Schwefelsäure (H2S): Eigenschaften, Risiken und Verwendungszwecke
Schwefelwasserstoff ist die gebräuchliche Bezeichnung für Schwefelwasserstoff (H 2 S). Es kann als Hydrazidsäure in Lösung (H 2 S (aq)) angesehen werden.
Die Berücksichtigung von Sulfhydrylsäure ist trotz der geringen Wasserlöslichkeit dieser chemischen Verbindung gegeben. Seine Struktur ist in Abbildung 1 dargestellt (EMBL-EBI, 2005).
Daher ist Schwefelwasserstoff in Wasser schwer löslich. Beim Auflösen bildet es das Säuresulfidion oder das Hydrosulfidion (HS-). Die wässrige Lösung von Schwefelwasserstoff oder Schwefelwasserstoff ist farblos und oxidiert an der Luft langsam elementaren Schwefel, der in Wasser nicht löslich ist.
Das Schwefeldianion S 2 - kommt nur in stark alkalischen wässrigen Lösungen vor; Es ist außergewöhnlich basisch mit einem pKa> 14.
H 2 S entsteht praktisch dort, wo elementarer Schwefel mit organischem Material in Kontakt kommt, insbesondere bei hohen Temperaturen. Schwefelwasserstoff ist ein kovalentes Hydrid, das chemisch mit Wasser (H 2 O) verwandt ist, da Sauerstoff und Schwefel in derselben Gruppe wie das Periodensystem gebildet werden.
Es kommt häufig vor, wenn Bakterien in Abwesenheit von Sauerstoff organische Stoffe abbauen, z. B. in Sümpfen und Abwasserkanälen (zusammen mit dem anaeroben Verdauungsprozess). Es kommt auch in vulkanischen Gasen, Erdgas und etwas Brunnenwasser vor.
Es ist auch wichtig zu bedenken, dass Schwefelwasserstoff ein zentraler Bestandteil des Schwefelkreislaufs ist, des biogeochemischen Schwefelkreislaufs auf der Erde (Abbildung 2).
Wie oben erwähnt, leiten schwefelreduzierende und sulfatreduzierende Bakterien Oxidationsenergie aus Wasserstoff oder organischen Molekülen in Abwesenheit von Sauerstoff ab, indem sie Schwefel oder Sulfat zu Schwefelwasserstoff reduzieren.
Andere Bakterien setzen Schwefelwasserstoff aus schwefelhaltigen Aminosäuren frei. Mehrere Bakteriengruppen können Schwefelwasserstoff als Brennstoff verwenden und ihn unter Verwendung von Sauerstoff oder Nitrat als Oxidationsmittel zu elementarem Schwefel oder Sulfat oxidieren.
Reine Schwefelbakterien und grüne Schwefelbakterien verwenden Schwefelwasserstoff als Elektronendonor bei der Photosynthese und produzieren so elementaren Schwefel.
Tatsächlich ist diese Art der Photosynthese älter als die Art der Cyanobakterien, Algen und Pflanzen, die Wasser als Elektronendonor verwenden und Sauerstoff freisetzen (Human Metabolome Database, 2017).
Wo entsteht Schwefelwasserstoff?
Schwefelwasserstoff (H 2 S) kommt natürlicherweise in Rohöl, Erdgas, Vulkangasen und heißen Quellen vor. Es kann auch aus dem bakteriellen Abbau organischer Substanzen resultieren. Es wird auch von menschlichen und tierischen Abfällen produziert.
Bakterien im Mund- und Magen-Darm-Trakt produzieren Schwefelwasserstoff aus Bakterien, die Materialien abbauen, die pflanzliche oder tierische Proteine enthalten.
Schwefelwasserstoff kann auch aus industriellen Aktivitäten wie der Lebensmittelverarbeitung, Koksöfen, Kraftpapierfabriken, Gerbereien und Ölraffinerien stammen (Agency for Toxic Substances and Disease Registry, 2011).
Physikalische und chemische Eigenschaften
Schwefelwasserstoff ist ein farbloses Gas mit einem starken Geruch nach faulen Eiern. Die wässrige Schwefelwasserstofflösung ist farblos ohne charakteristisches Aroma.
Die Verbindung hat ein Molekulargewicht von 34, 1 g / mol, die wässrige Lösung hat eine Dichte von 1, 343 g / ml. Es hat einen Schmelzpunkt von -82 ° C und einen Siedepunkt von -60 ° C. Es ist schwer wasserlöslich und kann nur 4 Gramm pro Liter dieses Lösungsmittels bei 20 ° C lösen (Royal Society of Chemistry, 2015).
Schwefelwasserstoff reagiert als Säure und als Reduktionsmittel. Es explodiert in Kontakt mit Sauerstoffdifluorid, Brompentafluorid, Chlortrifluorid, Dichloridoxid und Silberfulminat. Es kann sich in Gegenwart von Sauerstoff entzünden und explodieren, wenn es Kupferpulver ausgesetzt wird.
Ähnlich kann es mit anderen pulverförmigen Metallen reagieren. Es entzündet sich bei Kontakt mit Metalloxiden und -peroxiden (Bariumperoxid, Chromtrioxid, Kupferoxid, Bleidioxid, Mangandioxid, Nickeloxid, Silberoxid, Silberoxid, Thalliumtrioxid, Natriumperoxid, Quecksilberoxid, Calciumoxid).
Es wird mit Silberbromat, Blei (II) -Hypochlorit, Kupferchromat, Salpetersäure, Bleioxid (IV) und Oxid entzündet. Es kann sich entzünden, wenn es durch rostige Eisenrohre läuft. Reagiert exotherm mit Basen.
Die Reaktionswärme mit Natronkalk, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Bariumhydroxid kann in Gegenwart von Luft / Sauerstoff eine Entzündung oder Explosion des nicht umgesetzten Teils verursachen (HYDROGEN SULFIDE, 2016).
Reaktivität und Gefahren
H 2 S gilt als stabile Verbindung, obwohl es leicht entzündlich und extrem giftig ist.
Die Verbindung ist schwerer als Luft und kann einen beträchtlichen Abstand zur Zündquelle und zurücklegen. Es kann in weiten Bereichen mit Luft explosive Gemische bilden.
Es reagiert auch explosionsartig mit Brompentafluorid, Chlortrifluorid, Stickstofftriiodid, Stickstofftrichlorid, Sauerstoffdifluorid und Phenyldiazoniumchlorid.
Beim Erhitzen bis zur Zersetzung entstehen hochgiftige Dämpfe von Schwefeloxiden. Unverträglich mit vielen Materialien, einschließlich starken Oxidationsmitteln, Metallen, starker Salpetersäure, Brompentafluorid, Chlortrifluorid, Stickstofftriiodid, Stickstofftrichlorid, Sauerstoffdifluorid und Phenyldiazoniumchlorid.
Schwefelwasserstoff (H 2 S) ist für viele berufsbedingte toxische Belastungen verantwortlich, insbesondere in der Ölindustrie. Die klinischen Wirkungen von H 2 S hängen von seiner Konzentration und der Expositionsdauer ab.
H 2 S ist sofort tödlich, wenn die Konzentrationen mehr als 500-1000 ppm betragen. Eine Exposition gegenüber niedrigeren Konzentrationen, wie 10-500 ppm, kann jedoch verschiedene Symptome der Atemwege hervorrufen, die von Rhinitis bis zu Insuffizienz reichen akute Atemwege
H 2 S kann auch mehrere Organe betreffen und vorübergehende oder dauerhafte Störungen des Nerven-, Herz-Kreislauf-, Nieren-, Leber- und Hämatologiesystems verursachen.
Wir präsentieren einen Fall beruflicher H 2 S-Exposition, der zur Beteiligung mehrerer Organe, akutem Atemversagen, der Organisation von Lungenentzündung und einem Schock ähnlich der akuten Sepsis führt. In diesem Fall entwickelte der Patient auch eine milde restriktive und obstruktive Lungenerkrankung und periphere Neuropathie (Al-Tawfiq, 2010).
Einatmen
Nach Einatmen im Freien aufbewahren und in einer bequemen Position zum Atmen ruhigstellen. Bei Atemstillstand künstliche Beatmung durchführen. Bei Atembeschwerden sollte geschultes Personal Sauerstoff geben.
Hautkontakt
Bei Hautkontakt mit viel Wasser abwaschen. Unter Druck stehende Flüssigkeit kann Erfrierungen verursachen. Bei Kontakt mit unter Druck stehender Flüssigkeit sollte die Gefrierzone sofort mit warmem Wasser von nicht mehr als 41 ° C aufgeheizt werden.
Die Wassertemperatur muss für normale Haut verträglich sein. Das Aufwärmen der Haut sollte für mindestens 15 Minuten oder bis zur Rückkehr der normalen Färbung und Empfindung in den betroffenen Bereich erfolgen. Bei massiver Belastung werden die Kleidungsstücke beim Duschen mit warmem Wasser entfernt.
Augenkontakt
Bei Berührung mit den Augen die Augen mindestens 15 Minuten lang gründlich mit Wasser ausspülen. Halten Sie die Augenlider offen und von den Augäpfeln fern, um sicherzustellen, dass alle Oberflächen gut gespült werden.
Verschlucken wird nicht als möglicher Expositionsweg angesehen. In allen anderen Fällen muss sofort ein Arzt hinzugezogen werden (Praxair, 2016).
Verwendet
1- Schwefelproduktion
Eine Claus-Schwefelrückgewinnungsanlage besteht aus einem Verbrennungsofen, einem Abhitzekessel, einem Schwefelkondensator und einer Reihe von katalytischen Stufen, in denen jeweils eine Wiedererwärmung, ein Katalysatorbett und ein Schwefelkondensator eingesetzt werden. Typischerweise werden zwei oder drei katalytische Schritte angewendet.
Das Claus-Verfahren wandelt Schwefelwasserstoff in einer zweistufigen Reaktion in elementaren Schwefel um.
Die erste Stufe beinhaltet die kontrollierte Verbrennung des Einsatzgases, um etwa ein Drittel des Schwefelwasserstoffs in Schwefeldioxid umzuwandeln, und die nicht katalytische Reaktion des nicht mit Schwefeldioxid verbrannten Schwefelwasserstoffs.
In der zweiten Stufe reagieren die Claus-Reaktion, der Schwefelwasserstoff und das Schwefeldioxid an einem Katalysator unter Bildung von Schwefel und Wasser.
Die Menge an Verbrennungsluft wird streng kontrolliert, um die Schwefelrückgewinnung zu maximieren, d. H. Um die geeignete Reaktionsstöchiometrie von 2: 1 Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid durch nachgeschaltete Reaktoren aufrechtzuerhalten.
Typischerweise können Schwefelrückgewinnungen von bis zu 97% erzielt werden (US National Library of Medicine, 2011).
2- Analytische Chemie
Für mehr als ein Jahrhundert war Schwefelwasserstoff in der analytischen Chemie bei der qualitativen anorganischen Analyse von Metallionen wichtig.
Bei diesen Analysen werden schwere (und nichtmetallische) Metallionen (z. B. Pb (II), Cu (II), Hg (II), As (III)) aus der Lösung ausgefällt, nachdem sie H2S ausgesetzt wurden. Der entstehende Niederschlag löst sich mit gewisser Selektivität wieder auf und wird so identifiziert.
3- Andere Verwendungen
Diese Verbindung wird auch verwendet, um Deuteriumoxid oder schweres Wasser aus normalem Wasser durch das Girdler-Sulfid-Verfahren zu entfernen.
Wissenschaftler der University of Exeter entdeckten, dass die Exposition von Zellen gegenüber kleinen Mengen Schwefelwasserstoffgas Schäden an den Mitochondrien verhindern kann.
Wenn die Zelle mit der Krankheit belastet ist, werden die Enzyme von der Zelle angezogen, um geringe Mengen Schwefelwasserstoff zu produzieren. Diese Studie könnte weitere Auswirkungen auf die Prävention von Schlaganfällen, Herzerkrankungen und Arthritis haben (Stampler, 2014).
Schwefelwasserstoff kann Anti-Aging-Eigenschaften haben, indem er zerstörerische Chemikalien in der Zelle blockiert. Er hat ähnliche Eigenschaften wie Resveratrol, ein Antioxidans, das in Rotwein vorkommt.
