Reacción de dióxido de azufre y trióxido de azufre: condiciones y equilibrio

Azufre en el medio ambiente

A menudo nos preocupamos por los contaminantes del aire. Una fuente importante de contaminantes es la quema de carbón, petróleo y gas. Uno de los contaminantes liberados en este proceso de combustión es el dióxido de azufre . El dióxido de azufre es de particular preocupación porque con el tiempo se convertirá en trióxido de azufre , que puede reaccionar con el agua en el aire y formar lluvia ácida. La lluvia ácida puede destruir los hábitats de los peces y otros animales salvajes.

Los mecanismos de reacción mediante los cuales se forman el dióxido de azufre y el trióxido de azufre están controlados por el equilibrio y el calor. El dióxido de azufre se puede producir quemando azufre fundido en presencia de oxígeno (que simplemente se puede encontrar en el aire). Una molécula de azufre se combinará con ocho moléculas de oxígeno para formar ocho moléculas de dióxido de azufre:

Dado que el azufre se encuentra naturalmente en las rocas, las plantas y el medio ambiente, y el oxígeno está a nuestro alrededor, esta reacción ocurre con frecuencia en la naturaleza. Ocurre cuando los volcanes entran en erupción y en los incendios forestales. Sin embargo, la principal fuente de dióxido de azufre es cuando se queman combustibles fósiles y carbón. Estos productos suelen contener azufre, por lo que cuando se queman, el azufre se puede combinar con el oxígeno para formar dióxido de azufre.

Si hay exceso de oxígeno, entonces 2 moléculas de dióxido de azufre pueden reaccionar con 1 molécula de oxígeno para formar trióxido de azufre:

Condiciones de reacción de SO 2

La creación de dióxido de azufre es una reacción exotérmica (delta H -296), lo que significa que emite calor. También significa que no requiere calor para que ocurra la reacción. Entonces, ¿por qué parece que solo ocurre cuando se agrega calor (volcanes, incendios, quema)? A temperatura ambiente, la velocidad de reacción es muy lenta, pero ocurrirá. Siempre que agregamos calor estamos agregando energía a la reacción. Aunque, en general, la reacción es exotérmica, aún debe superar el obstáculo de la energía de activación antes de que pueda ocurrir. La adición de calor le da a la reacción la energía necesaria para superar rápidamente la energía de activación, permitiendo así que esta reacción ocurra rápidamente.

Condiciones de reacción de SO 3

El trióxido de azufre es el resultado de una mayor oxidación del dióxido de azufre. Esta reacción puede ir hacia atrás o hacia adelante (es una reacción reversible); de modo que el dióxido de azufre se puede oxidar en trióxido de azufre, o el trióxido de azufre se puede reducir en dióxido de azufre. Aunque el trióxido de azufre no es bueno cuando se produce en el medio ambiente, los fabricantes lo producen para producir ácido sulfúrico.

Hay tres condiciones importantes definidas por el proceso de Haber que debemos tener en cuenta para determinar la velocidad de la reacción:

1. Temperatura
2. Presión
3. Catalizador

Según el proceso de Haber, el aumento de temperatura producirá mayores cantidades del producto endotérmico. El aumento de la presión favorecerá el producto que actualmente se encuentra en menor volumen. Y un catalizador llevará la reacción al equilibrio más rápido.

Temperatura de la reacción

Entonces, apliquemos el proceso de Haber a la producción de trióxido de azufre. Si aumentamos la temperatura, tendremos más producto endotérmico. Entonces, ¿qué es el producto endotérmico? Un producto endotérmico es el producto de una reacción endotérmica. Una reacción endotérmica es una reacción en la que la entalpía (delta H) es positiva; en otras palabras, es una reacción que requiere calor para ocurrir. Dado que las reacciones endotérmicas requieren calor, tiene sentido que esta reacción aumente a medida que aumenta la temperatura.

Ahora, ¿qué producto es el producto endotérmico: dióxido de azufre o trióxido de azufre? Al observar el delta H de la reacción, podemos ver que la reacción directa (dióxido de azufre en trióxido de azufre) es -196 kJ / mol. Esto significa que la reacción directa es exotérmica, mientras que la reacción inversa es endotérmica. Entonces, para inclinar el equilibrio hacia el trióxido de azufre, necesitamos temperaturas más bajas. Cuanto menor sea la temperatura, mayor será el porcentaje de dióxido de azufre convertido en trióxido de azufre.

La temperatura de fabricación para hacer trióxido de azufre es 400-450 o C. Esta no parece una temperatura muy baja. Es cierto que si bajáramos la temperatura, entonces una mayor proporción del dióxido de azufre se convertiría en trióxido de azufre, pero la reacción también sería más lenta. Los fabricantes superan este problema eliminando continuamente el trióxido de azufre producido para que no se alcance el equilibrio.

Presión y catalizador

Cuando miramos la reacción balanceada, podemos ver que solo necesitamos 1 mol de oxígeno por cada 2 moles de dióxido de azufre. Sin embargo, en la fabricación, normalmente se agregan volúmenes iguales de cada uno. De esta manera, el producto con el volumen más bajo es el trióxido de azufre, por lo que el equilibrio se dirige hacia la producción de trióxido de azufre en lugar de producir oxígeno y dióxido de azufre.

Si subiéramos la presión de la reacción, se favorecería el producto con menor volumen (el trióxido de azufre). En la fabricación, la presión utilizada suele ser de solo 1-2 atm, por lo que no es muy alta, pero incluso a estas presiones, casi el 100% del dióxido de azufre se convierte en trióxido de azufre.

En la reacción de dióxido de azufre a trióxido de azufre, se usa V 2 O 5 como catalizador. Este catalizador no cambia el porcentaje de dióxido de azufre que se convierte en trióxido de azufre (en otras palabras, no cambia el equilibrio) pero acelera la reacción para que el equilibrio se logre más rápido.

Resumen de la lección

La quema de carbón, petróleo y gas puede generar dióxido de azufre contaminante . Con el tiempo, este contaminante se convertirá en trióxido de azufre , que puede reaccionar con el agua en el aire y formar lluvia ácida. Las reacciones para producir cualquiera de estos son reacciones de oxidación exotérmicas. Según el proceso de Haber, la adición de calor dará prioridad al producto endotérmico , que es el producto de una reacción endotérmica (una reacción que requiere calor para ocurrir). A pesar de esto, ambas reacciones ocurren mucho más rápido a temperaturas elevadas, debido al hecho de que todavía se necesita energía para superar el obstáculo de la energía de activación.

Cuando se produce trióxido de azufre, el equilibrio de equilibrio se desplaza hacia la producción de trióxido de azufre (en lugar de dióxido de azufre) al aumentar la cantidad de oxígeno presente para producir un mayor volumen de reactivos que de productos. Este equilibrio se alcanza más rápidamente utilizando el catalizador V 2 O 5 .