Kén-dioxid – kén-trioxid átalakulás körülményei

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:

2 SO2 (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.