Kwas siarkowy (H2S): właściwości, zagrożenia i zastosowania
Siarkowodór jest popularną nazwą siarkowodoru (H 2 S). Można go uznać za kwas hydrazydowy w roztworze (H2S (aq)).
Uwzględnienie kwasu sulfhydrylowego podaje się pomimo niskiej rozpuszczalności tego związku chemicznego w wodzie. Jego strukturę przedstawiono na rysunku 1 (EMBL-EBI, 2005).
Dlatego siarkowodór jest słabo rozpuszczalny w wodzie. Po rozpuszczeniu tworzy kwasowy jon siarczkowy lub jon wodorosiarczkowy (HS-). Wodny roztwór siarkowodoru lub siarkowodoru jest bezbarwny i pod wpływem powietrza powoli utlenia siarkę elementarną, która nie jest rozpuszczalna w wodzie.
Dianion siarki S 2 - występuje tylko w silnie alkalicznych roztworach wodnych; Jest wyjątkowo podstawowy z pKa> 14.
H2S powstaje praktycznie w miejscu, w którym siarka elementarna wchodzi w kontakt z materiałem organicznym, zwłaszcza w wysokich temperaturach. Siarkowodór jest wodorkiem kowalencyjnym związanym chemicznie z wodą (H2O), ponieważ tlen i siarka są wytwarzane w tej samej grupie co układ okresowy.
Często powstaje, gdy bakterie rozkładają materię organiczną pod nieobecność tlenu, np. W bagnach i kanałach (wraz z procesem fermentacji beztlenowej). Występuje również w gazach wulkanicznych, gazie ziemnym i wodzie ze studni.
Ważne jest również, aby pamiętać, że siarkowodór jest głównym uczestnikiem cyklu siarkowego, biogeochemicznego cyklu siarki na Ziemi (rysunek 2).
Jak wspomniano powyżej, bakterie redukujące siarkę i redukujące siarczany uzyskują energię utleniania z wodoru lub cząsteczek organicznych przy braku tlenu przez redukcję siarki lub siarczanu do siarkowodoru.
Inne bakterie uwalniają siarkowodór z aminokwasów zawierających siarkę. Kilka grup bakterii może wykorzystywać siarkowodór jako paliwo, utleniając je do siarki elementarnej lub siarczanu, stosując tlen lub azotan jako utleniacz.
Czyste bakterie siarki i zielone bakterie siarkowe wykorzystują siarkowodór jako donor elektronów w fotosyntezie, wytwarzając w ten sposób siarkę elementarną.
W rzeczywistości ten tryb fotosyntezy jest starszy niż tryb cyjanobakterii, glonów i roślin, który wykorzystuje wodę jako donor elektronów i uwalnia tlen (Human Metabolome Database, 2017).
Gdzie produkowany jest siarkowodór?
Siarkowodór (H 2 S) występuje naturalnie w ropie naftowej, gazie ziemnym, gazach wulkanicznych i gorących źródłach. Może również wynikać z bakteryjnej degradacji materii organicznej. Jest również wytwarzany przez odpady ludzkie i zwierzęce.
Bakterie znajdujące się w jamie ustnej i przewodzie pokarmowym wytwarzają siarkowodór z bakterii, które rozkładają materiały zawierające białka roślinne lub zwierzęce.
Siarkowodór może również wynikać z działalności przemysłowej, takiej jak przetwórstwo żywności, piece koksownicze, papiernie kraft, garbarnie i rafinerie ropy naftowej (Agencja ds. Substancji Toksycznych i Rejestru Chorób, 2011).
Właściwości fizyczne i chemiczne
Siarkowodór jest bezbarwnym gazem o silnym zapachu zgniłych jaj. Wodny roztwór siarkowodoru jest bezbarwny bez charakterystycznego aromatu.
Związek ma masę cząsteczkową 34, 1 g / mol, roztwór wodny ma gęstość 1, 343 g / ml. Ma temperaturę topnienia -82 ° C i temperaturę wrzenia -60 ° C Jest słabo rozpuszczalny w wodzie, zdolny do rozpuszczenia zaledwie 4 gramów tego litra tego rozpuszczalnika w temperaturze 20 ° C (Royal Society of Chemistry, 2015).
Siarkowodór reaguje jako kwas i jako środek redukujący. Wybucha w kontakcie z difluorkiem tlenu, pentafluorkiem bromu, trifluorkiem chloru, tlenkiem dichlorku i piorunianem srebra. Może zapalić się i eksplodować, gdy zostanie wystawiony na działanie miedzi w proszku, w obecności tlenu.
Może reagować w podobny sposób z innymi sproszkowanymi metalami. Zapala się w kontakcie z tlenkami metali i nadtlenkami (nadtlenek baru, trójtlenek chromu, tlenek miedzi, dwutlenek ołowiu, dwutlenek manganu, tlenek niklu, tlenek srebra, dwutlenek srebra, trójtlenek talu, nadtlenek sodu, tlenek rtęci, tlenek wapnia).
Zapala się bromianem srebra, podchlorynem ołowiu (II), chromianem miedzi, kwasem azotowym, tlenkiem ołowiu (IV) i tlenkiem. Może zapalić się, jeśli przejdzie przez zardzewiałe rury żelazne. Reaguje egzotermicznie z zasadami.
Ciepło reakcji z wapnem sodowanym, wodorotlenkiem sodu, wodorotlenkiem potasu, wodorotlenkiem baru może spowodować zapłon lub wybuch nieprzereagowanej części w obecności powietrza / tlenu (HYDROGEN SULFIDE, 2016).
Reaktywność i zagrożenia
H 2 S jest uważany za związek trwały, chociaż jest wysoce łatwopalny i bardzo toksyczny.
Związek jest cięższy od powietrza i może przemieszczać się w znacznej odległości od źródła zapłonu i cofać się. Może tworzyć wybuchowe mieszaniny z powietrzem w szerokim zakresie.
Reaguje także wybuchowo z pentafluorkiem bromu, trifluorkiem chloru, trójjodkiem azotu, trichlorkiem azotu, difluorkiem tlenu i chlorkiem fenylodiazoniowym.
Po podgrzaniu do rozkładu wydziela wysoce toksyczne opary tlenków siarki. Niekompatybilny z wieloma materiałami, w tym silnymi utleniaczami, metalami, silnym kwasem azotowym, pentafluorkiem bromu, trifluorkiem chloru, trójjodkiem azotu, trójchlorkiem azotu, difluorkiem tlenu i chlorkiem fenylodiazoniowym.
Siarkowodór (H 2 S) jest odpowiedzialny za wiele przypadków toksycznego narażenia zawodowego, zwłaszcza w przemyśle naftowym. Efekty kliniczne H2S zależą od jego stężenia i czasu trwania ekspozycji.
H2S jest natychmiastowo śmiertelny, gdy stężenie przekracza 500-1000 części na milion (ppm), ale ekspozycja na niższe stężenia, takie jak 10-500 ppm, może powodować różne objawy oddechowe, od nieżytu nosa do niewydolności ostre oddechowe
H 2 S może również wpływać na wiele narządów, powodując przejściowe lub trwałe zaburzenia w układzie nerwowym, sercowo-naczyniowym, nerkowym, wątrobowym i hematologicznym.
Prezentujemy przypadek narażenia zawodowego na H 2 S, który prowadzi do zaangażowania kilku narządów, ostrej niewydolności oddechowej, organizacji zapalenia płuc i wstrząsu podobnego do ostrej sepsy. W tym przypadku pacjent rozwinął również łagodną restrykcyjną i obturacyjną chorobę płuc i neuropatię obwodową (Al-Tawfiq, 2010).
Wdychanie
W przypadku wdychania, zabierz go na zewnątrz i utrzymuj w stanie spoczynku w wygodnej pozycji do oddychania. Jeśli nie oddycha, zastosować sztuczne oddychanie. Jeśli oddychanie jest utrudnione, przeszkolony personel powinien podać tlen.
Kontakt ze skórą
W przypadku kontaktu ze skórą należy go umyć dużą ilością wody. Ciecz pod ciśnieniem może powodować odmrożenia. W przypadku narażenia na działanie cieczy pod ciśnieniem strefę zamarzania należy natychmiast podgrzać ciepłą wodą o temperaturze nieprzekraczającej 41 ° C.
Temperatura wody musi być tolerowana przez normalną skórę. Rozgrzanie skóry powinno być utrzymane przez co najmniej 15 minut lub do momentu, aż normalne zabarwienie i odczucie powróci do dotkniętego obszaru. W przypadku masywnej ekspozycji ubrania są usuwane podczas kąpieli ciepłą wodą.
Kontakt wzrokowy
W przypadku kontaktu z oczami, przemyj dokładnie oczy wodą przez co najmniej 15 minut. Trzymaj powieki otwarte i oddalone od gałek ocznych, aby upewnić się, że wszystkie powierzchnie są dobrze spłukane.
Spożycie nie jest uważane za możliwą drogę narażenia. We wszystkich innych przypadkach należy uzyskać natychmiastową pomoc medyczną (Praxair, 2016).
Używa
1- Produkcja siarki
Jednostka odzyskiwania siarki Clausa składa się z pieca do spalania, kotła na ciepło odpadowe, skraplacza siarki i szeregu stopni katalitycznych, z których każdy wykorzystuje ponowne nagrzewanie, złoże katalizatora i kondensator siarki. Zazwyczaj stosuje się dwa lub trzy etapy katalityczne.
Proces Clausa przekształca siarkowodór w siarkę elementarną w reakcji dwuetapowej.
Pierwszy etap obejmuje kontrolowane spalanie gazu zasilającego w celu przekształcenia około jednej trzeciej siarkowodoru w dwutlenek siarki i niekatalityczną reakcję siarkowodoru nie spalonego z dwutlenkiem siarki.
W drugim etapie reakcja Clausa, siarkowodór i dwutlenek siarki reagują na katalizatorze z wytworzeniem siarki i wody.
Ilość powietrza do spalania jest ściśle kontrolowana, aby zmaksymalizować odzyskiwanie siarki, tj. Utrzymując odpowiednią stechiometrię siarkowodoru 2: 1 do dwutlenku siarki przez kolejne reaktory.
Zwykle można uzyskać odzysk siarki do 97% (US National Library of Medicine, 2011).
2- Chemia analityczna
Od ponad wieku siarkowodór jest ważny w chemii analitycznej, w jakościowej analizie nieorganicznej jonów metali.
W tych analizach wytrącają się ciężkie (i niemetaliczne) jony metali (np. Pb (II), Cu (II), Hg (II), As (III) z roztworu po ekspozycji na H2S. Powstały osad rozpuszcza się ponownie z pewną selektywnością i jest w ten sposób identyfikowany.
3- Inne zastosowania
Związek ten jest również używany do usuwania tlenku deuteru lub ciężkiej wody z normalnej wody w procesie siarczkowym Girdlera.
Naukowcy z Uniwersytetu w Exeter odkryli, że ekspozycja komórkowa na małe ilości gazowego siarkowodoru może zapobiec uszkodzeniom mitochondriów.
Gdy komórka jest zestresowana chorobą, enzymy są przyciągane do komórki, aby wytworzyć małe ilości siarkowodoru. Badanie to może mieć większy wpływ na zapobieganie udarom, chorobom serca i zapaleniu stawów (Stampler, 2014).
Siarkowodór może mieć właściwości przeciwstarzeniowe, blokując niszczące substancje chemiczne w komórce, mające właściwości podobne do resweratrolu, przeciwutleniacza występującego w czerwonym winie.
