23.3. Schwefeltrioxid
Schwefeltrioxid ist eines der beiden Oxide des Schwefels. Es gehört zur Klasse der anorganischen Verbindungen und hat die Formel SO3. Ein anderer Name ist Schwefel–VI–oxid.
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| Bild 1 : |
Bild 2 : |
Ansehen : Starten Sie die JSmol–Visualisierung durch Anklicken des Links unter dem Schwefeltrioxidmolekül.
23.3.1. Struktur
Koordination : Im gasförmigen Zustand bildet Schwefeltrioxid Moleküle mit der Formel SO3. Sie sind eben, das Schwefelatom befindet sich im Zentrum, und die 3 Sauerstoffatome sind rund um das Schwefelatom an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet. Der Winkel zwischen den Bindungen beträgt genau 120° .
Aggregatzustände : Im festen Zustand sind keine SO3–Moleküle vorhanden. Schwefeltrioxid bildet dann Trimere der Formel S3O9. Daneben bilden sich, sobald Spuren von Wasser mit Schwefeltrioxid zusammen kommen, noch 2 weitere Modifikationen aus.
Im flüssigen Zustand sind sowohl SO3–Moleküle als auch S3O9–Trimere vorhanden. Bei der Umwandlung der Trimeren in SO3–Moleküle wird Energie verbraucht.
S3O9 + 126 kJ → 3 SO3
Daher ist der Anteil an SO3–Molekülen umso größer, je höher die Temperatur ist.
- Mehr über die Beschreibung des Schwefeltrioxid–Moleküls mit dem VSEPR–Modell in Kapitel 6.1.9. Dort erfahren Sie auch, warum das Schwefeltrioxidmolekül die Form eines ebenen Dreiecks hat.
- Mehr über die Aggregatzustände in Kapitel 11.
- Mehr über Modifikationen in Kapitel xxx.
- Mehr über die Kristallstruktur von festem Schwefeltrioxid in Kapitel 23.3.3.
23.3.2. Physikalische Eigenscahften und mehr
Schwefeltrioxid kommt in der Natur nicht vor. Man stellt es aus Schwefeldioxid her. Der allergrößte Teil des Schwefeltrioxids wird sofort zu Schwefelsäure weiterverarbeitet.
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| Steckbrief Schwefeltrioxid | |
| Summenformel | SO3 |
| Schmelzpunkt | 16,86 °C |
| Siedepunkt | 44,45 °C |
| Dichte, flüssig bei 25 °C | 1,903 g/cm3 |
| Aussehen | farblos |
| Geruch | stechend |
| CAS–Nr. | 7446–11–9 |
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23.3.3. Die Kristallstruktur von Schwefeltrioxid
Die bei Raumtemperatur thermodynamisch stabile Modifikation ist γ–SO3. Nur um diese geht es hier. Sie besteht aus Molekülen mit der Formel S3O9.
Bild 3 : Schwefeltrioxid–Molekül. Farbcodierung :
Schwefel,
Sauerstoff.
Daten aus L–313.
Bildnachweis.
Bild 4 : Schwefeltrioxid–Kristall, Ausschnitt. Farbcodierung :
Schwefel,
Sauerstoff.
Daten aus L–313.
Bildnachweis.
Ihre Kristallstruktur wurde bereits 1967 bestimmt (L–313).
Bild 3 zeigt ein Molekül der γ–Modifikation von SO3. Es besteht aus 3 Schwefelatomen und 9 Sauerstoffatomen, hat also die Summenformel S3O9. Die 3 Schwefelatome und 3 der Sauerstoffatome bilden einen Ring. Er ist nicht eben, sondern gewellt (engl. puckered). An jedes Schwefelatom sind 2 weitere Sauerstoffatome gebunden, die außerhalb des Ringes liegen.
Kommt Ihnen die Form des Ringes bekannt vor ? Erinnert er Sie vielleicht an die Sesselform des Cyclohexan–Moleküls ? (→ Bild 6 in Kapitel 4.1.2. über Energie und Bild 7 in Kapitel 8.2.5. über Flüssigkristalle.) Ja, der Ring hat tatsächlich diese Form, und es ist keine Überraschung. Von den Schwefelatonen gehen jeweils 4 Bindungen aus. Es sind also 4 Bindungselektronenpaare (und keine freien Elektronenpaare) vorhanden, und nach dem VSEPR–Modell (→ Kapitel 6.1.1.) ordnen sich diese an den Ecken eines Tetraeders an. Dieselbe Situation liegt im Cyclohexan–Molekül vor – immer bildet sich ein Ring aus 6 Atomen mit tetraedrischer Koordination. Das Ergebnis ist immer ein Sechsring in der Sesselform.
Bild 4 zeigt einen Ausschnitt aus der Kristallstruktur von γ–SO3. Er umfasst 24 S3O9–Moleküle. Die Elementarzelle enthält 4 Moleküle. Bild 4 hat eine Breite von 1,5 Elementarzellen, eine Höhe und Tiefe von je 2 Elementarzellen. Die Moleküle nutzen den Platz so gut wie möglich aus. Wählt man 4 benachbarte Moleküle aus, entsteht schnell der Eindruck, dass je 2 durch Spiegelung auseinander hervorgegangen sind, und je 2 durch Drehungen – und dieser Eindruck ist richtig.
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