Oxidación de dióxido de azufre a trióxido y su descomposición en las mismas condiciones a mayor temperatura

Question

Encontré que $\ce{SO2 + 1/2 O2 -> SO3}$ cuando se cataliza con platino y se calienta a $\pu{700 ^\circ C}$ . Por otro lado, he comprobado que $\ce{SO3 -> SO2 + 1/2 O2}$ con el mismo catalizador y la misma temperatura de $\pu{800 ^\circ C}$ . ¿De qué manera dependen estos dos casos en la reacción real? ¿Qué controla la reacción que se producirá?

Pensaba que una reacción es exotérmica y otra endotérmica, y que la duración de la reacción y la temperatura controlan qué reacción ocurre. Pero los hechos que he encontrado son diferentes. Lo siento por una pregunta demasiado simple. Me gustaría que me dieran algunos consejos sobre qué capítulos de química estudiar para entender mi problema más profundamente.

Answer 1

Existe un equilibrio entre $\ce{SO3}$ y $\ce{SO2 + 1/2 O2}$ al menos a altas temperaturas y con un catalizador adecuado. Podríamos escribir el equilibrio como

$$\ce{SO2(g) + 1/2 O2(g) <=> SO3(g)}$$

Sólo con escribir esta reacción de esta manera podemos deducir varias cosas:

• La reacción combina 1,5 moléculas de gas en una molécula de gas, una reducción neta del número de moléculas. Como al haber menos moléculas (pero el mismo número de átomos) hay menos grados de libertad traslacionales, la entropía disminuir más $\ce{SO3}$ "producto" está formado. Por lo tanto, las temperaturas más altas desfavorecerán a la derecha $\ce{SO3}$ lado del equilibrio y favorecen el lado izquierdo $\ce{SO2 + 1/2 O2}$ lado.

• La presión total también afectará al equilibrio, pero en sentido contrario. Una mayor presión (groseramente hablando) es una fuerza que aprieta las cosas, por lo que a altas presiones se favorecerá el lado derecho.

• El otro factor principal que influye en el equilibrio sería la presión parcial de $\ce{SO2}$ de $\ce{O2}$ y de $\ce{SO3}$ . Así, por ejemplo, si se tiene un 99,9 mol % de gas oxígeno y sólo una traza de $\ce{SO2}$ , que favorecería la conversión de casi todo el azufre hacia el lado del trióxido de azufre LH.

• El equilibrio exacto dependerá del cambio de entalpía preciso de la reacción, la presión parcial de cada especie, la temperatura y la presión total. Podrías modificar el sistema para favorecer un lado u otro, y podrías modelar esto de forma precisa y cuantitativa con los datos numéricos apropiados.