello: Schädlingsbekämpfung in Museen: Wirkstoffe und Methoden am Beispiel des Ethnologischen Museums Berlin 1887-1936. Böhlau Köln, 2022, ISBN 978-3-412-52461-6.</ref> da bereits ein Tropfen flüssiges Schwefeltrioxid einen großen Raum komplett einnebeln kann.
Die Herstellung von Fluorsulfonsäure aus Schwefeltrioxid erfolgt durch Umsetzung mit Fluorwasserstoff.<ref name="HOWI" />
<chem>SO3 + HF -> FSO3H</chem>
Vermischt man Schwefeltrioxid mit Alkoholen, entstehen Schwefelsäureester:
<chem>SO3 + R-OH -> R-O-SO3H</chem>
Diese Reaktion wird bei der Herstellung von Tensiden genutzt:<ref>Tharwat F. Tadros: Tenside. Walter de Gruyter & Co KG, 2023, ISBN 978-3-11-079869-2.</ref>
Schwefeltrioxid ist in Portlandzement typisch mit rund 3 Gew.-% enthalten und in Baukalk nach DIN EN 459-1 meist auf 2 Gew.-% begrenzt.<ref>Jochen Stark, Bernd Wicht: Zement und Kalk: Der Baustoff als Werkstoff. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-0348-8382-5, S.7.</ref><ref>Dieter Vollenschaar: Wendehorst Baustoffkunde. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-663-11829-9, S.321.</ref>
Messtechnische Erfassung von Schwefeltrioxid-Emissionen
Schwefeltrioxid-Emissionen können mit einem Kondensationsverfahren ermittelt werden, bei dem ein Teilstrom des zu beprobenden Abgases mittels 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 per Ionenchromatographie oder Titration.<ref>VDI 2462 Blatt 2:2011-11 Messen gasförmiger Emissionen; Bestimmung von Schwefeltrioxid in wasserdampfhaltigen Abgasen; Kondensationsverfahren (Measurement of gaseous emissions; Determination of sulphur trioxide in water vapour containing exhaust gas; Condensation method). Beuth Verlag, Berlin. S. 3.</ref>
Eine weitere Methode zur Messung von Schwefeltrioxid ist das 2-Propanol-Verfahren. Bei diesem Verfahren wird das beladene Abgas durch eine Lösung mit 2-Propanol geleitet. Im Gegensatz zu Schwefeldioxid wird Schwefeltrioxid durch diese Lösung sehr gut absorbiert. Nach Abschluss der Probenahme wird das absorbierte Schwefeltrioxid mit einer Bariumperchloratlösung gegen Thorin titriert.<ref>Wolfgang Guse: Schwefeltrioxid in Feuerungsabgasen. In: Staub – Reinhalt. Luft. 41, Nr. 6, 1981, ISSN0039-0771, S. 204–210.</ref><ref>VDI 2462 Blatt 7:1985-03 Messen gasförmiger Emissionen; Messen der Schwefeltrioxid-Konzentration; 2-Propanol-Verfahren (Measurement of Gaseous Emissions; Measurement of the Sulfur-Trioxide Concentration; 2-propanol method). VDI-Verlag, Düsseldorf, S. 2.</ref> Dieses Verfahren hat sich in der Praxis nicht bewährt.<ref>VDI 2462 Blatt 2:2011-11 Messen gasförmiger Emissionen; Bestimmung von Schwefeltrioxid in wasserdampfhaltigen Abgasen; Kondensationsverfahren (Measurement of gaseous emissions; Determination of sulphur trioxide in water vapour containing exhaust gas; Condensation method). Beuth Verlag, Berlin, S. 2.</ref>
