СЕРОВОДОРОД (H2S): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ, ЗНАЧЕНИЕ - ХИМИЯ - 2025

Сероводорода или газообразный сероводород , образованный объединением атома серы (S) и двух атомов водорода (Н). Его химическая формула - H ₂ S. Он также известен как газ сероводород. Это бесцветный газ, запах которого проявляется в тухлых яйцах.

Он присутствует в вулканах и горячих серных источниках, в природном газе и сырой нефти. Он также образуется при анаэробном разложении (без кислорода) растительного и животного органических веществ. Он естественным образом вырабатывается в организме млекопитающих за счет действия определенных ферментов на цистеин, незаменимую аминокислоту.

Химическая формула сероводорода или сероводорода. SARANPHONG YIMKLAN. Источник: Wikimedia Commons.

Водные растворы H ₂ S вызывают коррозию металлов, таких как сталь. H ₂ S представляет собой восстанавливающее соединение, которое при взаимодействии с SO ₂ окисляется до элементарной серы, одновременно восстанавливая SO ₂ до серы.

Несмотря на то, что это высокотоксичное и смертельное соединение для людей и животных, его важность в ряде важных процессов в организме изучается в течение нескольких лет.

Он регулирует ряд механизмов, связанных с образованием новых кровеносных сосудов и работой сердца.

Он защищает нейроны и, как считается, действует против таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и Альцгеймера.

Благодаря своей способности к химическому восстановлению, он может бороться с окислителями, тем самым препятствуя старению клеток. По этим причинам изучается возможность производства лекарств, которые при введении пациентам могут медленно высвобождаться в организм.

Это может служить для лечения таких патологий, как ишемия, диабет и нейродегенеративные заболевания. Однако его механизм действия и безопасность еще предстоит тщательно исследовать.

Структура

Молекула H ₂ S аналогична молекуле воды, то есть они похожи по форме, так как атомы водорода расположены под углом к ​​сере.

Угловая структура молекулы сероводорода H ₂ С. Бангин. Источник: Wikimedia Commons.

Сера в H ₂ S имеет следующую электронную конфигурацию:

1с ² , 2с ² 2п ⁶ , 3с ² 3п ⁶ ,

Ну, он берет по одному электрону от каждого водорода, чтобы завершить свою валентную оболочку.

3D-структура сероводорода. Желтый: сера. Белый: водород. Бендж-bmm27. Источник: Wikimedia Commons.

Номенклатура

- Сульфид водорода

- Сульфид водорода

- Гидрид серы.

Физические свойства

Физическое состояние

Бесцветный газ с очень неприятным запахом.

Молекулярный вес

34,08 г / моль.

Температура плавления

-85,60 ° С.

Точка кипения

-60,75 ° С.

плотность

1,1906 г / л.

Растворимость

Умеренно растворим в воде: 2,77 объема на 1 воды при 20ºC. Его можно полностью удалить из водного раствора путем его кипячения.

Химические свойства

В водном растворе

Когда сероводород находится в водном растворе, он называется сероводородом. Это слабая кислота. Он имеет два ионизируемых протона:

H ₂ S + H ₂ O ⇔ H ₃ O ⁺ + HS ^- , K _a1 = 8,9 x ^10-8

HS ^- + H ₂ O ⇔ H ₃ O ⁺ + S ^{2 -} , K _a2 ∼ ^10-14

Первый протон ионизируется незначительно, о чем можно судить по его первой константе ионизации. Второй протон ионизирует очень мало, но растворы H ₂ S содержат некоторое количество сульфидного аниона S ^{2 -} .

Если раствор H ₂ S подвергается воздействию воздуха, O ₂ окисляет сульфид-анион, и сера осаждается:

2 S ^{2 -} + 4 H ⁺ + O ₂ → 2 H ₂ O + 2 S ⁰ ↓ (1)

В присутствии хлора Cl ₂ , брома Br ₂ и йода I ₂ образуются соответствующие галогенид водорода и сера:

H ₂ S + Br ₂ → 2 HBr + S ⁰ ↓ (2)

Водные растворы H ₂ S вызывают коррозию, вызывая сульфидное растрескивание под напряжением в сталях с высокой твердостью. Продукты коррозии - сульфид железа и водород.

Реакция с кислородом

H ₂ S реагирует с кислородом воздуха, и могут происходить следующие реакции:

2 Н ₂ S + 3 О ₂ → 2 Н ₂ О + 2 SO ₂ (3)

2 H ₂ S + O ₂ → 2 H ₂ O + 2 S ⁰ ↓ (4)

Реакция с металлами

Он вступает в реакцию с различными металлами, вытесняющими водород, и образует сульфид металла:

H ₂ S + Pb → PbS + H ₂ ↑ (5)

Реакция с диоксидом серы

В вулканических газах присутствуют H ₂ S и SO ₂ , которые реагируют друг с другом, и образуется твердая сера:

H ₂ S + SO ₂ → 2 H ₂ O + 3 S ⁰ ↓ (6)

Разложение с температурой

Сероводород не очень стабилен, легко разлагается при нагревании:

H ₂ S → H ₂ ↑ + S ⁰ ↓ (7)

Расположение на природе

Этот газ естественным образом содержится в сернистых или сернистых горячих источниках, в вулканических газах, в сырой нефти и в природном газе.

Источник сернистой воды. Николай Максимович. Источник: Wikimedia Commons.

Когда нефть (или газ) содержит значительные следы H ₂ S, она считается «кислой», в отличие от «сладкой», когда она не содержит его.

Небольшие количества H ₂ S в нефти или газе являются экономически вредными, потому что для его удаления необходимо установить очистную установку, как для предотвращения коррозии, так и для обеспечения безопасности отходящего газа для бытового использования в качестве топлива.

Он образуется всякий раз, когда органическое вещество, содержащее серу, разлагается в анаэробных условиях (отсутствие воздуха), например, в отходах человека, животных и растений.

Выбросы H ₂ S (бирюзового цвета) у побережья Намибии, сфотографированы НАСА. Эти выбросы происходят из органических отходов. Обсерватория Земли НАСА. Источник: Wikimedia Commons.

Бактерии, присутствующие во рту и в желудочно-кишечном тракте, производят его из разлагаемых материалов, содержащихся в растительных или животных белках.

Его характерный запах позволяет увидеть его присутствие в тухлых яйцах.

H ₂ S также производится на некоторых промышленных предприятиях, таких как нефтеперерабатывающие заводы, коксовые печи, бумажные фабрики, кожевенные заводы и пищевая промышленность.

Синтез в организме млекопитающих

Эндогенный H ₂ S может продуцироваться в тканях млекопитающих, включая человека, двумя способами: одним ферментативным и одним неферментативным.

Неферментный путь состоит из восстановления элементарной серы S ⁰ до H ₂ S за счет окисления глюкозы:

2 C ₆ H ₁₂ O ₆ (глюкоза) + 6 S ⁰ (сера) + 3 H ₂ O → 3 C ₃ H ₆ O ₃ + 6 H ₂ S + 3 CO ₂ (8)

Ферментативный путь состоит из производства H ₂ S из L-цистеина, который представляет собой аминокислоту, синтезируемую организмом. Этот процесс обеспечивается различными ферментами, такими как цистатионин-β-синтаза и цистатионин-γ-лиаза, среди других.

Сероводород был обнаружен в мозге коров. Автор: ArtTower. Источник: Pixabay.

Получение в лабораторных или промышленных условиях

Газообразный водород (H ₂ ) и элемент сера (S) не вступают в реакцию при нормальной температуре окружающей среды, но выше этих значений они начинают объединяться, при этом оптимальная температура составляет 310 ºC.

Однако этот процесс слишком медленный, поэтому для его получения используются другие методы, включая следующие.

Сульфиды металлов (такие как сульфид железа) реагируют с кислотами (такими как соляная) в разбавленном растворе.

FeS + 2 HCl → FeCl ₂ + H ₂ S ↑ (9)

Таким образом получается газ H ₂ S, который, учитывая его токсичность, необходимо безопасно собирать.

Промышленное использование H

Хранение и транспортировка больших количеств H ₂ S, который отделяется от природного газа путем промывки аминами, затруднен, поэтому для превращения его в серу используется процесс Клауса.

На нефтеперерабатывающих заводах H ₂ S отделяется от природного газа путем промывки аминами и затем превращается в серу. Автор: СатьяПрем. Источник: Pixabay.

В этом процессе происходят две реакции. В первом случае H ₂ S реагирует с кислородом с образованием SO ₂ , как упоминалось выше (см. Реакцию 3).

Вторая - это реакция, катализируемая оксидом железа, при которой SO ₂ восстанавливается, а H ₂ S окисляется, и в обоих случаях образуется сера S (см. Реакцию 6).

Таким образом получается сера, которую можно легко хранить и транспортировать, а также использовать в различных целях.

Полезность или важность H

Эндогенный H ₂ S - это тот, который естественным образом встречается в организме как часть нормального метаболизма у людей, млекопитающих и других живых существ.

Несмотря на давнюю репутацию токсичного и ядовитого газа, связанного с разложением органических веществ, несколько недавних исследований, проведенных с 2000-х годов по настоящее время, показали, что эндогенный H ₂ S является важным регулятором определенных механизмов. и процессы в живом существе.

H ₂ S обладает высокой липофильностью или сродством к жирам, поэтому он легко проникает через клеточные мембраны, проникая во все типы клеток.

Сердечно-сосудистая система

У млекопитающих сероводород стимулирует или регулирует серию сигналов, которые регулируют метаболизм, сердечную функцию и выживаемость клеток.

Он оказывает сильное воздействие на сердце, кровеносные сосуды и циркулирующие элементы крови. Модулирует клеточный метаболизм и функцию митохондрий.

Он защищает почки от повреждений, вызванных ишемией.

Желудочно-кишечная система

Он играет важную роль как защитный фактор от повреждения слизистой оболочки желудка. Считается, что он может быть важным медиатором моторики желудочно-кишечного тракта.

Вероятно, он участвует в контроле секреции инсулина.

Центральная нервная система

Он также выполняет важные функции центральной нервной системы и защищает нейроны от окислительного стресса.

Нейроны защищены эндогенным H ₂ S. Автор: Герд Альтманн. Источник: Pixabay.

Считается, что он может защитить от нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона, Альцгеймера и Хунтинтона.

Орган зрения

Он защищает фоторецепторные клетки сетчатки от световой дегенерации.

Против старения

H ₂ S, будучи редуцирующим веществом, может потребляться множеством окислителей, циркулирующих в организме. Он борется с окислителями, такими как активные формы кислорода и активные формы азота в организме.

Он ограничивает реакции свободных радикалов за счет активации антиоксидантных ферментов, защищающих от эффектов старения.

Лечебный потенциал H

Биодоступность эндогенного Н ₂ S зависит от некоторых ферментов , участвующих в биосинтезе цистеина у млекопитающих.

Некоторые исследования предполагают, что лекарственная терапия доноров H ₂ S может быть полезной при определенных патологиях.

Например, он может быть полезен для пациентов с диабетом, поскольку было замечено, что кровеносные сосуды животных с диабетом улучшаются с помощью лекарств, которые поставляют экзогенный H ₂ S.

Поставляемый H ₂ S экзогенно увеличивает ангиогенез или образование кровеносных сосудов, поэтому его можно использовать для лечения хронических ишемических заболеваний.

Разрабатываются лекарства, которые могут медленно высвобождать H ₂ S, чтобы благотворно воздействовать на различные заболевания. Однако эффективность, безопасность и механизмы его действия еще предстоит исследовать.

риски

H ₂ S является смертельным ядом при вдыхании в чистом виде или даже при разведении 1 части газа на 200 частей воздуха. Птицы очень чувствительны к H ₂ S и погибают даже при разбавлении 1 на 1500 частей воздуха.

Сероводород или сероводород H ₂ S - сильный яд. Автор: OpenIcons. Источник: Pixabay.

H ₂ S является мощным ингибитором определенных ферментов и процессов окислительного фосфорилирования, что приводит к удушению клеток. Большинство людей ощущают его запах при концентрациях более 5 частей на миллиард (частей на миллиард). Концентрации 20-50 ppm (частей на миллион) раздражают глаза и дыхательные пути.

Вдыхание 100–250 частей на миллион в течение нескольких минут может вызвать нарушение координации движений, нарушения памяти и двигательные расстройства. Когда концентрация составляет около 150-200 частей на миллион, обонятельная усталость или аносмия возникает, что означает , что после этого характерный запах H ₂ S не могут быть обнаружены . Если концентрация 500 частей на миллион вдыхается в течение 30 минут, отек легких может произойти и пневмония.

Концентрация более 600 ppm может быть смертельной в течение первых 30 минут, так как дыхательная система парализована. А 800 ppm - это концентрация, которая немедленно смертельна для человека.

Следовательно, необходимо предотвращать утечку H ₂ S в лабораториях, помещениях или в любом месте или ситуации.

Важно отметить , что много смертей происходят из - за людей входят в ограниченное пространство , чтобы спасти сотрудников или членов семьи , которые разрушились вследствие H ₂ S отравления , и они умирают.

Это горючий газ.

Ссылки

1. Panthi, S. et al. (2016). Физиологическое значение сероводорода: новый мощный нейропротектор и нейромодулятор. Окислительная медицина и клеточное долголетие. Том 2016. Идентификатор статьи 9049782. Получено с hindawi.com.
2. Shefa, U. et al. (2018). Антиоксидантные и клеточные сигнальные функции сероводорода в центральной нервной системе. Окислительная медицина и клеточное долголетие. Том 2018. Идентификатор статьи 1873962. Получено с hindawi.com.
3. Tabassum, R. et al. (2020). Терапевтическое значение сероводорода при возрастных нейродегенеративных заболеваниях. Neural Regen Res 2020; 15: 653-662. Восстановлено с nrronline.org.
4. Martelli, A. et al. (2010). Сероводород: новая возможность открытия лекарств. Обзоры медицинских исследований. Том 32, выпуск 6. Получено с сайта onlinelibrary.wiley.com.
5. Ван, М.-Дж. и другие. (2010). Механизмы ангиогенеза: роль сероводорода. Клиническая и экспериментальная фармакология и физиология (2010) 37, 764-771. Получено с сайта onlinelibrary.wiley.com.
6. Дейлфилд, Р. (2017). Дым и другие вдыхаемые токсические вещества. Сульфид водорода. В ветеринарной токсикологии Австралии и Новой Зеландии. Восстановлено с sciencedirect.com.
7. Селли, Р.К. и Зонненберг, С.А. (2015). Физические и химические свойства нефти. Сульфид водорода. В элементах нефтяной геологии (третье издание). Восстановлено с sciencedirect.com.
8. Хокинг, МБ (2005). Сера и серная кислота. Превращение сероводорода в серу в процессе Клауса. В Справочнике по химической технологии и контролю загрязнения (третье издание). Восстановлено с sciencedirect.com.
9. Лефер, ди-джей (2008). Потенциальное значение изменений биодоступности сероводорода (H ₂ S) при диабете. Британский журнал фармакологии (2008) 155, 617-619. Получено с bpspubs.onlinelibrary.wiley.com.
10. Национальная медицинская библиотека США. (2019). Сульфид водорода. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
11. Babor, JA и Ibarz, J. (1965). Современная общая химия. 7-е издание. Редакция Marín, SA