Сероводород

Сероводород
Общие
Систематическое наименование	сульфид водорода
Химическая формула	H2S
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	газ
Отн. молек. масса	34.082 а. е. м.
Молярная масса	34.082 г/моль
Плотность	1.5206 (н.у.)г/литр
Термические свойства
Температура плавления	−82.30 °C
Температура кипения	−60.28 °C
Химические свойства
pKa	6.89, 19±2
Растворимость в воде	0.025 (40 °C)
Классификация
Рег. номер CAS	7783-06-4
Безопасность
Токсичность	4 4 0

Сероводоро́д (серни́стый водоро́д, сульфид водорода, дигидросульфид) — бесцветный газ с запахом протухших яиц и сладковатым вкусом. Химическая формула — H₂S. Плохо растворим в воде, хорошо — в этаноле. Ядовит. При больших концентрациях разъедает многие металлы. Концентрационные пределы воспламенения с воздухом составляют 4,5 — 45 % сероводорода.

В природе встречается очень редко в виде смешанных веществ нефти и газа. Так же иногда содержится в воде. Входит в состав вулканических газов. Образуется при гниении белков. Сероводород используют в лечебных целях, например в сероводородных ваннах.

Физические свойства

Термически устойчив (при температурах больше 400 °C разлагается на простые вещества — S и H₂). Молекула сероводорода имеет угловую форму, поэтому она полярна (μ = 0,34·10⁻²⁹ Кл·м). В отличие от молекул воды, атомы водорода в молекуле не образуют прочных водородных связей, поэтому сероводород является газом. Раствор сероводорода в воде — очень слабая сероводородная кислота.

Химические свойства

Собственная ионизация жидкого сероводорода ничтожно мала.

В воде сероводород мало растворим, водный раствор H₂S является очень слабой кислотой:

$\mathsf{H_2S \rightarrow HS^- + H^+}$ K_a = 6.9·10⁻⁷ моль/л; pK_a = 6.89.

Реагирует со щелочами:

$\mathsf{H_2S + 2NaOH \rightarrow Na_2S + 2H_2O }$(обычная соль, при избытке NaOH)

$\mathsf{H_2S + NaOH \rightarrow NaHS + H_2O }$(кислая соль, при отношении 1:1)

Сероводород — сильный восстановитель. На воздухе горит синим пламенем:

$\mathsf{2H_2S + 3O_2 \rightarrow 2H_2O + 2SO_2 }$

при недостатке кислорода:

$\mathsf{2H_2S + O_2 \rightarrow 2S + 2H_2O }$ (на этой реакции основан промышленный способ получения серы).

Сероводород реагирует также со многими другими окислителями, при его окислении в растворах образуется свободная сера или SO₄²⁻, например:

$\mathsf{3H_2S + 4HClO_3 \rightarrow 3H_2SO_4 + 4HCl}$

$\mathsf{2H_2S + SO_2 \rightarrow 2H_2O + 3S }$

Сульфиды

Соли сероводородной кислоты называют сульфидами. В воде хорошо растворимы только сульфиды щелочных металлов, аммония. Сульфиды остальных металлов практически не растворимы в воде, они выпадают в осадок при введении в растворы солей металлов раствора сульфида аммония (NH₄)₂S. Многие сульфиды ярко окрашены.

Для щелочных и щелочноземельных металлов известны также гидросульфиды M⁺HS и M²⁺(HS)². Гидросульфиды Са²+ и Sr²⁺ очень нестойки. Являясь солями слабой кислоты, растворимые сульфиды подвергаются гидролизу. Гидролиз сульфидов, содержащих металлы в высоких степенях окисления, либо гидроксиды которых являются очень слабыми основаниями (например, Al₂S₃, Cr₂S₃ и др.) часто проходит необратимо.

Многие природные сульфиды в виде минералов являются ценными рудами (пирит, халькопирит, киноварь).

$\mathsf{PbS + 4H_2O_2 = PbSO_4 + 4H_2O}$

Получение

• Взаимодействием разбавленных кислот с сульфидами:

$\mathsf{FeS + 2 \ HCl \longrightarrow \ FeCl_2 + \ H_2S \uparrow}$

• Взаимодействие сульфида алюминия с водой (эта реакция отличается чистотой полученного сероводорода):

$\mathsf{Al_2S_3 + 6 \ H_2O \longrightarrow 2 \ Al(OH)_3 \downarrow + 3 \ H_2S \uparrow}$

• Сплавлением парафина с серой.

Соединения, генетически связанные с сероводородом

Является первым членом в ряде полисульфидов (сульфанов) — H₂S_n (n=1±9).

Применение

Сероводород из-за своей токсичности 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.
• Сероводород применяют для получения серной кислоты, элементной серы, сульфидов.
• Используют 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.

Биологическая активность

Сероводород является газотрансмиттером, в микромолярных концентрациях имеет цитопротекторные свойства (антинекротические и антиапоптические). В малых концентрациях стимулирует продукцию cAMP, активирует антиоксидантные системы, имеет противовоспалительное действие. В миллимолярных концентрациях цитотоксичен .

Токсикология

Очень токсичен. Вдыхание воздуха с небольшим содержанием сероводорода вызывает головокружение, головную боль, тошноту, а со значительной концентрацией приводит к коме, судорогам, отёку лёгких и даже к летальному исходу. При высокой концентрации однократное вдыхание может вызвать мгновенную смерть. При небольших концентрациях довольно быстро возникает адаптация к неприятному запаху «тухлых яиц», и он перестаёт ощущаться. Во рту возникает сладковатый металлический привкус.

При большой концентрации ввиду паралича обонятельного нерва запах сероводорода не ощущается.

Литература

• Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. — М.: Химия, 1994
• Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 2001
• Малин К. М. Справочник сернокислотчика. — М.: Химия, 1971

Ссылки

• Сернистый водород — статья из Большой советской энциклопедии