Τριοξείδιο του θείου

Το τριοξείδιο του θείου γνωστό και ως ο ανυδρίτης του θειικού οξέος είναι ανόργανη χημική ένωση με μοριακό τύπο SO₃. Αιωρούμενο στη γήινη ατμόσφαιρα, το τριοξείδιο του θείου αποτελεί σημαντικό ατμοσφαιρικό ρύπο και είναι το κυριότερο αίτιο για την όξινη βροχή. Παράγεται σε βιομηχανική κλίμακα ως ένας πρόδρομος του θειικού οξέος.

Δομή και χημικοί δεσμοί

Το αέριο SO₃ έχει τριγωνικό επίπεδο μόριο με συμμετρία D₃ₕ , όπως προβλέπει η θεωρία VSEPR.
Στο μόριο αυτό το άτομο του θείου έχει αριθμό οξειδώσεως +6. Η ηλεκτρονιακή δομή κατά Lewis συνίσταται από έναν διπλό δεσμό S=O και δύο S–O διπολικούς δεσμούς χωρίς τη συμμετοχή d-τροχιακών.
Η ηλεκτρική διπολική ροπή του μεμονωμένου μορίου του SO₃ είναι μηδέν. Το γεγονός αυτό είναι συνέπεια της γωνίας 120° ανάμεσα στους δεσμούς S-O.

Φυσικές ιδιότητες

Σε θερμοκρασία δωματίου (20 °C) το τριοξείδιο του θείου είναι υγρό με ερεθιστική οσμή και πυκνότητα 1,92 γραμμάριο ανά κυβικό cm, που στερεοποιείται στους 16,9 °C (290,0 K) και ζέει (βράζει) στους 45 °C (318 K). Δεν είναι εύφλεκτο. Το μοριακό βάρος του είναι 80,06. Υπάρχουν όμως διάφορες μορφές του στερεού, με διαφορετικές ιδιότητες η καθεμιά (βλ. την ενότητα για τη δομή του στερεού).

Δομή του στερεού SO3

Η φύση του στερεού SO₃ είναι εντυπωσιακά περίπλοκη, εξαιτίας των δομικών αλλαγών που προκαλούνται από την παρουσία υγρασίας. Με τη συμπύκνωση της αέριας μορφής του, το χημικώς καθαρό SO₃ πολυμερίζεται σε ένα τριμερές που συμβολίζεται συχνά ως γ-SO₃. Αυτή η μοριακή μορφή εμφανίζεται μακροσκοπικά ως ένα άχρωμο στερεό με σημείο τήξεως 16,8 °C. Προσαρμόζεται επίσης σε μία κυκλική δομή που περιγράφεται ως [S(=O)₂(μ-O)]₃.
Αν το SO₃ συμπυκνωθεί σε θερμοκρασία πάνω από 27 °C, τότε σχηματίζεται η μορφή α-SO₃ , που έχει σημείο τήξεως 62,3 °C και ινώδη εμφάνιση. Από δομικής απόψεως είναι το πολυμερές [S(=O)₂(μ-O)]ₙ. Το κάθε άκρο του πολυμερούς αποτελείται από ομάδες OH. Η μορφή β-SO₃, όπως η α, είναι ινώδες στερεό, αλλά εμφανίζει διαφορετικό μοριακό βάρος, έχει επίσης μόριο που τελειώνει σε OH, αλλά τήκεται στους 32,5 °C. Αμφότερες οι μορφές γ και β είναι μετασταθείς και τελικώς μετατρέπονται σε στη σταθερή μορφή α αν αφεθούν για αρκετό καιρό. Αυτή η μετατροπή προκαλείται από την παρουσία ιχνών νερού, όπως είναι η υγρασία της ατμόσφαιρας.
Η πίεση ατμών των μορφών του στερεού τριοξειδίου του θείου είναι μικρότερη για τη μορφή α, ενδιάμεση για τη β και μεγαλύτερη όλων για τη γ. Το υγρό τριοξείδιο του θείου έχει πίεση ατμών που αντιστοιχεί στη μορφή γ. Για τον λόγο αυτό, η θέρμανση ενός κρυστάλλου α-SO₃ μέχρι το σημείο τήξεώς του προκαλεί απότομη αύξηση στην πίεση των ατμών του, που μπορεί να σπάσει ένα γυάλινο δοχείο μέσα στο οποίο θερμαίνεται. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως «έκρηξη άλφα».

Επικινδυνότητα

Ως ανυδρίτης του ισχυρού θειικού οξέος, το τριοξείδιο του θείου είναι έντονα υγροσκοπική ουσία. Η θερμότητα που αναπτύσσεται όταν απορροφά υγρασία είναι τέτοια, ώστε μπορεί να σημειωθεί ανάφλεξη. Αφυδατώνει ακόμα και υλικά που περιέχουν υδρογόνο και οξυγόνο στην αναλογία του νερού, όπως η ζάχαρη, το μαλλί και το βαμβάκι. Για τον ίδιο λόγο προκαλεί σοβαρά εγκαύματα όταν εισπνέεται ή καταπίνεται, μετατρεπόμενο σε θειικό οξύ. Εξαιτίας όλων αυτών των χαρακτηριστικών, πρέπει ο χειρισμός του να γίνεται με εξαιρετική προσοχή.