O trióxido de enxofre, SO3, é um composto químico que, na forma gasosa, é um poluente significativo, sendo o principal interveniente nas chuvas ácidas.
O trióxido de enxofre gasoso é uma molécula trigonal plana em simetria D3h. O átomo de enxofre apresenta um estado de oxidação de +6 e uma carga formal de +3. A estrutura de Lewis consiste numa ligação dupla S=O e duas ligações covalentes dativas S-O, sem utilizar as orbitais d. Devido ao ângulo de 120º entre as ligações S-O, o momento dipolar elétrico do trióxido de enxofre é zero.
Quimicamente falando, o trióxido de enxofre apresenta-se sob a forma de agulhas cristalinas brancas/incolores ou sob a forma de líquido incolor fumante. Tem uma massa molecular de 80,066 g / mol, um ponto de fusão de 16,9ºC e um ponto de ebulição de 45ºC. Apresenta uma densidade de 1,92. Quando em contacto com água, reage violentamente e forma ácido sulfúrico. É um composto estável, mas incompatível com matéria orgânica, metais, bases, cianetos e outros compostos. Reage violentamente com água e com oxigénio.
trímero de trióxido de enxofre
Quanto ao SO3 no estado sólido, a sua natureza é surpreendentemente complexa devido às alterações estruturais causadas por quantidades vestigiais de água. Após a condensação do gás, SO3 absolutamente puro condensa na forma de um trímero, denominado por γ-SO3, adoptando uma estrutura cíclica. Esta forma molecular é um sólido incolor com um ponto de fusão de 16,8ºC.
Se o SO3 condensar acima de 27ºC, forma-se antes α-SO3, que tem um ponto de fusão de 62,3ºC. Esta forma tem uma aparência fibrosa. Estruturalmente, trata-se de um polímero (S(=O)2(µ-O)]n. Cada extremidade do polímero termina em grupos OH. β-SO3, tal como a forma alfa, é fibrosa mas apresenta uma massa molecular diferente, consistindo num polímero com terminações hidroxilo, mas com um ponto de fusão de 32,5ºC. Tanto a forma gama como a forma beta são metastáveis, as quais convertem-se eventualmente na forma alfa. Esta conversão ocorre na presença de água.
As pressões parciais de vapor do SO3 sólido são alfa < beta < gama, a temperaturas idênticas, indicativo das suas massas moleculares. A forma líquida tem uma pressão de vapor consistente com a forma gama. Assim, aquecendo cristais de α-SO3 até ao seu ponto de fusão resulta num súbito aumento da pressão de vapor, que pode ser suficientemente forte para partir o recipiente de vidro onde é aquecido. Este fenómeno é conhecido por “explosão alfa”.
O trióxido de enxofre é extremamente higroscópico. O calor de hidratação é suficientemente elevado para levar madeira ou algodão à ignição. Nestes casos, o SO3 desidrata os carbohidratos estruturais destes materiais.
O trióxido de enxofre pode ser preparado no laboratório através da pirólise do bissulfato de sódio em duas etapas, obtendo-se pirosulfato de sódio como intermediário.
(1) Desidratação a 315ºC: 2 NaHSO4 → Na2S2O7 + H2O
(2) Cracking a 460ºC: Na2S2O7 → Na2SO4 + SO3
Este método apresenta um rendimento baixo para bissulfatos de outros metais, particularmente para o sal de potássio, porque primeiro liberta rapidamente SO2, convertendo-se e, peroximonosulfato de potássio, enquanto o composto equivalente de sódio parece ser instável ao formar-se.
O SO3 produzido a nível industrial é produzido por contacto direto. Dióxido de enxofre, geralmente produzido pela queima de enxofre ou de pirite férrica, é primeiramete purificado por precipitação electrostática. O SO2 purificado é depois oxidado por oxigénio atmosférico entre 400 e 600ºC com recurso a um catalisador de óxido de vanádio (V) (V2O5) activado com óxido de potássio num suporte de sílica ou de terra diatomácea.
A maioria do trióxido de enxofre produzido desta forma é convertido a ácido sulfúrico, não por adição direta de água, que poduz uma pequena névoa, mas por absorção em ácido sulfúrico concentrado e posterior diluição do ácido com água.
O SO3 é adicionado aos gases das chaminés industriais provenientes de combustão para conferir carga electrostática a qualquer partícula que permaneça antes deste passar pelos precipitadores electrostáticos. Estes capturam as partículas carregadas, tornando as emissões de gases mais limpas.
O trióxido de enxofre é um composto bastante tóxico. É corrosivo, causando queimaduras graves na pele e olhos. Também causa queimaduras por inalação ou ingestão, devido à sua natureza higroscópica elevada. Quando em contacto com matéria orgânica pode provocar a sua ignição.
Fontes: Wikipédia | Pubchem | ChemSpider