Tiene forma gaseosa. Es una molécula plana trigonal de simetría D_3h, como predice la teoría TREPEV. En la molécula del SO₃, el átomo de azufre tiene un estado de oxidación de +6, con una carga formal de 0, y está rodeado de 6 pares de electrones. Desde la perspectiva de la teoría de orbitales moleculares, la mayor parte de estos pares de electrones son no-enlazantes, comportamiento típico de las moléculas hipervalentes.

En presencia de agua reacciona violentamente dando lugar a la formación de ácido sulfúrico, haciendo que sea altamente corrosivo. El SO₃ es el anhídrido ácido del H₂SO₄, de manera que se produce la siguiente reacción:

SO₃(l) + H₂O(l) → H₂SO₄(l) (-88 kJ mol⁻¹)

La reacción es rápida y exotérmica. Alrededor de 340 °C, el ácido sulfúrico, el óxido de azufre(VI) y el agua coexisten en concentraciones significativas de equilibrio. El óxido de azufre(VI) también reacciona con cloruro de azufre(II) para producir cloruro de tionilo

SO₃ + SCl₂ → SOCl₂ + SO₂

El óxido de azufre(IV) puede ser preparado en laboratorio por pirólisis en dos etapas a partir de hidrogenosulfato de sodio

1) Deshidratación

2NaHSO₄ → Na₂S₂O₇ + H₂O a 315 °C

2) Cracking

Na₂S₂O₇ → Na₂SO₄ + SO₃ a 460 °C

Este método funciona para otros hidrogenosulfatos metálicos, siendo el factor controlante la estabilidad de la sal intermedia del pirosulfato.

Industrialmente, el óxido de azufre(VI) se obtiene por proceso de contacto. El óxido de azufre(VI), obtenido generalmente quemando azufre o pirita, primero es purificado por precipitación electrostática. El óxido de azufre(VI) purificado es oxidado en atmósfera de oxígeno a 400-600 °C sobre un catalizador de pentóxido de vanadio V₂O₅ activado con óxido de potasio K₂O en soporte de sílice o de Kieselguhr. Con platino también funciona muy bien, pero es demasiado caro y es más fácilmente contaminado por impurezas.

La mayoría del óxido de azufre(VI) hecho de esta manera es convertido en ácido sulfúrico, pero no por adición directa de agua, con la que formaría vapores; sino por absorción en ácido sulfúrico concentrado y dilución con agua del oleum producido.

Estructura molecuar del γ-SO₃

La naturaleza del sólido SO₃, es una sorprendente área compleja porque su estructura cambia debido a trazas de agua.[2] En la condensación del gas absolutamente puro, el óxido de azufre(VI) condensa en un trímero llamado γ-SO₃. Esta forma molecular es un sólido sin color con un punto de fusión de 16.8 °C y adopta una estructura cíclica descrita como [S(=O)₂(μ-O)]₃.[3]

Si el óxido de azufre(VI) condensa alrededor de 27 °C, se produce α-SO₃ de apariencia fibrosa, parecida a los asbestos (con los que no guarda relación química). Estructuralmente es el polímero [S(=O)2(μ-O)]n. La cadena termina por ambos extremos con grupos OH (de ahí que el α-SO₃ no es realmente una forma del SO₃). β-SO₃, al igual que la forma alfa, es de aspecto fibroso pero tiene distinto peso molecular, consistente en un polímero hidroxilo que funde a 32.5 °C. Las formas gamma y beta son metaestables, que finalmente pasan a la forma estable alfa si se deja el suficiente tiempo. Esta conversión está causada por trazas de agua.[4]

Las presiones relativas del óxido de azufre(VI) sólido son alpha < beta < gamma, tal y como indica su peso molecular relativo. La forma líquida del óxido de azufre(VI) coincide con la forma gamma. De modo que, calentando un cristal de α-SO₃ hasta su punto de fusión, causa un aumento repentino de la presión de vapor, que puede ser tan potente como para hacer añicos el recipiente de cristal en el cual ha sido calentado. Este efecto se conoce como la “explosión alfa”[4]

El SO₃ es agresivamente higroscópico. De hecho, el calor de hidratación de las mezclas de óxido de azufre(VI) y madera o algodón pueden arder, ya que el SO₃ deshidrata a los carbohidratos.

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• NIST Standard Reference Database
• European Chemicals Bureau