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

На сероводород или сероводород газ се образува от обединението на серен атом (S) и два водородни атома (Н). Неговата химична формула е H ₂ S. Известен е още като сероводороден газ. Това е безцветен газ, чиято миризма се забелязва в гнилите яйца.

Той присъства във вулкани и серни извори, в природен газ и в суров нефт. Също така се образува по време на анаеробното разлагане (без кислород) на растителни и животински органични вещества. Възниква естествено в тялото на бозайниците, чрез действието на определени ензими върху цистеина, несъществена аминокиселина.

Химична формула на сероводород или сероводород. SARANPHONG YIMKLAN. Източник: Wikimedia Commons.

Воден H ₂ S решения са корозивни за метали като стомана. H ₂ S е редуциращо съединение, което, когато реагира с SO ₂, се окислява до елементарна сяра, докато намаляване на SO ₂ до сяра, както и.

Въпреки че е силно токсично и фатално съединение за хора и животни, неговото значение в редица важни процеси в организма се изучава от няколко години.

Той регулира серия от механизми, свързани с генерирането на нови кръвоносни съдове и функционирането на сърцето.

Той защитава невроните и се смята, че действа срещу болести като Паркинсон и Алцхаймер.

Благодарение на своя химически редуциращ капацитет, той може да се бори с окислители, като по този начин действа срещу стареенето на клетките. Поради тези причини се изучава възможността за производство на лекарства, които, когато се прилагат на пациенти, могат да се отделят бавно в тялото.

Това би послужило за лечение на патологии като исхемия, диабет и невродегенеративни заболявания. Механизмът му на действие и безопасността му обаче все още не са задълбочено проучени.

структура

Н ₂ S молекулата е аналогична на тази на вода, което означава, че са подобни по форма от водородите са разположени под ъгъл със сяра.

Ъглова структура на молекулата на сероводорода, H ₂ S. Bangin. Източник: Wikimedia Commons.

Сярата в H ₂ S има следната електронна конфигурация:

1s ², 2s ² 2p ⁶, 3s ² 3p ⁶, Е, той заема по един електрон от всеки водород, за да завърши валентната му обвивка.

3D структура на сероводород. Жълто: сяра. Бяло: водород. Benjah-bmm27. Източник: Wikimedia Commons.

номенклатура

- Водороден сулфид

- Водороден сулфид

- Серен хидрид.

Физични свойства

Физическо състояние

Безцветен газ с много неприятна миризма.

Молекулно тегло

34,08 g / mol.

Точка на топене

-85,60 ° C.

Точка на кипене

-60,75 ° C.

плътност

1,1906 g / L

разтворимост

Умерено разтворим във вода: 2.77 обема в 1 вода при 20ºC. Може да се отдели напълно от водния разтвор чрез варенето му.

Химични свойства

Във воден разтвор

Когато сероводородът е във воден разтвор, той се нарича сероводород. Това е слаба киселина. Той има два йонизируеми 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

Първият протон йонизира леко, както може да се заключи от първата й йонизационна константа. Вторият протона йонизира много малко, но разтвори на Н ₂ S съдържат някои от анион сулфид S ^{2 -}.

Ако H ₂ S разтворът е изложена на въздух, О ₂ окислява сулфида анионни и серни утайки на:

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

В присъствието на хлор Cl ₂, бром Вг ₂ и йод I ₂, се образуват съответния халогенид водород и сяра:

H ₂ S + Br ₂ → 2 HBr + S ⁰ ↓ (2)

Воден H ₂ S решения са корозивни, причинявайки сулфид напукване при висока твърдост стомани. Продуктите от корозия са железен сулфид и водород.

Реакция с кислород

H ₂ S реагира с кислород във въздуха и могат да възникнат следните реакции:

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)

Реакция с метали

Той реагира с различни метали, които изместват водорода и образуват металния сулфид:

H ₂ S + Pb → PbS + H ₂ ↑ (5)

Реакция със серен диоксид

В вулканични газове, H ₂ S и SO ₂ са налични, които реагират един с друг и твърдо вещество сяра се образува:

H ₂ S + SO ₂ → 2 H ₂ O + 3 S ⁰ ↓ (6)

Разлагане с температура

Сероводородът не е много стабилен, той се разлага лесно при нагряване:

H ₂ S → H ₂ ↑ + S ⁰ ↓ (7)

Местоположение сред природата

Този газ се намира естествено в горещите извори на серни или серни, във вулканични газове, в суров нефт и в природен газ.

Сярна вода извор. Николай Максимович. Източник: Wikimedia Commons.

Когато маслото (или газът) съдържа значителни следи от H ₂ S, се казва, че е "кисело", за разлика от "сладкото", което е, когато не го съдържа.

Малки количества H ₂ S в нефт или газ са икономически пагубни, тъй като трябва да се монтира пречиствателна инсталация за отстраняването й, както за предотвратяване на корозия, така и за да направи отпадъчните газове безопасни за битова употреба като гориво.

Произвежда се всеки път, когато органичната материя, съдържаща сяра, се разлага при анаеробни условия (липса на въздух), като например човешки, животински и растителни отпадъци.

H ₂ S емисии (цвят синьо-зелен) край бреговете на Намибия, заснети от НАСА. Тези емисии идват от органични отпадъци. Земната обсерватория на НАСА. Източник: Wikimedia Commons.

Бактериите, присъстващи в устата и в стомашно-чревния тракт, го произвеждат от разградимите материали, които съдържат растителни или животински протеини.

Характерната му миризма прави присъствието му видимо в гнилите яйца.

H ₂ S се произвежда и в някои промишлени дейности, като нефтени рафинерии, коксови пещи, хартиени фабрики, кожени изделия и в хранително-вкусовата промишленост.

Синтез в организма на бозайниците

Ендогенен H ₂ S може да се получи в тъканите на бозайници, включително хора, по два начина, един ензимно и неензимно един.

Неензимният път се състои в редукцията на елементарна сяра S ⁰ до H ₂ S чрез окисляване на глюкозата:

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

Ензимната път се състои от производството на Н ₂ S от L-цистеин, който е аминокиселина синтезира от организма. Процесът се осигурява от различни ензими, като цистатионин-β-синтаза и цистатионин-у-лиаза, между другото.

В мозъка на кравите е открит сероводород. Автор: ArtTower Източник: Pixabay

Получаване в лаборатория или промишлено

Водороден газ (Н ₂) и сяра елемент (S) не реагира при нормални температури на околната среда, но преди те да започнат да се комбинират с 310 ° С в оптимална температура.

Процесът обаче е твърде бавен, така че за неговото получаване се използват други методи, включително следните.

Металните сулфиди (като железен сулфид) реагират с киселини (като солна) в разреден разтвор.

FeS + 2 HCl → FeCl ₂ + H ₂ S ↑ (9)

По този начин, Н на ₂ S се получава газ, който, предвид неговата токсичност, трябва да се събира безопасно.

Промишлено използване на H

Съхранението и транспортирането в големи количества на H ₂ S, което се отделя от природния газ чрез промиване с амини, е трудно, поради което процесът на Клаус се използва за превръщането му в сяра.

В нефтени рафинерии, H ₂ S се отделя от природен газ чрез промиване с амини и след това се превръща в сяра. Автор: SatyaPrem. Източник: Pixabay

В този процес възникват две реакции. В първия, H ₂ S реагира с кислорода за получаване SO ₂, както е споменато по-горе (виж реакция 3).

Вторият е оксид катализирана реакция на желязо където SO ₂ се намалява и H ₂ S се окислява, и двете от които произвеждат сяра S (виж реакционна 6).

По този начин се получава сяра, която може лесно да се съхранява и транспортира, както и предназначена за многократна употреба.

Полезност или значение на Н

Ендогенен H ₂ S е този, който се среща естествено в тялото, като част от нормалния метаболизъм при хора, бозайници и други живи същества.

Въпреки дългогодишната репутация като токсични и отровни газове, свързани с разграждането на органична материя, няколко неотдавнашни проучвания от 2000 до настоящия момент са установили, че ендогенен H ₂ S е важен регулатор на определени механизми. и процеси в живото същество.

H ₂ S има висока липофилност или афинитет към мазнини, поради което тя преминава клетъчните мембрани лесно прониква всички видове клетки.

Сърдечносъдова система

При бозайниците сероводородът насърчава или регулира серия от сигнали, които регулират метаболизма, сърдечната функция и оцеляването на клетките.

Има мощен ефект върху сърцето, кръвоносните съдове и циркулиращите елементи на кръвта. Модулира клетъчния метаболизъм и митохондриалната функция.

Той защитава бъбреците от увреждане, причинено от исхемия.

Стомашно-чревна система

Той играе важна роля като защитен фактор срещу увреждане на стомашната лигавица. Смята се, че може да е важен медиатор на стомашно-чревния подвижност.

Вероятно участва в контрола на секрецията на инсулин.

Централна нервна система

Той действа и при важни функции на централната нервна система и предпазва невроните от оксидативен стрес.

Невроните са защитени от ендогенен Н ₂ S. Автор: Герд Алтман. Източник: Pixabay

Смята се, че той може да предпазва от невродегенеративни заболявания като болестта на Паркинсон, Алцхаймер и Хунгитън.

Орган на зрението

Той защитава фоторецепторните клетки на ретината от индуцирана от светлина дегенерация.

Срещу стареене

H ₂ S, бидейки редуциращи видове, може да се консумира с различни окислителни агенти, които циркулират в тялото. Той се бори с окисляващите видове като реактивни видове кислород и реактивни видове азот в тялото.

Той ограничава реакциите на свободните радикали чрез активиране на антиоксидантни ензими, които предпазват от ефектите на стареене.

Лечебен потенциал на H

Бионаличността на ендогенен H ₂ S зависи от някои ензими, участващи в биосинтезата на цистеин в бозайници.

Някои проучвания предполагат, че терапията с донор на H ₂ S може да бъде от полза за определени патологии.

Например, той може да бъде полезен при пациенти с диабет, тъй като е наблюдавано, че кръвоносните съдове на диабетни животни се подобряват с лекарства, които доставят екзогенни H ₂ S.

H ₂ S доставя екзогенно увеличава ангиогенеза или кръвоносен съд формация, така че може да се използва за лечение на хронични исхемични заболявания.

Разработват се лекарства, които могат да отделят H ₂ S бавно, за да могат да действат благотворно при различни заболявания. Въпреки това ефикасността, безопасността и механизмите на неговото действие все още не са проучени.

Рискове

H ₂ S е фатална отрова, ако се вдиша чиста или дори разредена 1 част газ в 200 части въздух. Птиците са много чувствителни към H ₂ S и умират дори при разреждане на 1 на 1500 части въздух.

Сероводород или сероводород H ₂ S е мощен отрова. Автор: OpenIcons. Източник: Pixabay

H ₂ S е мощен инхибитор на определени ензими и окислителни процеси на фосфорилиране, което води до клетъчна задушаване. Повечето хора го миришат на концентрации, по-големи от 5 ppb (части на милиард). Концентрациите от 20-50 ppm (части на милион) дразнят очите и дихателните пътища.

Вдишването от 100-250 ppm за няколко минути може да причини некоординираност, нарушения на паметта и двигателни нарушения. Когато концентрацията е около 150-200 ppm, възниква обонятелна умора или анозмия, което означава, че след това не може да се установи характерната миризма на H ₂ S. Ако концентрацията от 500 ppm се вдишва за 30 минути, може да се появи белодробен оток. и пневмония.

Концентрациите над 600 ppm могат да бъдат фатални в рамките на първите 30 минути, тъй като дихателната система е парализирана. А 800 ppm е концентрацията, която веднага е смъртоносна за хората.

Следователно H ₂ S трябва да бъде предотвратено да избяга в лаборатории, помещения или на всяко място или ситуация.

Важно е да се отбележи, че много смъртни случаи настъпват, защото хората влизат в затворени пространства, за да спасяват колеги или членове на семейството, които са се срутили поради отравяне с H ₂ S, и те също умират.

Това е запалим газ.

Препратки

1. Panthi, S. et al. (2016 г.). Физиологично значение на водородния сулфид: възникващ мощен невропротектор и невромодулатор. Оксидативна медицина и клетъчно дълголетие. Том 2016. Номер на артикул 9049782. Възстановен от hindawi.com.
2. Shefa, U. et al. (2018). Антиоксидантни и клетъчно-сигнални функции на водороден сулфид в централната нервна система. Оксидативна медицина и клетъчно дълголетие. Том 2018. Номер на артикул 1873962. Възстановено от hindawi.com.
3. Tabassum, R. et al. (2020). Терапевтично значение на сероводорода при невродегенеративни заболявания, свързани с възрастта. Neural Regen Res 2020; 15: 653-662. Възстановено от nrronline.org.
4. Martelli, A. et al. (2010 г.). Сероводород: Възможност за откриване на наркотици. Прегледи за медицински изследвания. Том 32, брой 6. Възстановено от onlinelibrary.wiley.com.
5. Ванг, М.-Ж. и др. (2010 г.). Механизми на ангиогенезата: Роля на сероводорода. Клинична и експериментална фармакология и физиология (2010) 37, 764-771. Възстановено от onlinelibrary.wiley.com.
6. Дейлфийлд, Р. (2017). Дим и други вдишващи токсични вещества. Водороден сулфид. Във ветеринарна токсикология за Австралия и Нова Зеландия. Възстановени от sciencedirect.com.
7. Selley, RC и Sonnenberg, SA (2015). Физичните и химичните свойства на петрола. Водороден сулфид. В елементи на нефтената геология (трето издание). Възстановени от sciencedirect.com.
8. Хокинг, MB (2005). Сяра и сярна киселина. Преобразуване на процес на Клаус на водороден сулфид в сяра. В Наръчник за химическа технология и контрол на замърсяването (трето издание). Възстановени от sciencedirect.com.
9. Лефер, DJ (2008). Потенциално значение на промените в бионаличността на сероводород (H ₂ S) при диабет. Британски журнал по фармакология (2008) 155, 617-619. Възстановени от bpspubs.onlinelibrary.wiley.com.
10. Национална медицинска библиотека на САЩ. (2019). Водороден сулфид. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
11. Babor, JA и Ibarz, J. (1965). Съвременна обща химия. 7-мо издание. Редакция Marín, SA