三酸化硫黄のソースを表示

{{Chembox
|   Name = 三酸化硫黄
|   ImageFileL1 = Sulfur-trioxide-2D-dimensions.png
|   ImageSizeL1 = 120px
|   ImageNameL1 = 三酸化硫黄の構造
|   ImageFileR1 = Sulfur-trioxide-3D-vdW.png
|   ImageSizeR1 = 120px
|   ImageNameR1 = 三酸化硫黄の空間充填モデル
|   IUPACName =  三酸化硫黄
|   OtherNames = 無水硫酸
| Section1 = {{Chembox Identifiers
|   CASNo = 7446-11-9
|SMILES=O=S(=O)=O
  }}
| Section2 = {{Chembox Properties
|   Formula = SO<sub>3</sub>
|   MolarMass = 80.06 g mol<sup>−1</sup>
|   Density = 1.92 g cm<sup>−3</sup>
|   MeltingPt = 16.9 ℃
|   BoilingPt = 45 ℃
|   Solubility = 水と反応
  }}
| Section4 = {{Chembox Thermochemistry
|   DeltaHf = −397.77 kJ mol<sup>-1</sup>
|   Entropy = 256.77 JK<sup>−1</sup> mol<sup>−1</sup>
  }}
| Section7 = {{Chembox Hazards
|   EUClass = 腐食性 ('''C''')
|   RPhrases = {{R14}}, {{R35}}, {{R37}}
|   SPhrases = {{S1}}, {{S2}}, {{S26}}, {{S30}}, {{S45}}
  }}
| Section8 = {{Chembox Related
|   OtherCpds = [[二酸化硫黄]]<br />[[硫酸]]<br />[[塩化スルフリル]]
  }}

}}

'''三酸化硫黄'''（さんさんかいおう、{{lang-en-short|Sulfur trioxide}}）は、[[硫黄]]の[[酸化物]]で、[[化学式]] SO<sub>3</sub> で表される。[[硫酸]]の[[無水物]]であることから'''無水硫酸'''とも呼ばれ、[[硫酸]]の工業生産の用途に使われる。[[酸性雨]]の原因物質の1つであり、日本では[[大気汚染防止法]]により特定物質に指定されている。

==構造と結合==
[[原子価殻電子対反発則]]から、気体のSO<sub>3</sub>は硫黄原子を中心とした平面正三角形構造（D<sub>3h</sub>対称）を取ると予測されている。

電子状態に着目すると硫黄原子の[[酸化数]]は+6、[[電荷]]は0であり、6つの電子対を保持している。[[分子軌道法]]の点から見ると、これらの電子対のほとんどは非結合的な性質を持っており、典型的な[[超原子価分子]]となっている。

==化学的性質==
三酸化硫黄は[[硫酸]]の無水物であり、水と以下のような反応が起こる。
: <chem>SO3(l)\ + H2O(l) -> H2SO4(l)</chem>, <math>\Delta H = -88\ \mathrm{kJ}\,\mathrm{mol}^{-1}</math>
この反応は急速な発熱反応である。340℃以上では、硫酸、三酸化硫黄、水の間で平衡が成立する。

三酸化硫黄は[[二塩化硫黄]]と反応し、[[塩化チオニル]]を生成する。
: <chem>SO3\ + SCl2 -> SOCl2\ + SO2</chem>

なお三酸化硫黄を濃硫酸に溶かしたものは[[発煙硫酸]]と呼ばれている。

==生成==
三酸化硫黄は研究室では[[硫酸水素ナトリウム]]の[[熱分解]]により2段階で合成できる。
# 脱水:
#: <chem>2NaHSO4 -> Na2S2O7\ + H2O</chem>  @ 315°C
# 熱分解:
#: <chem>Na2S2O7 -> Na2SO4\ + SO3</chem> @ 460°C
他の金属の硫酸水素塩を用いても反応は進行する。この場合、反応条件は中間体の安定性に依存する。

工業的には三酸化硫黄は[[接触法]]により製造されている。まず硫黄もしくは[[黄鉄鉱]]の燃焼により[[二酸化硫黄]]（亜硫酸ガス）を合成し、[[電気集塵]]により精製する。その後[[二酸化硫黄]]を[[酸素]]及び[[五酸化バナジウム]]の存在下で400～600℃に加熱し酸化すると得られる。
: <chem>S\ + O2 -> SO2</chem>
: <chem>2SO2\ + O2 -> 2SO3</chem>
また、硝酸法([[鉛室法]])の過程で二酸化硫黄が[[二酸化窒素]]と反応してもできる<ref>{{Cite book|和書|title=日本大百科全書(ニッポニカ)|year=2014|publisher=小学館}}</ref>。

　　<chem>SO2\ + NO2 -> SO3\ + NO</chem>

接触法及び鉛室法については記事[[硫酸#工業的製法]]に詳しいので、そちらも参照のこと。
==固体の構造==
<div>[[Image:Sulfur-trioxide-trimer-3D-balls.png|thumb|right|160px|''γ''-SO<sub>3</sub>分子]]</div>
固体のSO<sub>3</sub>は微量の水に依存した複雑な挙動を示す<ref>Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.</ref>。気体が凝集すると、純粋な三酸化硫黄が''γ''-SO<sub>3</sub>と呼ばれる三量体を形成する。この固体は無色で融点は16.8℃である。この環状構造は[S(=O)<sub>2</sub>(''μ''-O)]<sub>3</sub>と表記されている<ref name="cw">Advanced Inorganic Chemistry by Cotton and Wilkinson, 2nd ed p543</ref>。

SO<sub>3</sub>が27℃以上で凝集してできる相は融点が62.3℃であり、''α''-"SO<sub>3</sub>と呼ばれている。''α''-"SO<sub>3</sub>の見た目は[[アスベスト]]のような繊維状である。[S(=O)<sub>2</sub>(''μ''-O)]<sub>''n''</sub>型の[[高分子]]であり、末端は[[ヒドロキシル基]]になっている。''β''-SO<sub>3</sub>と呼ばれる相も''α''型と同じく針状であるが分子量と融点が異なり、融点は32.5℃である。''γ''相と''β''相は[[準安定相]]であり、時間の経過に伴い安定な''α''相へと徐々に[[相転移]]する。この相転移には微量の水が関わっている<ref name="Merck">Merck Index of Chemicals and Drugs, 9th ed. monograph 8775</ref>。

固体の[[蒸気圧]]は同一温度では''α'' < ''β'' < ''γ''の順に大きくなる。また液体の蒸気圧は''γ''相の値とほぼ同じである。このため''α''-SO<sub>3</sub>の結晶を加熱すると、ガラス容器を粉砕するに十分な程の蒸気圧の急増が見られる。この現象は''α''爆発と呼ばれている<ref name="Merck"/>。

SO<sub>3</sub>は高い吸湿性を持つ。熱濃硫酸に木や綿を浸すと発火するが、これは SO<sub>3</sub>が木や綿の[[炭水化物]]に含まれている水分を脱水してしまい、炭水化物が燃えやすくなるためである<ref name="Merck"/>。

== 外部リンク ==
* [http://webbook.nist.gov/chemistry/ NIST Standard Reference Database]
* [https://web.archive.org/web/20110722200125/http://ecb.jrc.it/ European Chemicals Bureau]

== 関連項目 ==
*[[超原子価分子]]
*[[硫黄酸化物]]
*[[二酸化硫黄]]
*[[硫酸]]

==参考文献==
{{脚注ヘルプ}}
<references/>

{{硫黄の化合物}}
{{Chem-stub}}
{{Normdaten}}
{{デフォルトソート:さんさんかいおう}}
[[Category:酸化物]]
[[Category:硫黄の化合物]]