Óxido sulfúrico
# Óxido sulfúrico

O óxido sulfúrico, anidrido sulfúrico ou trióxido de enxofre é o óxido de fórmula química SO$_3$.
Ele foi descrito como o óxido de enxofre "inquestionavelmente mais importante economicamente". É preparado em escala industrial, como precursor do ácido sulfúrico (H$_2$SO$_4$).
No meio industrial, o trióxido de enxofre é obtido através da queima do enxofre na presença de oxigênio e catalisado por pentóxido de vanádio (V$_2$O$_5$). Esta reação dá origem ao anidrido sulfúrico. Misturando o anidrido com a água temos o ácido sulfúrico. O trióxido de enxofre também pode ser formado nas chaminés de fábricas que queimam compostos sulfetados.
Pode existir em várias formas: monômero gasoso, trímero cristalino e polímero sólido. Todas as formas são incolores. com uma faixa de líquido relativamente estreita.

## Estrutura molecular e ligação

A molécula de SO$_3$ é trigonal planar. Como previsto pela teoria da VSEPR, sua estrutura pertence ao grupo pontual D$_{3h}$. O átomo de enxofre tem um estado de oxidação de +6 e uma carga formal de 0. A ligação S-O é deslocalizada entre os três comprimentos de ligação S-O iguais a 1,42 Å. O momento de dipolo elétrico do trióxido de enxofre gasoso é zero.

## Polimorfismo do SO$_3$

Tanto o SO$_3$ líquido e gasoso existem em um equilíbrio entre o monômero e o trímero cíclico. A natureza do sólido SO$_3$ é complexa e pelo menos 3 polimorfos são conhecidos, com conversão entre eles sendo dependente de traços de água.
SO$_3$ absolutamente puro congela em uma temperatura de 16,8ºC, dando a forma gama (γ-SO$_3$), que adota a configuração do trímero cíclico [S(=O)$_2$(μ-O)]$_3$.
Se o SO$_3$ for condensando acima de 27ºC, então forma α-SO$_3$, com um ponto de fusão de 62,3ºC. O α-SO$_3$ possui uma aparência fibrosa. Estruturalmente, é o polímero [S(=O)$_2$(μ-O)]$_n$. Cada extremidade do polímero é terminada com grupamentos OH.
Já o β-SO$_3$, como a forma alfa, também é fibroso, porém com diferente massa molecular, consistindo de um polímero protegido por hidroxila, com ponto de fusão a 32,5ºC. Tanto a forma gama e a beta são metaestáveis, eventualmente se convertendo para a forma estável alfa, se deixadas em repouso tempo o suficiente. Essa conversão é causada por traços de água.
As pressões de vapor relativas de SO3 sólido são: alfa <beta < gama, em temperaturas idênticas, indicativas de suas massas moleculares relativas. O trióxido de enxofre líquido tem uma pressão de vapor consistente com a forma gama. Assim, aquecer um cristal de α-SO3 até seu ponto de fusão resulta em um aumento repentino na pressão de vapor, que pode ser forte o suficiente para quebrar um recipiente de vidro no qual ele é aquecido. Este efeito é conhecido como "explosão alfa".
SO$_3$ é agressivamente higroscópico. O calor da hidratação é suficiente para que as misturas de SO$_3$ e madeira ou algodão entrem em ignição. Nesses casos, o SO$_3$ desidrata esses carboidratos.

## Reações químicas

O trióxido de enxofre passa por diversas reações.

### Hidratação e hidrofluoração

SO$_3$ é o anidrido do H$_2$SO$_4$. Portanto, é suscetível à hidratação:
SO$_3$ + H$_2$O → H$_2$SO$_4$ (ΔH$_f$ = −200 kJ mol$^{−1}$) Trióxido de enxofre gasoso evapora rapidamente mesmo em uma atmosfera relativamente seca, devido a formação de uma névoa de ácido sulfúrico.
Semelhante ao comportamento da água, fluoreto de hidrogênio se adiciona para formar ácido fluorosulfúrico:
SO$_3$ + HF → FSO$_3$H

### Desoxigenação

SO$_3$ reage com pentóxido de dinitrogênio para formar o sal de nitrônio de pirosulfato:
2 SO$_3$ + N$_2$O$_5$ → [NO$_2$]$_2$S$_2$O$_7$

### Oxidante

O trióxido de enxofre é um oxidante. Ele oxida dicloreto de enxofre para cloreto de tionila:
SO$_3$ + SCl$_2$ → SOCl$_2$ + SO$_2$

### Ácido de Lewis

SO$_3$ é um forte ácido de Lewis e rapidamente forma adutos com bases de Lewis. Com piridina, ele forma o complexo de trióxido de enxofre e piridina. Adutos relacionados formam-se de dioxano e trimetilamina.

### Agente sulfonante

O trióxido de enxofre é um potente agente sulfonante, ou seja, ele adiciona grupos SO$_3$ à substratos. Normalmente os substratos são orgânicos. Para substratos ativados, adutos de base de Lewis com trióxido de enxofre são agentes sulfonantes efetivos.

## Produção

A oxidação direta do dióxido de enxofre para trióxido de enxofe no ar ocorre muito lentamente:
SO$_2$ + 1⁄2 O$_2$ = SO$_3$

### Industrial

Industrialmente SO$_3$ é produzido pelo processo de contato. Dióxido de enxofre é produzido pela queima de enxofre ou pirita (um minério de ferro sulfetado). Depois de ser purificado por precipitação eletroestática, o SO$_2$ é então oxidado por oxigênio atmosférico entre 400 e 600 $^o$C através de um catalisador. Um catalisador típico consiste de pentóxido de vanádio (V$_2$O$_5$) ativado com óxido de potássio (K$_2$O) em um suporte de diatomito ou sílica. Platina também funciona muito bem, mas é muito cara e é contaminada muito mais facilmente por impurezas, tornando-a inefetiva. A maioria do trióxido de enxofre feita dessa forma é convertida em ácido sulfúrico.

### Laboratório

Trióxido de enxofre pode ser preparado no laboratório pela pirólise em duas etapas do bissulfato de sódio. Pirossulfato de sódio é um produto intermediário.
1) Desidratação em 315 $^o$C:
2 NaHSO$_4$ → Na$_2$S$_2$O$_7$ + H$_2$O
2) Craqueamento em 460 $^o$C:
Na$_2$S$_2$O$_7$ → Na$_2$SO$_4$ + SO$_3$
Em contraste, KHSO$_4$ não passa pela mesma reação.
Também pode ser preparado pela desidratação do ácido sulfúrico com pentóxido de fósforo.

## Impacto ambiental

A forma gasosa do SO$_3$ é o precursor da chuva ácida, podendo causar danos ao ser humano e ao meio ambiente.