Какими свойствами обладает сероводород

Сероводород – бинарное химическое соединение водорода и серы, имеющее формулу H2S.

Сероводород, формула, молекула, строение, состав, вещество:

Сероводород (сернистый водород, сульфид водорода, дигидросульфид) – бесцветный газ со сладковатым вкусом с характерным неприятным тяжёлым запахом тухлых яиц (тухлого мяса).

Сероводород – бинарное химическое соединение водорода и серы, имеющее формулу H2S.

Химическая формула сероводорода H2S.

Строение молекулы сероводорода, структурная формула сероводорода:

Сероводород – наиболее активное из серосодержащих соединений.

Сероводород тяжелее воздуха. Его плотность составляет 1,539 кг/м3, по отношении к воздуху – 1,19. Поэтому скапливается в низких непроветриваемых местах.

Сероводород плохо растворяется в воде. Раствор сероводорода в воде – очень слабая сероводородная кислота. Хорошо растворим в бензоле и этаноле.

Термически устойчив при температурах менее 400 °C. При температурах более 400 °C разлагается на составляющие – простые вещества: водород и серу.

В отличие от воды, в сероводороде не образуются водородные связи, поэтому сероводород в обычных условиях не сжижается.

Сероводород является сверхпроводником при температуре 203 К (-70 °C) и давлении 150 ГПа.

Сероводород коррозионно активен, поэтому предъявляются дополнительные требования при разработке нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений, содержащий сероводород.

Чрезвычайно огнеопасен. Смеси сероводорода и воздуха взрывоопасны. Возможно возгорание на расстоянии. Горит синим пламенем.

Соли сероводородной кислоты (раствор сероводорода в воде) называют сульфидами. В воде хорошо растворимы только сульфиды щелочных металлов, аммония. Сульфиды остальных металлов практически не растворимы в воде, они выпадают в осадок в ходе химических реакций. Многие сульфиды ярко окрашены. Многие природные сульфиды в виде минералов являются ценными рудами (пирит, халькопирит, киноварь, молибденит).

Сероводород в природе встречается редко, в незначительных количествах в составе природного газа, попутного нефтяного газа, сланцевого газа, а также в вулканических газах, в растворённом виде – в нефти, сланцевой нефти и в природных водах. Например, в Чёрном море слои воды, расположенные глубже 150-200 м, содержат растворённый сероводород (концентрация 14 мл/л).

Образуется при гниении белков, которые содержат в составе серосодержащие аминокислоты метионин и (или) цистеин. Небольшое количество сероводорода содержится в кишечных газах человека и животных.

Сероводород высокотоксичен и ядовит. Предельно допустимая концентрация (ПДК) сероводорода в воздухе населенных пунктов в России – 0,008 мг/м3, в России – 0,007 мг/м3.

Порог ощутимости запаха составляет 0,012-0,03 мг/м3. При вдыхании воздуха с небольшими концентрациями у человека довольно быстро возникает адаптация к неприятному запаху «тухлых яиц» и он перестаёт ощущаться. Во рту возникает сладковатый металлический привкус. При вдыхании воздуха с большой концентрацией из-за паралича обонятельного нерва запах сероводорода почти сразу перестаёт ощущаться.

При острых отравлениях возникает жжение и боль в горле при глотании, конъюнктивит, одышка, головная боль, головокружение, слабость, рвота, тахикардия, возможны судороги. Смертельная концентрация составляет 830 мг/м3 в течение 30 минут или 1100 мг/м3 в течение 5 минут.

При высокой концентрации сероводорода однократное вдыхание может вызвать мгновенную смерть.

Физические свойства сероводорода:

* при температуре выше критической температуры газ невозможно сконденсировать ни при каком давлении.

Получение сероводорода:

Сероводород в лаборатории получают в результате следующих химических реакций:

1. взаимодействия разбавленных кислот с сульфидами, например, с сульфидом железа.
2. взаимодействия сульфида алюминия и воды:

Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2S.

Данная реакция отличается чистотой полученного сероводорода

Химические свойства сероводорода. Химические реакции (уравнения) сероводорода:

Основные химические реакции сероводорода следующие:

1. реакция взаимодействия сероводорода и брома:

H2S + Br2 → 2HBr + S.

В результате реакции образуются бромоводород и сера. В ходе реакции используется насыщенный раствор сероводорода.

2. реакция взаимодействия сероводорода и йода:

H2S + I2 → 2HI + S.

В результате реакции образуются йодоводород и сера. В ходе реакции используется насыщенный раствор сероводорода.

3. реакция взаимодействия сероводорода и кислорода:

2H2S + O2 → 2S + 2H2O.

В результате реакции образуются сера и вода. Реакция протекает медленно на свету, в растворе или в газовой фазе. Сероводород в ходе реакции используется в виде насыщенного раствора.  На данной реакции основан промышленный способ получения серы.

4. реакция горения сероводорода:

2H2S + 3O2  2SO2 + 2H2O (t = 250-300 °C).

В результате реакции образуются оксид серы и вода. Реакция горения сероводорода на воздухе.

5. реакция взаимодействия сероводорода и озона:

H2S + O3 → SO2 + H2O.

В результате реакции образуются оксид серы и вода. Сероводород в ходе реакции используется в виде газа.

6. реакция взаимодействия сероводорода и кремния:

Si + 2H2S  SiS2 + 2H2 (t = 1200-1300 °C).

В результате реакции образуются сульфид кремния и водород.

7. реакция взаимодействия сероводорода и цинка:

H2S + Zn  ZnS + H2 (t = 400-800 °C).

В результате реакции образуются сульфид цинка и водород.

8. реакция взаимодействия сероводорода и алюминия:

2Al + 3H2S  Al2S3 + 3H2 (t = 600-1000 °C).

В результате реакции образуются сульфид алюминия и водород.

9. реакция взаимодействия сероводорода и галлия:

2Ga + H2S → Ga2S + H2.

В результате реакции образуются сульфид галлия и водород.

10. реакция взаимодействия сероводорода и молибдена:

Mo + 2H2S  MoS2 + 2H2 (t > 800 °C).

В результате реакции образуются сульфид молибдена и водород.

11. реакция взаимодействия сероводорода и бария:

Ba + H2S  BaS + H2 (t > 350 °C).

В результате реакции образуются сульфид бария и водород.

12. реакция взаимодействия сероводорода и магния:

Mg + H2S  MgS + H2 (t = 500 °C).

В результате реакции образуются сульфид магния и водород.

13. реакция взаимодействия сероводорода и германия:

Ge + H2S  GeS + H2 (t = 600-800 °C).

В результате реакции образуются сульфид германия и водород.

14. реакция взаимодействия сероводорода и кобальта:

Co + H2S  CoS + H2 (t = 700 °C).

В результате реакции образуются сульфид кобальта и водород.

15. реакция взаимодействия сероводорода и серебра:

2Ag + H2S → Ag2S + H2.

В результате реакции образуются сульфид серебра и водород.

16. реакция взаимодействия сероводорода и оксида лития:

Li2O + H2S  Li2S + H2O (t = 900-1000 °C).

В результате реакции образуются сульфид лития и вода.

17. реакция взаимодействия сероводорода и оксида цинка:

ZnO + H2S  ZnS + H2O (t = 450-550 °C).

В результате реакции образуются сульфид цинка и вода.

18. реакция взаимодействия сероводорода и оксида железа:

FeO + H2S  FeS + H2O (t = 500 °C).

В результате реакции образуются сульфид железа и вода.

19. реакция взаимодействия сероводорода и оксида молибдена:

MoO2 + 2H2S  MoS2 + 2H2O (t = 400 °C).

В результате реакции образуются сульфид молибдена и вода.

20. реакция взаимодействия сероводорода и гидроксида натрия:

H2S + 2NaOH → Na2S + 2H2O.

В результате реакции образуются сульфид натрия и вода. В ходе реакции используется концентрированный раствор гидроксида натрия.

21. реакция взаимодействия сероводорода и гидроксида бария:

Ba(OH)2 + H2S → BaS + 2H2O.

В результате реакции образуются сульфид бария и вода. В ходе реакции используется разбавленный раствор сероводорода.

22. реакция взаимодействия сероводорода и гидроксида меди:

Cu(OH)2 + H2S → CuS + 2H2O.

В результате реакции образуются сульфид меди и вода. В ходе реакции используется насыщенный раствор сероводорода и гидроксид меди в виде суспензии.

23. реакция взаимодействия сероводорода и азотной кислоты:

H2S + 2HNO3 → S + 2NO2 + 2H2O.

В результате реакции образуются сера, оксид азота и вода. В ходе реакции используется насыщенный раствор сероводорода и концентрированный холодный раствор азотной кислоты.

Аналогичные реакции протекают и с другими минеральными кислотами.  

24. реакция взаимодействия сероводорода и карбоната кальция:

CaCO3 + H2S  CaS + H2O + CO2 (t = 900 °C).

В результате реакции образуются сульфид кальция, оксид углерода и вода.

25. реакция взаимодействия сероводорода и карбоната бария:

BaCO3 + H2S  BaS + CO2 + H2O (t = 1000 °C, kat = H2).

В результате реакции образуются сульфид бария, оксид углерода и вода.

26. реакция взаимодействия сероводорода и карбоната натрия:

H2S + Na2CO3 → NaHS + NaHCO3 (t = 1000 °C, kat = H2).

В результате реакции образуются гидросульфид натрия и гидрокарбонат натрия. В ходе реакции используется насыщенный раствор сероводорода.

27. реакция взаимодействия сероводорода и нитрата серебра:

2AgNO3 + H2S → Ag2S + 2HNO3.

В результате реакции образуются сульфид серебра и азотная кислота. В ходе реакции используется насыщенный раствор сероводорода.

28. реакция взаимодействия сероводорода и нитрата висмута:

2Bi(NO3)3 + 3H2S → Bi2S3 + 6HNO3.

В результате реакции образуются сульфид висмута и азотная кислота. В ходе реакции используется насыщенный раствор сероводорода.

29. реакция взаимодействия сероводорода и нитрата свинца:

Pb(NO3)2 + H2S → PbS + HNO3.

В результате реакции образуются сульфид свинца и азотная кислота. Данная реакция является качественной реакцией на сероводород. В результате реакции образуются соль свинца – сульфид свинца черного цвета, который выпадает в осадок.

30. реакция термического разложения сероводорода:

H2S  H2 + S (t = 400-1700 °C).

В результате реакции образуются водород и сера. В ходе реакции используется насыщенный раствор сероводорода.

Применение сероводорода:

Из-за своей токсичности сероводород находит ограниченное применение:

• в аналитической химии сероводород и сероводородная вода используются как реагенты для осаждения тяжёлых металлов, сульфиды которых очень слабо растворимы;
• в медицине в составе природных и искусственных сероводородных ванн, а также в составе некоторых минеральных вод;
• в химической промышленности для получения серной кислоты, элементной серы, сульфидов;
• в органическом синтезе для получения тиофена и меркаптанов.

В последние годы рассматривается возможность использования сероводорода, накопленного в глубинах Чёрного моря, в качестве энергетического (сероводородная энергетика) и химического сырья.

Ссылка на источник

Общее описание

Вещество в природных условиях встречается в смеси нефтяных газообразных углеводородов, содержится в составе вулканических выделений. В водной среде находится в форме раствора, например, в Черном море содержится в толще воды на глубине более 200 м. Гидросульфит выделяется в процессе разложения белков, которые имеют в составе цистеин или метионин (аминокислоты с содержанием серы). Малое количество сернистого водорода выделяется из кишечных газов животных и человеческих организмов.

Физические характеристики

Вещество относится к термически устойчивым соединениям в агрегатном состоянии, при повышении температуры свыше +400ºС разделяется на простые компоненты — Н2 и S. Молекула вещества представляется в изогнутой форме и отличается полярностью (μ = 0,34. 10-29 Кл.м). Водороды не обнаруживаются в дигидросульфидах, в отличие от воды, поэтому в нормальных условиях вещество в жидкое состояние не преобразуется.

Физические свойства сероводорода:

• При растворении дигидросульфида в водной среде получается малая по силе сероводородная кислота, которая становится сверхпроводником при понижении температуры до -70ºС и показателе давления 150 ГПа.
• В жидком состоянии H2S обладает сниженной электропроводимостью, по сравнению с водной средой, так как сернистый водород отличается слабой диэлектрической проницаемостью. В таком виде соединение получает свойства органического раствора, который почти не растворяет лед.
• Твердый дигидросульфид отличается плотностью молекулярного строения, при этом у всех частиц есть 12 расположенных рядом соседей (связи явно различаются со структурным сцеплением льда).
• Плавится серный водород при показателе 2,5 кДж/моль, а испаряется в случае достижения условий 18,7 кДж/моль.
• Вещество весит больше воздуха и подвергается сжатию при достижении температуры -60,2ºС. Полное сжатие проходит при -85,7ºС.

В воздушной среде происходит горение вещества с образованием воды и серного диоксида, реакция выражается уравнением: 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O. Если в огонь поместить холодный твердый предмет, то окисление идет до свободной серы, которая образует остаток желтого цвета: O2 + 2H2S = 2S + 2H2O. Чтобы растворить 2,5 объема сернистого водорода, потребуется всего 1 объем жидкости, при этом раствор будет называться сероводородной водой. Смесь становится мутной при содержании на воздухе и на свету, так как происходит кислотная реакция между гидросульфидом и воздухом.

Химические свойства

В результате охлаждения насыщенного раствора можно получить кристаллогидрат H2S . 6H2O. Растворимость сероводородного компонента в органике происходит более активно, чем в воде. В одной порции спирта растворяется 7 частей сероводорода. Интенсивность растворимости достигает максимума при температуре 350ºС, что объясняется получением полисульфидов.

В воде вещество окисляется йодом с выделением свободной серы, а в газовой среде сера окисляет йодистый водород до появления свободного йода по схеме:

• I2 + H2S = S + 2HI.
• S + 2HI = I2 + H2S + 6 кДж.

В газово-воздушной среде при температуре ниже -50ºС образуется молярное соединение H2S . I2. Константа диссоциации сероводородной кислоты слабее угольной, децинормальная смесь имеет кислотность pH = 4.1. Сера с водородом не вступает во взаимодействие в обычных обстоятельствах, только при увеличении температуры идет реакция: S + H2 = H2S + 21 кДж.

Химические свойства сероводорода позволяют выступать ему в качестве восстановителя, примером служит список реакций:

• Br 2 + H 2 S-2 = 2HBr + S0.
• 4Cl 2 + 4H 2 O +H 2 S-2 = H 2 S + 6SO 4 + 8HCl.
• 2FeCl 3 + H2S-2 = S0 + 2FeCl 2 + 2HCl.

Серебро получает черный оттенок, если реагирует с сероводородом, что является результатом взаимного влияния растворимых сульфидов и дигидросульфидов в химии. Средние соли с содержанием аниона S2- носят название сульфидов, а кислые массы с анионом HS относятся к классу гидросульфидов. Соли имеют различную цветность, несмотря на то, что ионы являются бесцветными. Сульфиды в воде почти не растворяются, а гидросульфиды реагируют и образуют водные растворы.

Соли кислоты

Вещества растворяются в воде, если находятся в таблице щелочных металлов. Остальные соединения подобного типа не взаимодействуют с водой. Сульфиды выпадают в осадок в результате реакции гибридизации, когда вводятся металлические соли или соль сероводородной кислоты.

У щелочноземельных и щелочных металлов есть гидросульфиды М2+(Н S)2 и M+ HS. Нестойкими являются гидросульфиды Ca2+ Sr2+ . Растворимые сульфиды героизируются в воде, так как относятся к слабым солям кислоты. Часто такая реакция является необратимой с появлением осадка в виде нерастворимого гидроксида.

Получение вещества

Практическое получение сероводорода проходит в реакции сульфида железа и разбавленных кислот. Другим удобным методом является нагревание сплавленной серы в виде порошка до 170ºС в сочетании с частицами асбеста и парафином. Концентрация смеси составляет 3:2:5, соответственно. В охлажденном состоянии взаимодействие прекращается, а активизируется реакция с повышением температуры.

Начальный сплав заготавливается заранее и расходуется в случае необходимости, при этом 1 г дает 150 г сероводорода. Для получения чистого вещества смесь пропускается вместе с серными парами над разогретыми глыбами пемзы, при этом температура равняется 100ºС, а давление составляет 90 атм. Температурная диссоциация сероводорода наступает при 400ºС и достигает апогея при достижении 1700ºС.

Вред сероводорода

Взрывоопасной является смесь вещества с воздухом, при этом температура 300ºС ведет к воспламенению и дальнейшему взрыву в случае содержания 5−46% H2S. Ядовитость вещества часто недооценивается и деятельность с ним без защитных средств ведет к отравлению. Всего 0,1% концентрация сероводорода в атмосфере помещения вызывает неприятные последствия для организма.

После вдыхания сероводородных паров наступает потеря обоняния, затем обморок или паралич дыхания, что ведет к смерти человека. Помогает быстрое удаление пострадавшего из проблемного помещения. Симптомами отравления является головная боль, нарушение сознания и тошнота. Иногда обмороки наступают позднее, когда человек уже не работает с газом. Средства защиты необходимы, при этом требуется тщательно запахнуть респираторы и другие предметы предохранения.

Применение дигидросульфида

Сероводород в качестве сульфидов используется в технике, например, с его применением изготавливаются люминофоры, полупроводники. В этом производстве задействуются сульфиды кадмия и цинка. В качестве основы смазок берется дисульфид молибдена.

Польза от применения сероводорода:

• в области неорганической химии вещество применяется в качестве реагента для выделения осадка тяжелых металлов, если их сульфиды относятся к категории слаборастворимых;
• в медицине используется в виде искусственных и природных ванн и вводится в состав минеральных вод;
• серный водород участвует в производстве сульфидов, элементарной серы и серной кислоты;
• используется в синтезе меркаптанов и тиофена.

В последние годы рассматривается возможность применения вещества из глубин моря. Его планируется использовать в области сероводородной энергетики в виде химического и электронного сырья.

В нормальном состоянии

Эндогенный дигидросульфид в небольшой массе производится клетками живых организмов и является важным компонентом многих биологических действий. Вещество является третьим из найденных ранее трансмиттеров после угарного газа и азотной окиси. Этот тип соединения выделяется в организме с помощью цистеина и относится к группе спазмолитиков и вазодилататоров. Он активно действует на ЦНС, повышает трансмиссию нейронов и способствует функционированию памяти.

Впоследствии вещество окисляется до ионов сульфитов в митохондриях с помощью тиосульфат-редуктазы, затем превращается в ионы сульфатов при воздействии специального фермента. Из организма в конечном виде выводится мочевыми протоками.

В организме человека эндогенный сероводород считается важным фактором для защиты от заболеваний сердца и сосудов, благодаря аналогичности со свойствами азотной окиси. Несмотря на схожесть, действие сероводорода и оксида азота различаются, хотя они оба оказывают кардиопротективное действие. Азот активирует гуанилатциклазу, а дисульфид приводит в тонус чувствительные каналы поставки калия в гладких мышцах.

Исследования показывают, что для поддержания сосудистого тонуса важно сочетание азота, сероводорода и угарного газа. Окись азота в условиях физиологической нормы расширяет крупные артерии и вены, а серный водород отвечает за расслабление периферических сосудов крови. В организме выявляется взаимодействие сигнальных путей азота и сероводорода, что говорит о зависимости спазмолитического, цитопротекторного и противовоспалительного действия газов друг от друга.

В теле человека серный водород реагирует с внутриклеточными ферментами, при этом образуется HSNO (нитрозотиол). Веществу отводится ведущая роль контроля внутриклеточной концентрации энзимов.

При патологических изменениях

В случае инфаркта выявляется дефицит эндогенного сероводородного газа, что негативно сказывается на состоянии сосудов. Сниженная биологическая доступность серного водорода и окиси азота ведет к некрозу мышцы сердца. Дефицит сероводорода способствует высвобождению большого числа радикалов и наступает экссудативный внутриклеточный стресс.

При недостатке серного водорода активность ферментов изменяется и угнетается биологическое воспроизводство азота. В это время применяется сероводородная терапия прекурсорами вещества или донорами, например, диалил-трисульфидами для увеличения содержания газа в крови и мышцах больного. В результате опасность патологии и повреждений сердечной мышцы становится минимальной.

В организме серный водород может запасаться в виде сульфат-серы. Это промежуточный компонент, который образуется при взаимодействии избыточного вещества с кислородом и используется при необходимости. Порции запасного сероводорода вступают в реакцию с кислородом и активизируют выработку азота, что уменьшает число свободных радикалов.

При заболевании Альцгеймера снижается уровень сероводородного компонента в сосудах мозга, как и у пациентов с недугом Паркинсона. Введение прекурсоров вещества дает улучшение самочувствия вплоть до полного избавления от характерных симптомов. При синдроме Дауна, наоборот, содержание сероводорода обнаруживается в очень завышенной концентрации.

Использование при анабиозе

Теоретически и практически доказано, что продукция сернистого водорода у особей, которые впадают в зимнюю спячку, повышается в несколько раз. Дыхание замедляется и составляет около 10 движений в минуту, а температура тела снижается на 2º. На опытах с мышами было установлено, что гипотермия мозга при этом уменьшает повреждение в органе при инсульте или травматическом воздействии.

Если бы удалось воспроизвести такое действие в организме человека, то сероводородная гибернация стала бы полезным открытием в клинике спасения жизней после травм, инсультов и инфарктов, а также для хранения органов от донора.

Исследования показывают, что эндогенный серный водород влияет на скорость метаболизма, регулирует естественным способом уровень обменных процессов. Последние опыты показали, что эффект гибернации не возникает у крупных животных, а развивается исключительно у мышей. Анабиозу с помощью сероводородного компонента нельзя подвергнуть свиней или овец, что было практически доказано. Клинические испытания действия сероводорода на человека в части анабиоза были начаты, но неожиданно прекратились медицинской компанией без объяснения причин.