# Schwefeltrioxid

Schwefeltrioxid, SO$_3$, 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 und Darstellung

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.
Labormethoden zur Darstellung kleiner Mengen:
* Überleiten von Sauerstoff und Schwefeldioxid über Platin, Natriumvanadat oder Silbervanadat bei 470–490 °C.
* Abdestillieren aus einer Mischung von Schwefelsäure mit Natriumpersulfat, mit Phosphorpentoxid oder mit Metaphosphorsäure (H$_4$P$_4$O$_{12}$, cyclo-Phosphat) abdestillieren.
* Oxidation von Schwefeldioxid mit Sauerstoff in Gegenwart von Vanadium-Oxid.
* Oxidation von Schwefeldioxid mit Stickstoffdioxid.

## Eigenschaften
### Chemische Eigenschaften

Das Schwefeltrioxid-Molekül kann durch drei gleichwertige mesomere Grenzstrukturen beschrieben werden:
    Kugel-Stab-Modell von Schwefeltrioxid
Es liegt im Gleichgewicht mit S$_3$O$_9$-Molekülen vor. Wird (gasförmiges) SO$_3$ unter −80 °C abgekühlt, bildet sich das sog. γ-SO$_3$. Dieses besteht aus S$_3$O$_9$-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 sind relativ beständig.

### Molekülgeometrie

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 gleich langen Doppelbindungen haben eine Länge von 143 pm.
Schwefeltrioxid besitzt als Molekülsymmetrie die Punktgruppe D$_{3h}$.

## Verwendung und Vorkommen

Gasförmiges Schwefeltrioxid dient hauptsächlich zur Herstellung von Schwefelsäure:
    ${\ce {SO3 + H2O -> H2SO4}}$
In Wasser löst sich das gasförmige SO$_3$ nur sehr langsam und wird daher in konzentrierte Schwefelsäure eingeleitet, wobei sich Dischwefelsäure (H$_2$S$_2$O$_7$) bildet. Mit Wasser wird diese dann zu Schwefelsäure umgesetzt:
    ${\ce {SO3 + H2SO4 -> H2S2O7}}$
    ${\ce {H2S2O7 + H2O -> 2 H2SO4}}$
100%iges Schwefeltrioxid wird zur Herstellung von Chlorsulfonsäure, Thionylchlorid, Aminosulfonsäure, Dimethylsulfat und zur Sulfonierung organischer Substanzen, insbesondere in der Waschmittelindustrie, eingesetzt. 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.
Die Herstellung von Fluorsulfonsäure aus Schwefeltrioxid erfolgt durch Umsetzung mit Fluorwasserstoff.
    ${\ce {SO3 + HF -> FSO3H}}$
Vermischt man Schwefeltrioxid mit Alkoholen, entstehen Schwefelsäureester:
    ${\ce {SO3 + R-OH -> R-O-SO3H}}$
Diese Reaktion wird bei der Herstellung von Tensiden genutzt:
    ${\ce {SO3 + C_{12}H_{23}-OH -> C_{12}H_{23}-O-SO3H}}$
Die Schwefelsäureester werden mit Natronlauge neutralisiert und liefern so Fettalkoholsulfate.
Schwefeltrioxid ist in Portlandzement typisch mit rund 3 Gew.-% enthalten und in Baukalk nach DIN EN 459-1 meist auf 2 Gew.-% begrenzt.

## 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.
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. Dieses Verfahren hat sich in der Praxis nicht bewährt.