Schwefeltrioxid

Strukturformel
Allgemeines
Name	Schwefeltrioxid
Andere Namen	Schwefelsäureanhydrid Acidum sulfuricum anhydricum
Summenformel	SO3
CAS-Nummer	7446-11-9
PubChem	24682
Kurzbeschreibung	farblose an der Luft rauchende Masse[1]
Eigenschaften
Molare Masse	80,06 g·mol−1
Aggregatzustand	fest (α-, β-Form), flüssig (γ-Form)
Dichte	2,00 g·cm−3(γ-Form)[2]
Schmelzpunkt	62,2 °C (α-), 32,5 °C (β-) 16,8 °C(γ-Form) [2]
Siedepunkt	44,45 °C (β-, γ-Form), α-Form zersetzt sich bei 50 °C [2]
Dampfdruck	260 hPa (20 °C) [2]
Löslichkeit	explosionsartige Hydrolyse in Wasser[2]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [2] Gefahr H- und P-Sätze H: 314-335 EUH: 014 P: 201-​220-​260-​280-​284-​305+351+338Vorlage:P-Sätze/Wartung/mehr als 5 Sätze [3] EU-Gefahrstoffkennzeichnung [4][2] Ätzend (C) R- und S-Sätze R: 35-37-14 S: 8-25-36/37/39-45
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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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.

Gewinnung

Schwefeltrioxid wird technisch im Kontaktverfahren durch mit Vanadiumpentoxid katalysierte 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. Bei Kondensation und 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 und Phosphorpentoxid oder Metaphosphorsäure (H₄P₄O₁₂, cyclo-Phosphat) abdestillieren.

Verwendung

Es dient hauptsächlich zur Herstellung von Schwefelsäure:

$ \mathrm {SO_{3}+H_{2}O\longrightarrow H_{2}SO_{4}} $

In Schwefelsäure löst sich Schwefeltrioxid schneller als in Wasser und bildet Dischwefelsäure. Mit Wasser wird diese dann zu Schwefelsäure umgesetzt:

$ \mathrm {SO_{3}+H_{2}SO_{4}\longrightarrow H_{2}S_{2}O_{7}} $

$ \mathrm {H_{2}S_{2}O_{7}+H_{2}O\longrightarrow 2\ H_{2}SO_{4}} $

Weiter zur Herstellung von Fluorsulfonsäure und Chlorsulfonsäure

$ \mathrm {SO_{3}+HF\longrightarrow FSO_{3}H} $

Vermischt man Schwefeltrioxid mit Alkoholen, entstehen Schwefelsäureester:

$ \mathrm {SO_{3}+R\!-\!OH\ \longrightarrow \ R\!-\!O-SO_{3}H} $

Diese Reaktion wird bei der Herstellung von Tensiden genutzt:

$ \mathrm {SO_{3}+C_{12}H_{23}\!-\!OH\ \longrightarrow \ C_{12}H_{23}\!-\!O-SO_{3}H} $

Die Schwefelsäureester werden mit Natronlauge neutralisiert und liefern so Fettalkoholsulfate. Weiter ist Schwefeltrioxid als Oxidationsmittel geeignet. Es wurde auch zur Herstellung von Rauchgranaten benutzt, da bereits ein Tropfen flüssiges Schwefeltrioxid einen großen Raum komplett einnebeln kann.

Eigenschaften

Gasförmiges Schwefeltrioxid liegt als Monomer vor. Dieses ist trigonal-planar gebaut und enthält drei gleich lange S–O-Doppelbindungen:

Die angegebene Strukturformel setzt sich aus wie folgt aussehenden mesomeren Grenzstrukturen zusammen:

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.

Schwefeltrioxid verkohlt augenblicklich Gummi und die meisten Kunststoffe wie PVC, nur spezielle Kunststoffe wie beispielsweise Teflon und Perfluoralkoxy^[5] sind relativ beständig.

Einzelnachweise