VODIKOV SULFID (H2S): ZGRADBA, LASTNOSTI, UPORABE, POMEN - KEMIJA - 2026

Vodikov sulfid ali plin vodikov sulfid tvorjen z zvezo atom žvepla (S) in dveh atomov vodika (H). Njegova kemijska formula je H ₂ S. Znan je tudi kot plin vodikov sulfid. To je brezbarven plin, katerega vonj se kaže v gnilih jajcih.

Prisotna je v vročih vrelcih in žveplovih vrelih, v zemeljskem plinu in v surovi nafti. Nastane tudi med anaerobno razgradnjo (brez kisika) rastlinskih in živalskih organskih snovi. Pojavlja se naravno v telesu sesalcev, z delovanjem nekaterih encimov na cistein, nebistveno aminokislino.

Kemijska formula vodikovega sulfida ali vodikovega sulfida. SARANPHONG YIMKLAN. Vir: Wikimedia Commons.

Vodni H ₂ S rešitve so jedka za kovine, kot je jeklo. H ₂ S je reducirno spojina, ki, ko reagiranje s tako ₂ , oksidira v elementarno žveplo, medtem ko zmanjšuje SO ₂ tudi na žveplo.

Kljub temu, da je zelo strupena in usodna spojina za ljudi in živali, je njen pomen v vrsti pomembnih procesov v telesu preučevan že nekaj let.

Uravnava vrsto mehanizmov, povezanih s tvorbo novih krvnih žil in delovanjem srca.

Varuje nevrone in domnevno je, da delujejo proti boleznim, kot sta Parkinsonova in Alzheimerjeva bolezen.

Zaradi svoje kemične zmanjšane sposobnosti se lahko bori proti oksidantnim vrstam, s čimer deluje proti celičnemu staranju. Zaradi teh razlogov se preučuje možnost proizvajanja zdravil, ki jih ob dajanju bolnikom počasi sprostijo v telo.

To bi služilo zdravljenju patologij, kot so ishemija, diabetes in nevrodegenerativne bolezni. Vendar je treba njegov mehanizem delovanja in varnost še temeljito raziskati.

Struktura

H ₂ S molekula je analogen tistemu iz vode, kar pomeni, da so podobne oblike, saj so vodiki nahaja pod kotom z žveplom.

Kotna zgradba molekule vodikovega sulfida, H ₂ S. Bangin. Vir: Wikimedia Commons.

Žveplo v H ₂ S ima naslednjo elektronsko konfiguracijo:

1s ² , 2s ² 2p ⁶ , 3s ² 3p ⁶ ,

No, iz vsakega vodika si izposodi po en elektron, da dokonča svojo valenčno lupino.

3D struktura vodikovega sulfida. Rumena: žveplo. Bela: vodik. Benjah-bmm27. Vir: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Vodikov sulfid

- Vodikov sulfid

- Žveplov hidrid.

Fizične lastnosti

Fizično stanje

Brezbarven plin z zelo neprijetnim vonjem.

Molekularna teža

34,08 g / mol.

Tališče

-85,60 ° C

Vrelišče

-60,75 ° C

Gostota

1,1906 g / L

Topnost

Zmerno topen v vodi: 2,77 prostornin v 1 vode pri 20 ° C. Lahko ga iz vodne raztopine popolnoma izvlečemo z vretjem.

Kemijske lastnosti

V vodni raztopini

Kadar je vodikov sulfid v vodni raztopini, se imenuje vodikov sulfid. To je šibka kislina. Ima dva ionizabilna protona:

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

Prvi protoni ionizira nekoliko, kar lahko razberemo iz prve ionizacijske konstante. Drugi protonske ionizira zelo malo, vendar raztopine H ₂ S vsebujejo nekatere sulfida aniona S ^{2 -} .

Če H ₂ S Raztopina je izpostavljena zraku, O ₂ oksidira sulfid anionske in žvepla precipitatov:

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

V prisotnosti klora Cl ₂ , brom Br ₂ in joda I ₂ , tvorimo ustrezni vodikov halid in žvepla:

H ₂ S + Br ₂ → 2 HBr + S ⁰ ↓ (2)

Vodni H ₂ S rešitve so koroziven, povzroča sulfid pokanju visoke trdote jekla. Proizvodi korozije so železov sulfid in vodik.

Reakcija s kisikom

H ₂ S reagira s kisikom v zraku in lahko pride do naslednjih reakcij:

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)

Reakcija s kovinami

Reagira z različnimi kovinami, ki izpodrivajo vodik in tvorijo kovinski sulfid:

H ₂ S + Pb → PbS + H ₂ ↑ (5)

Reakcija z žveplovim dioksidom

V vulkanskih plinih sta prisotna H ₂ S in SO ₂ , ki drug drugega reagirata in nastane trdno žveplo:

H ₂ S + SO ₂ → 2 H ₂ O + 3 S ⁰ ↓ (6)

Razkroj s temperaturo

Vodikov sulfid ni zelo stabilen, pri segrevanju se zlahka razgradi:

H ₂ S → H ₂ ↑ + S ⁰ ↓ (7)

Lokacija v naravi

Ta plin je naravno v žveplanih ali žveplovih vrelcih, v vulkanskih plinih, v surovi nafti in v zemeljskem plinu.

Žvepleni vodni izvir. Nikolaj Maksimovič. Vir: Wikimedia Commons.

Kadar olje (ali plin) vsebuje pomembne sledi H ₂ S, naj bi bilo "kislo", v nasprotju s "sladko", kar je, kadar ga ne vsebuje.

Majhne količine H ₂ S v nafti ali plinu so gospodarsko škodljive, saj je treba namestiti čistilno napravo, da jo odstranijo, tako da preprečijo korozijo in da se odpadni plini varno uporabijo kot domače gorivo.

Proizvaja se vsakič, ko se organske snovi, ki vsebujejo žveplo, razgradijo v anaerobnih pogojih (odsotnost zraka), kot so človeški, živalski in rastlinski odpadki.

Emisije H ₂ S (barva solze) ob obali Namibije, ki jih je fotografirala NASA. Te emisije izvirajo iz organskih odpadkov. Nasin observatorij za zemljo. Vir: Wikimedia Commons.

Bakterije, prisotne v ustih in prebavilih, jih proizvajajo iz razgradljivih materialov, ki jih vsebujejo rastlinske ali živalske beljakovine.

Karakterističen vonj je viden v gnilih jajcih.

H ₂ S se proizvaja tudi v nekaterih industrijskih dejavnostih, kot so naftne rafinerije, koksne peči, papirnice, usnjarstvo in pri predelavi hrane.

Sinteza v organizmu sesalcev

Endogeni H ₂ S lahko proizvaja v tkivu sesalcev, vključno z ljudmi, na dva načina, eden encimov in en ne-encimatsko.

Neenzimska pot je sestavljena iz redukcije elementarnega žvepla S ⁰ na H ₂ S z oksidacijo glukoze:

2 C ₆ H ₁₂ O ₆ (glukoza) + 6 S ⁰ (žveplo) + 3 H ₂ O → 3 C ₃ H ₆ O ₃ + 6 H ₂ S + 3 CO ₂ (8)

Encimska pot sestoji iz proizvodnje H ₂ S iz L-cistein, ki je amino kislina v telesu sintetiziramo. Postopek je zagotovljen z različnimi encimi, kot so cistationin-β-sintaza in cistationin-γ-liaza.

V možganih krav so našli vodikov sulfid. Avtor: ArtTower Vir: Pixabay.

Pridobitev v laboratoriju ali industrijsko

Plin vodik (H ₂ ) in žveplo (element) elementa pri normalnih temperaturah okolice ne reagirata, vendar se nad temi začneta kombinirati, pri čemer je 310 ° C optimalna temperatura.

Postopek pa je prepočasen, zato se za njegovo pridobitev uporabljajo druge metode, vključno z naslednjimi.

Kovinski sulfidi (kot železov sulfid) reagirajo s kislinami (kot klorovodikova) v razredčeni raztopini.

FeS + 2 HCl → FeCl ₂ + H ₂ S ↑ (9)

Na ta način, H ₂ S plin pridobiva , ki zaradi svoje strupenosti, je treba varno pobrana.

Industrijska uporaba H

Skladiščenje in prevoz večjih količin H ₂ S, ki se loči od zemeljskega plina s spiranjem z amini, je težaven, zato se postopek Claus uporablja za pretvorbo v žveplo.

V rafinerije nafte, H ₂ S ločimo od zemeljskega plina z izpiranjem z amini in nato pretvorimo žvepla. Avtor: SatyaPrem. Vir: Pixabay.

V tem procesu se pojavita dve reakciji. V prvem, H ₂ S reagira s kisikom, da dobimo SO ₂ , kot je navedeno zgoraj (glej reakcijo 3).

Drugi je oksid katalizirana reakcija železo kjer SO ₂ reduciramo in H ₂ S oksidiramo, ki sta proizvodnjo žvepla S (glej reakcijo 6).

Na ta način se pridobi žveplo, ki ga je mogoče enostavno skladiščiti in prevažati, pa tudi za večkratno uporabo.

Uporabnost ali pomembnost H

Endogeni H ₂ S, ki se pojavi naravno v telesu kot del normalnega metabolizma pri ljudeh, sesalcih in druga živa bitja.

Kljub dolgoletni sloves strupenih in strupenih plinov, povezano z razgradnja organske snovi, so številne nedavne študije od 2000. do danes ugotovili, da endogeni H ₂ S pomemben regulator določenih mehanizmov. in procese v živem bitju.

H ₂ S ima visoko lipofilnost ali naklonjenost maščobam, zato zlahka prečka celične membrane in prodre v vse vrste celic.

Srčnožilni sistem

Pri sesalcih vodikov sulfid spodbuja ali uravnava vrsto signalov, ki uravnavajo metabolizem, delovanje srca in preživetje celic.

Močno vpliva na srce, ožilje in krožeče elemente krvi. Modulira celični metabolizem in delovanje mitohondrijev.

Ledvice brani pred poškodbami, ki jih povzroča ishemija.

Prebavni sistem

Pomembno vlogo ima kot zaščitni dejavnik pred poškodbami želodčne sluznice. Verjame se, da je lahko pomemben posrednik motenj prebavil.

Verjetno je vključena v nadzor izločanja insulina.

Centralni živčni sistem

Deluje tudi na pomembnih funkcijah centralnega živčnega sistema in ščiti nevrone pred oksidativnim stresom.

Nevroni so zaščitene z endogenim H ₂ S. Avtor: Gerd Altmann Vir: Pixabay.

Ocenjujejo, da lahko ščiti pred nevrodegenerativnimi boleznimi, kot so Parkinsonova, Alzheimerjeva in Hungtintonova bolezen.

Organ vida

Ščiti fotoreceptorske celice mrežnice pred svetlobno degeneracijo.

Proti staranju

H ₂ S, pri čemer je reducirno vrste, lahko uporabljale različne oksidanti, ki kroži v telesu. Boji se proti oksidacijskim vrstam, kot so reaktivne kisikove vrste in reaktivne vrste dušika v telesu.

Omejuje reakcije prostih radikalov z aktiviranjem antioksidantnih encimov, ki ščitijo pred učinki staranja.

Zdravilni potencial H

Biološka endogene H ₂ S odvisno od nekaterih encimov, ki sodelujejo pri biosintezi cisteina pri sesalcih.

Nekatere študije kažejo, da bi bilo zdravljenje z darovalci H ₂ S lahko koristno za določene patologije.

Na primer, lahko bilo koristno pri sladkornih bolnikih, saj je bilo ugotovljeno, da žilah diabetičnih živalih izboljšati z zdravili, oskrba z eksogena H ₂ S.

H ₂ S eksogeno dobavlja poveča angiogenezo ali krvnih žil formaciji, tako da ga je mogoče uporabiti za zdravljenje kroničnih ishemičnih boleznih.

Obravnavajo se zdravila, ki lahko sproščajo H ₂ S počasi, da lahko blagodejno deluje na različne bolezni. Učinkovitost, varnost in mehanizme njegovega delovanja pa še ni treba raziskati.

Tveganja

H ₂ S je smrtni strup, če vdihavamo čist ali celo razredčimo 1 del plina v 200 delih zraka. Ptice so zelo občutljive na H ₂ S in umrejo tudi pri redčenju 1 na 1500 delov zraka.

Vodikov sulfid ali vodikov sulfid H ₂ S je močan strup. Avtor: OpenIcons. Vir: Pixabay.

H ₂ S je močan inhibitor določenih encimov in oksidativne fosforilacije procese, ki vodijo do celic zadušitve. Večina ljudi ga vonja v koncentracijah, večjih od 5 ppb (dele na milijardo). Koncentracije 20-50 ppm (delov na milijon) dražijo oči in dihala.

Vdihavanje 100–250 ppm za nekaj minut lahko povzroči nekoordinacijo, motnje spomina in motorične motnje. Če je koncentracija okoli 150-200 ppm, vohalna utrujenost ali anozmija pojavi, kar pomeni, da pozneje karakteristični vonj H ₂ S ni mogoče zaznati . Če je koncentracija 500 ppm inhalira 30 minut, lahko pride pljučni edem. in pljučnice.

Koncentracije več kot 600 ppm so lahko v prvih 30 minutah usodne, saj dihala ohromijo. In 800 ppm je koncentracija, ki je za človeka takoj smrtonosna.

H ₂ S Zato je treba preprečiti uhajanje v laboratorijih, prostorih ali na katerem koli kraju ali situacijo.

Pomembno je omeniti, da se pojavljajo številne smrti, ker ljudje vstopijo zaprte prostore za reševanje sodelavcev in družinskih članov, ki so se porušile zaradi H ₂ S zastrupitve , umira tudi oni.

Je vnetljiv plin.

Reference

1. Panthi, S. et al. (2016). Fiziološki pomen vodikovega sulfida: nastajajoči močan nevroprotektor in nevromodulator. Oksidativna medicina in celična dolgoživost. Zvezek 2016. ID članka 9049782. Pridobljeno s spletnega mesta hindawi.com.
2. Shefa, U. et al. (2018). Antioksidativne in celično-signalne funkcije vodikovega sulfida v centralnem živčnem sistemu. Oksidativna medicina in celična dolgoživost. Zvezek 2018. ID članka 1873962. Pridobljeno s spletnega mesta hindawi.com.
3. Tabassum, R. et al. (2020). Terapevtski pomen vodikovega sulfida pri starodenih nevrodegenerativnih boleznih. Neural Regen Res 2020; 15: 653-662. Pridobljeno z nrronline.org.
4. Martelli, A. et al. (2010). Vodikov sulfid: Novost za odkrivanje drog. Pregledi medicinskih raziskav. Zvezek 32, številka 6. Obnovljeno s spletnega naslova onlinelibrary.wiley.com.
5. Wang, M.-J. et al. (2010). Mehanizmi angiogeneze: Vloga vodikovega sulfida. Klinična in eksperimentalna farmakologija in fiziologija (2010) 37, 764-771. Pridobljeno iz spletnega spletnega naslova.wiley.com.
6. Dalefield, R. (2017). Dim in druge vdihane strupene snovi. Vodikov sulfid. V veterinarski toksikologiji za Avstralijo in Novo Zelandijo. Pridobljeno od sciencedirect.com.
7. Selley, RC in Sonnenberg, SA (2015). Fizikalne in kemijske lastnosti nafte. Vodikov sulfid. V elementih naftne geologije (tretja izdaja). Pridobljeno od sciencedirect.com.
8. Hocking, MB (2005). Žveplo in žveplova kislina. Klausov proces pretvorbe vodikovega sulfida v žveplo. V priročniku o kemijski tehnologiji in nadzoru onesnaževanja (tretja izdaja). Pridobljeno od sciencedirect.com.
9. Lefer, DJ (2008). Potencialni pomen sprememb biološke uporabnosti vodikovega sulfida (H ₂ S) pri sladkorni bolezni. British Journal of Pharmacology (2008) 155, 617–619. Obnovljeno iz bpspubs.onlinelibrary.wiley.com.
10. Ameriška nacionalna medicinska knjižnica. (2019). Vodikov sulfid. Pridobljeno: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
11. Babor, JA in Ibarz, J. (1965). Sodobna splošna kemija. 7. izdaja Uredništvo Marín, SA