Kén-dioxid – kén-trioxid
Kén-dioxid
A kén-dioxid (SO2) a kén és oxigén kapcsolódásából létrejövő dipólusmolekula, mely V alakú, és kettős kötésekkel rendelkezik. Vízben jól oldódó színtelen gáz, mely igen reakcióképes. Oxigénnel reagáltatva kén-trioxid (SO3) molekulák jönnek létre megfelelő körülmények között. (A kén-trioxid síkháromszög alakú, kettős kötésekkel rendelkező folyékony anyag, vízzel reagálva kénsavat képez.)
A reakció egyenlete a következő:
2SO2 (g)+O2 (g)⇌2 SO3 (g)
A reakcióhő kisebb, mint 0, ezért a folyamat a felső nyíl irányában exoterm.
Az ipar számára fontos, hogy gyorsan, és lehetőleg minél olcsóbban előállítsa a kén-trioxidot (pl.: kénsavgyártáshoz), ezért az egyensúlyi reakciót a felső nyíl irányában kell eltolni.
Mivel a jobb oldali anyag képződése felé exoterm a reakció, ezért a következőképpen tolhatjuk el az egyensúlyt:
- csökkentjük az SO3 koncentrációját
- megnöveljük az SO2 és az O2 koncentrációját (ha mindkettőt növeljük, erőteljesebb az eltolódás, mintha csak az egyiket)
- csökkentjük a hőmérsékletet
- növeljük a nyomást (ez utóbbi a reakciósebességre is gyorsítólag hat)
A fentiekben érvényesül a Le Chatelier – Braun elv, azaz a legkisebb kényszer elve.
Az iparban azonban igyekeznek még inkább felgyorsítani a folyamatot, ez a következőképpen valósulhat meg:
- A reakciót nagy nyomáson, a légköri nyomás sokszorosán hajtják végre.
- Közepes hőmérsékletet használnak, bár itt a hőmérséklet szempontjából gyengébb az eltolódás, mintha jelentős hűtésen esne át a reakció, viszont a reakciósebességet gyorsítani tudják. Az a hőmérséklet, ahol a reakciósebesség és az eltolódás is még optimális értéket mutat kb. 400-500 C°.
- A harmadik metódus a reakció felgyorsítására a katalizátor használata. A katalizátor maga nem alakul át, a reakció kiindulási anyagait és végtermékét nem változtatja meg, mindössze egy alternatív reakcióutat nyit meg, ahol a reakció sokkal gyorsabban,
általában jóval alacsonyabb energiaszinten végbemehet. A kén-dioxid – kén-trioxid átalakulás egyensúlyi reakciójában vanádium-pentoxidot (V2O5) használnak katalizátor gyanánt.