СІРКОВОДЕНЬ (H2S): СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ВИКОРИСТАННЯ, ЗНАЧЕННЯ - ХІМІЯ - 2025

Сірководню або газоподібний сірководень , утворений об'єднанням атома сірки (S) і двох атомів водню (Н). Його хімічна формула H ₂ S. Він також відомий як сірководень. Це безбарвний газ, запах якого помітний у гнилих яйцях.

Він присутній у вулканах і сірчистих гарячих джерелах, у природному газі та в сирій нафті. Він також утворюється під час анаеробного розкладання (без кисню) рослинних і тваринних органічних речовин. Він відбувається природним чином в організмі ссавців, завдяки дії певних ферментів на цистеїн, неіснуючу амінокислоту.

Хімічна формула сірководню або сірководню. SARANPHONG YIMKLAN. Джерело: Wikimedia Commons.

Водні розчини H ₂ S є агресивними для таких металів, як сталь. H ₂ S є відновлювальною сполукою, яка при взаємодії з SO ₂ окислюється до елементарної сірки, зменшуючи також SO ₂ до сірки.

Незважаючи на те, що є високотоксичним і смертельним з'єднанням для людей і тварин, його значення в ряді важливих процесів в організмі вивчалося протягом декількох років.

Він регулює низку механізмів, пов’язаних з генерацією нових кровоносних судин та функціонуванням серця.

Він захищає нейрони і вважається, що він діє проти таких хвороб, як Паркінсон та Альцгеймера.

Завдяки хімічній відновній здатності він може боротися з окислювальними видами, тим самим діючи проти клітинного старіння. Через ці причини вивчається можливість виробництва препаратів, які при призначенні пацієнтів можуть повільно потрапляти в організм.

Це послужило б для лікування таких патологій, як ішемія, діабет та нейродегенеративні захворювання. Однак механізм його дії та безпека ще належним чином не вивчені.

Будова

Молекула H ₂ S аналогічна воді, тобто за формою вони схожі, оскільки водневі речовини розташовані під кутом із сіркою.

Кутова структура молекули сірководню, H ₂ S. Бангін. Джерело: Wikimedia Commons.

Сірка в H ₂ S має таку електронну конфігурацію:

1s ² , 2s ² 2p ⁶ , 3s ² 3p ⁶ ,

Ну, він запозичує по одному електрону з кожного водню, щоб заповнити свою валентну оболонку.

3D структура сірководню. Жовтий: сірка. Білий: водень. Benjah-bmm27. Джерело: Wikimedia Commons.

Номенклатура

- Сірководень

- Сірководень

- Гідрид сірки.

Фізичні властивості

Фізичний стан

Безбарвний газ з дуже неприємним запахом.

Молекулярна маса

34,08 г / моль.

Точка плавлення

-85,60 ° C.

Точка кипіння

-60,75 ° С.

Щільність

1,1906 г / л.

Розчинність

Помірно розчинний у воді: 2,77 об'ємів в 1 воді при 20ºC. Його можна повністю вивести з водного розчину, кип'ятивши його.

Хімічні властивості

У водному розчині

Коли сірководень знаходиться у водному розчині, його називають сірководень. Це слабка кислота. Він має два іонізуються протони:

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

Перший протон іонізує незначно, як це можна зробити з його першої постійної іонізаційної константи. Другий протон іонізує дуже мало, але розчини H ₂ S містять частину сульфідного аніона S ^{2 -} .

Якщо розчин H ₂ S потрапляє на повітря, O ₂ окислює аніон сульфіду та осад сірки:

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

У присутності хлору Cl ₂ , брому Br ₂ та йоду I ₂ утворюються відповідний галогенід водню та сірка:

H ₂ S + Br ₂ → 2 HBr + S ⁰ ↓ (2)

Водні розчини H ₂ S є корозійними, викликаючи розтріскування сульфідного напруги в сталях високої твердості. Продуктами корозії є сульфід заліза та водень.

Реакція з киснем

H ₂ S реагує з киснем у повітрі і можуть відбутися такі реакції:

2 H ₂ S + 3 O ₂ → 2 H ₂ O + 2 SO ₂ (3)

2 H ₂ S + O ₂ → 2 H ₂ O + 2 S ⁰ ↓ (4)

Реакція з металами

Він реагує з різними металами, які витісняють водень і утворюють сульфід металу:

H ₂ S + Pb → PbS + H ₂ ↑ (5)

Реакція з діоксидом сірки

У вулканічних газах присутні H ₂ S і SO ₂ , які реагують один з одним і утворюється тверда сірка:

H ₂ S + SO ₂ → 2 H ₂ O + 3 S ⁰ ↓ (6)

Розкладання температурою

Сірководень не дуже стійкий, він легко розкладається при нагріванні:

H ₂ S → H ₂ ↑ + S ⁰ ↓ (7)

Розташування в природі

Цей газ знаходиться природним чином у сірчаних або сірчаних гарячих джерелах, у вулканічних газах, у сирій нафті та в природному газі.

Сірководне джерело води. Николай Максимович. Джерело: Wikimedia Commons.

Коли нафта (або газ) містить значні сліди H ₂ S, кажуть, що вона "кисла", на відміну від "солодкої", яка є, коли вона не містить її.

Невеликі кількості H ₂ S у нафті чи газі є економічно згубними, оскільки для його видалення необхідно встановити очищувальну установку, щоб запобігти корозії та зробити відходи газів безпечними для побутового використання як палива.

Він утворюється щоразу, коли органічна речовина, що містить сірку, розкладається в анаеробних умовах (відсутність повітря), таких як відходи людини, тварин та рослин.

Викиди H ₂ S (колір шкірки) біля узбережжя Намібії, сфотографовані НАСА. Ці викиди надходять від органічних відходів. Обсерваторія Землі НАСА. Джерело: Wikimedia Commons.

Бактерії, присутні в роті та в шлунково-кишковому тракті, виробляють його з розкладаються матеріалів, які містять рослинні або тваринні білки.

Його характерний запах робить його присутність помітною в гнилих яйцях.

H ₂ S також виробляється в деяких галузях промисловості, таких як нафтопереробні заводи, коксові печі, паперові комбінати, шкіряні заводи та в харчовій промисловості.

Синтез в організмі ссавців

Ендогенний H ₂ S може вироблятися в тканинах ссавців, включаючи людину, двома способами, одним ферментативним та одним неферментативним.

Неферментативний шлях складається з відновлення елементарної сірки S ⁰ до H ₂ S шляхом окислення глюкози:

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

Ферментативний шлях складається з виробництва H ₂ S з L-цистеїну, який є амінокислотою, синтезованою організмом. Процес забезпечується різними ферментами, такими як цистатіонін-β-синтаза та цистатіонін-γ-ліаза.

У мозку корів виявлено сірководень. Автор: ArtTower Джерело: Pixabay.

Отримання в лабораторії або промислово

Газ водню (H ₂ ) та сірка елементу (S) не реагують при нормальних температурах навколишнього середовища, але вище їх починають комбінуватися, оптимальною температурою є 310 ºC.

Однак процес занадто повільний, тому для його отримання використовуються інші методи, включаючи наступні.

Сульфіди металів (наприклад, сульфід заліза) реагують з кислотами (такими як соляна) у розведеному розчині.

FeS + 2 HCl → FeCl ₂ + H ₂ S ↑ (9)

Таким чином отримують газ H ₂ S, який, враховуючи його токсичність, повинен збиратися безпечно.

Промислове використання Н

Зберігання та транспортування у великих кількостях H ₂ S, що відокремлюється від природного газу промиванням амінами, є важким, тому процес Клауса використовується для перетворення його в сірку.

На нафтопереробних заводах H ₂ S відокремлюють від природного газу промиванням амінами та потім перетворюють на сірку. Автор: SatyaPrem. Джерело: Pixabay.

У цьому процесі відбуваються дві реакції. По-перше, H ₂ S реагує з киснем, отримуючи SO ₂ , як було зазначено вище (див. Реакцію 3).

Друга - це реакція, катализируемая оксидом заліза, де SO ₂ знижується і H ₂ S окислюється, обидва з них утворюють сірку S (див. Реакцію 6).

Таким чином отримують сірку, яку можна легко зберігати та транспортувати, а також призначати для багаторазового використання.

Корисність або важливість Н

Ендогенна H ₂ S - це те, що відбувається природним чином в організмі як частина нормального обміну речовин у людей, ссавців та інших живих істот.

Незважаючи на свою давню репутацію токсичного і отруйного газу, пов'язаного з руйнуванням органічних речовин, кілька останніх досліджень від 2000-х до теперішнього часу визначили, що ендогенний H ₂ S є важливим регулятором певних механізмів. і процеси в живій істоті.

H ₂ S має високу ліпофільність або спорідненість до жирів, через що він легко перетинає клітинні мембрани, проникаючи у всі типи клітин.

Серцево-судинна система

У ссавців сірководень сприяє або регулює ряд сигналів, які регулюють обмін речовин, серцеву функцію та виживання клітин.

Він надає потужну дію на серце, судини та циркулюючі елементи крові. Модулює клітинний метаболізм і мітохондріальну функцію.

Він захищає нирки від пошкоджень, спричинених ішемією.

Шлунково-кишкова система

Він відіграє важливу роль як захисний фактор від пошкодження слизової шлунка. Вважається, що він може бути важливим посередником моторики шлунково-кишкового тракту.

Ймовірно, він бере участь у контролі секреції інсуліну.

Центральна нервова система

Він також діє на важливі функції центральної нервової системи і захищає нейрони від окисного стресу.

Нейрони захищені ендогенними H ₂ S. Автор: Герд Альтманн. Джерело: Pixabay.

За оцінками, він може захистити від нейродегенеративних захворювань, таких як хвороба Паркінсона, Альцгеймера та Гангтінтона.

Орган зору

Він захищає фоторецепторні клітини сітківки від індукованої світлом дегенерації.

Проти старіння

H ₂ S, будучи відновлювальним видом, може вживати різні окислювачі, які циркулюють в організмі. Він бореться з окислювальними видами, такими як реактивні види кисню та реактивні види азоту в організмі.

Він обмежує реакції вільних радикалів за рахунок активації антиоксидантних ферментів, що захищають від впливу старіння.

Цілющий потенціал H

Біодоступність ендогенного H ₂ S залежить від певних ферментів, що беруть участь у біосинтезі цистеїну у ссавців.

Деякі дослідження говорять про те, що терапія донорами H ₂ S може бути корисною для певних патологій.

Наприклад, це може бути корисним для хворих на діабет, оскільки було помічено, що кровоносні судини тварин, хворих на діабет, покращуються препаратами, що постачають екзогенні H ₂ S.

Екзогенно поставляється H ₂ S збільшує ангіогенез або утворення кровоносних судин, тому його можна використовувати для лікування хронічних ішемічних захворювань.

Розробляються препарати, які можуть повільно вивільняти H ₂ S, щоб сприятливо діяти на різні захворювання. Однак ефективність, безпеку та механізми його дії ще не вивчені.

Ризики

H ₂ S є смертельною отрутою, якщо вдихати акуратно або навіть розводити 1 частину газу в 200 частинах повітря. Птахи дуже чутливі до H ₂ S і гинуть навіть при розведенні 1 на 1500 частин повітря.

Сірководень або сірководень H ₂ S є потужною отрутою. Автор: OpenIcons. Джерело: Pixabay.

H ₂ S є потужним інгібітором певних ферментів та процесів окислювального фосфорилювання, що призводить до задухи клітин. Більшість людей пахне його концентрацією більше 5 проміле (частин на мільярд). Концентрації 20-50 частин на мільйон (частин на мільйон) дратують очі та дихальні шляхи.

Вдихання 100-250 проміле протягом декількох хвилин може спричинити відсутність координації, порушення пам’яті та рухові розлади. Коли концентрація становить приблизно 150-200 проміле, виникає нюхова стомлюваність або аносмія, а це означає, що після цього характерний запах H ₂ S. неможливо виявити . Якщо концентрація 500 проміле вдихається протягом 30 хвилин, може виникнути набряк легенів. і пневмонія.

Концентрація понад 600 проміле може бути смертельною протягом перших 30 хвилин, оскільки дихальна система паралізується. І 800 проміле - це концентрація, яка негайно смертельна для людини.

Таким чином, H ₂ S не можна втекти в лабораторії, приміщення або в будь-яке місце чи ситуацію.

Важливо зауважити, що багато випадків смерті трапляються через те, що люди потрапляють у обмежені простори, щоб рятувати колег чи членів сім'ї, які розвалилися через отруєння H ₂ S, і вони також гинуть.

Це легкозаймистий газ.

Список літератури

1. Panthi, S. та ін. (2016). Фізіологічне значення сірководню: виникає потужний нейропротектор і нейромодулятор. Окислювальна медицина та клітинне довголіття. Том 2016. ID статті 9049782. Відновлено з hindawi.com.
2. Шефа, У. та ін. (2018). Антиоксидантні та клітинно-сигнальні функції сірководню в центральній нервовій системі. Окислювальна медицина та клітинне довголіття. Том 2018. Ідентифікатор статті 1873962. Відновлено з hindawi.com.
3. Tabassum, R. et al. (2020). Терапевтичне значення сірководню при вікових нейродегенеративних захворюваннях. Neural Regen Res 2020; 15: 653-662. Відновлено з сайту nrronline.org
4. Мартеллі, А. та ін. (2010). Сірководень: нові можливості для виявлення наркотиків. Огляди медичних досліджень. Том 32, Випуск 6. Відновлено з сайту onlinelibrary.wiley.com.
5. Ван, М.-Ж. та ін. (2010). Механізми ангіогенезу: Роль сірководню. Клінічна та експериментальна фармакологія та фізіологія (2010) 37, 764-771. Відновлено з сайту onlinelibrary.wiley.com.
6. Дейлфілд, Р. (2017). Дим та інші токсичні речовини, що вдихаються. Сірководень. У ветеринарній токсикології для Австралії та Нової Зеландії. Відновлено з sciencedirect.com.
7. Selley, RC та Sonnenberg, SA (2015). Фізичні та хімічні властивості нафти. Сірководень. У елементах геології нафти (Третє видання). Відновлено з sciencedirect.com.
8. Хокінг, МБ (2005). Сірка та сірчана кислота. Перехідний процес перетворення Сульфіду водню до сірки. У посібнику з хімічної технології та контролю забруднення (третя редакція). Відновлено з sciencedirect.com.
9. Лефер, діджей (2008). Потенційне значення змін біодоступності сірководню (H ₂ S) при діабеті. Британський журнал фармакології (2008) 155, 617-619. Відновлено з bpspubs.onlinelibrary.wiley.com.
10. Національна медична бібліотека США. (2019). Сірководень. Відновлено з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
11. Бабор, Дж. А. та Ібарц, Дж. (1965). Сучасна загальна хімія. 7-е видання. Редакція Marín, SA