Hydro sulfide | |
---|---|
Cấu trúc phân tử của Hydrogen sulfide | |
Tổng quan | |
Danh pháp IUPAC | Hydrogen sulfide, sulfane |
Tên khác | Hydrogen sulfide, sulfide hydro |
Công thức phân tử | H2S |
Phân tử gam | 34,082 g/mol |
Biểu hiện | Khí không màu |
Số CAS | [7783-06-4] |
Thuộc tính | |
Tỷ trọng và pha | 1,363 g/L, khí |
Độ hòa tan trong nước | 2,5 g/L |
Nhiệt độ nóng chảy | -82,3 °C (190,85 K) |
Điểm sôi | -60,28 °C (212,87 K) |
pKa | 7 |
Khác | |
MSDS | MSDS ngoài |
Các nguy hiểm chính | Cực độc Dễ cháy |
NFPA 704 | |
Điểm bắt lửa | -82,4 °C |
Rủi ro/An toàn | R: 12, 26, 50 S: 1/2, 9, 16, 36, 38, 45, 61 |
Số RTECS | MX1225000 |
Dữ liệu hóa chất bổ sung | |
Cấu trúc & thuộc tính | n εr, v.v. |
Dữ liệu nhiệt động lực | Các trạng thái rắn, lỏng, khí |
Dữ liệu quang phổ | UV, IR, NMR, MS |
Các hợp chất liên quan | |
Các hợp chất tương tự | Nước Selenide Hydro Teluride Hydro |
Các hợp chất liên quan | natri sulfide natri hydrosulfide, Dimetyl sulfide |
Ngoại trừ có thông báo khác, các dữ liệu được lấy ở 25 °C, 100 kPa Thông tin về sự phủ nhận và tham chiếu |
Hydro sunfua là một hợp chất hóa học có công thức H
2S. Đây là một loại khí hydro halogen màu không và có mùi hôi đặc trưng của trứng thối. Nó rất độc, có tính ăn mòn và dễ cháy.
Hydro sunfua thường được sản xuất từ sự phân hủy vi sinh vật của chất hữu cơ trong điều kiện thiếu khí oxi, như trong bùn đầm lầy và hệ thống thoát nước; quá trình này thường được gọi là quá trình phân hủy khí yếu được thực hiện bởi vi sinh vật khử sunfat. H
2S cũng xuất hiện trong khí núi lửa, khí tự nhiên và trong một số nguồn nước giếng. Cơ thể con người sản sinh một lượng nhỏ H
2S và sử dụng nó như là một phân tử tín hiệu.
Nhà hóa học người Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele được cho là đã phát hiện thành phần hóa học của Hydro sunfua vào năm 1777.
Tính chất hóa học
Hidro sunfua dày đặc hơn không khí một chút; hỗn hợp H2S và không khí có thể gây nổ. Hidro sunfua cháy trong oxy với ngọn lửa màu xanh lam để tạo thành lưu huỳnh dioxide (SO2) và nước. Nói chung, hidro sunfua hoạt động như một chất khử, đặc biệt là với sự có mặt của base, tạo thành ion SH.
Ở nhiệt độ cao hoặc với sự có mặt của chất xúc tác, lưu huỳnh dioxide phản ứng với hidro sunfua để tạo thành lưu huỳnh nguyên tố và nước. Phản ứng này được sử dụng trong quy trình Claus, một phương pháp công nghiệp quan trọng để loại bỏ hidro sunfua.
Hidro sunfua tan ít trong nước và hoạt động như một acid yếu (pKa = 6,9 trong 0,01-0,1 mol/l dung dịch ở 18°C), tạo ra ion hydrosulfide (cũng viết SH). Hidro sunfua và các dung dịch của nó là không màu. Khi tiếp xúc với không khí, nó từ từ bị oxy hóa tạo thành lưu huỳnh nguyên tố, không tan trong nước. Các anion sulfide S không được hình thành trong dung dịch nước.
Hidro sunfua phản ứng với các ion kim loại để tạo thành sulfide kim loại, không hòa tan, thường là chất rắn màu đậm. Giấy acetate chì (II) được sử dụng để phát hiện hidro sunfua vì nó dễ dàng chuyển thành chì (II) sulfide, có màu đen. Xử lý sulfide kim loại bằng acid mạnh thường giải phóng hidro sunfua.
Ở áp suất trên 90 GPa (gigapascal), hidro sunfua trở thành chất dẫn điện như kim loại. Khi được làm mát dưới nhiệt độ tới hạn, pha áp suất cao này thể hiện tính siêu dẫn. Nhiệt độ tới hạn tăng theo áp suất, dao động từ 23 K ở 100 GPa đến 150 K ở mức 200 GPa. Nếu hidro sunfua được điều áp ở nhiệt độ cao hơn, sau đó được làm mát, nhiệt độ tới hạn là 203 K (−70 °C), nhiệt độ tới hạn siêu dẫn cao nhất được chấp nhận vào năm 2015. Bằng cách thay thế một phần nhỏ lưu huỳnh bằng phốt pho và sử dụng áp suất thậm chí cao hơn, người ta đã dự đoán rằng có thể tăng nhiệt độ tới hạn lên trên 0 °C (273 K) và đạt được tính siêu dẫn ở nhiệt độ phòng.
Tính axit yếu
Khí H2S tan trong nước tạo thành dung dịch axit hydrosulfide rất yếu (yếu hơn axit H2CO3) với H+ + HS- K1= 6.10-8 và HS- H+ + S 2- K2=10-14
Tác dụng với các dung dịch kiềm tạo hai muối, muối trung hoà và muối axit:
- H2S + 2NaOH -> Na2S + 2H2O
H2S + NaOH -> NaHS + H2O
Đặc biệt H2S tác dụng với các dung dịch muối cacbonat kim loại kiềm chỉ tạo ra muối hydro cacbonat.
- H2S + Na2CO3 → NaHCO3 + NaHS
Mạnh khử
Trong axit H2S và các muối của nó (S có số oxi hóa -2) là chất khử mạnh. H2S cháy trong không khí tạo ngọn lửa màu xanh nhạt.
- 2H2S + 3O2 → 2 H2O + 2SO2
Nếu không cung cấp đủ không khí, H2S bị oxy hóa thành S. Chlor có thể oxy hóa H2S thành H2SO4 (khi có nước).
- 4Cl2 + H2S + 4H2O → H2SO4 + 8 HCl
H2S tác dụng với các kim loại kiềm để tạo muối acid.
- 2H2S + 2K → 2KHS + H2
Đối với các kim loại khác, H2S tạo thành các muối sulfide. H2S khô không tác dụng với Cu, Ag, Hg, nhưng khi có hơi nước thì tác dụng nhanh, làm cho bề mặt các kim loại này bị xám đi.
- 4 Ag + 2H2S + O2 → 2Ag2S + 2H2O
Các sulfide
Muối sulfide của kim loại nhóm IA như Na2S, K2S tan trong nước và tác dụng với các acid HCl, H2SO4 sinh ra khí H2S. Muối sulfide của kim loại nặng như CuS, PbS.. không tan trong nước, không tác dụng với dung dịch acid HCl, H2SO4. Muối sulfide của một số kim loại còn lại như ZnS, FeS không tan trong nước nhưng tác dụng với dung dịch acid HCl, H2SO4 sinh ra khí H2S. Một số muối sulfide có màu đặc trưng như ZnS màu trắng (dùng làm màn huỳnh quang, ti vi.); CdS, As2S3 màu vàng; CuS, PbS, Ag2S, HgS màu đen. Dựa vào tính chất này để nhận biết muối sulfide.
Điều chế
Hydro sulfide thường được thu nhặt khi tách khỏi khí chua, đây là khí tự nhiên có hàm lượng H
2S cao. Nó cũng có thể được sản xuất bằng cách xử lý hydro bằng lưu huỳnh nguyên tố nóng chảy ở khoảng 450 °C. Các hydrocarbon có thể phục vụ như một nguồn cung cấp hydro trong quá trình này.
Vi khuẩn khử sunfat (giảm lưu huỳnh) tạo ra năng lượng có thể sử dụng trong điều kiện oxy thấp bằng cách sử dụng sunfat (lưu huỳnh nguyên tố) để oxy hóa các hợp chất hữu cơ hoặc hydro; điều này tạo ra hydro sulfide như một sản phẩm thải.
Một phương pháp chuẩn trong phòng thí nghiệm là xử lý sắt sulfide bằng axit mạnh trong bình Kipp:
FeS + 2 HCl → FeCl2 + H2S
Để sử dụng trong phân tích vô cơ định tính, thioacetamide được dùng để tạo ra H
2S:
CH3C(S)NH2 + H2O → CH3C(O)NH2 + H2S
Nhiều sulfide kim loại và phi kim như nhôm sulfide, phosphor pentasulfide, silic disulfide khi tiếp xúc với nước giải phóng hydro sulfide:
6 H2O + Al2S3 → 3 H2S + 2 Al(OH)3
Khí này cũng được sản xuất bằng cách nung lưu huỳnh với các hợp chất hữu cơ rắn và bằng cách giảm các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh bằng hydro.
Máy nước nóng có thể hỗ trợ chuyển đổi sulfat trong nước thành khí hydro sulfide. Điều này là do cung cấp một môi trường ấm áp bền vững cho vi khuẩn lưu huỳnh và duy trì phản ứng tương tác giữa sunfat trong nước và cực dương của máy nước nóng, thường được làm từ kim loại magiê.
Sự tổng hợp trong cơ thể
Hydro sulfide có thể được tạo ra trong các tế bào thông qua con đường enzym và không enzym. H
2S trong cơ thể hoạt động như một phân tử tín hiệu khí được biết là có tác dụng ức chế Phức hợp IV của chuỗi vận chuyển điện tử ti thể làm giảm hiệu quả hoạt động tạo ATP và sinh hóa trong tế bào. Ba enzyme được biết đến có tổng hợp H
2S: cystathionine-lyase (CSE), cystathionine-synthetase (CBS) và 3-mercaptopyruvate sulfurtransferase (3-MST). Những enzyme này đã được xác định trong một loạt các tế bào và mô sinh học, và hoạt động của chúng đã được quan sát thấy là do một số trạng thái bệnh gây ra. Ngày càng rõ ràng rằng H
2S là một trung gian quan trọng của một loạt các chức năng tế bào trong sức khỏe và bệnh tật. CBS và CSE là những người đề xuất chính của H
2S, theo con đường trans-sulfuration. Những enzyme này được đặc trưng bởi sự chuyển một nguyên tử lưu huỳnh từ methionine sang serine để tạo thành một phân tử cystein. 3-MST cũng góp phần vào việc sản xuất hydro sulfide bằng con đường dị hóa cystein. Các amino acid trong chế độ ăn uống, chẳng hạn như methionine và cysteine đóng vai trò là chất nền chính cho quá trình chuyển hóa và trong sản xuất hydro sulfide. Hydrogen sulfide cũng có thể được tổng hợp bằng con đường không enzym, có nguồn gốc từ các protein như ferredoxin và protein Rieske.
Công dụng
Sản xuất lưu huỳnh, hợp chất vô cơ và sulfide kim loại kiềm
Công dụng chính của hydro sulfide là tiền chất của lưu huỳnh nguyên tố. Một số hợp chất lưu huỳnh hữu cơ được sản xuất bằng hydro sulfide. Chúng bao gồm methanethiol, ethanethiol và acid thioglycolic.
Khi kết hợp với các base kim loại kiềm, hydro sulfide chuyển đổi thành hydrosulfide kiềm như natri hydrosulfide và natri sulfide:
- H2S + NaOH → NaHS + H2O
NaHS + NaOH → Na2S + H2O
Những hợp chất này thường được dùng trong ngành sản xuất giấy. Đặc biệt, muối SH phá vỡ liên kết giữa lignin và cellulose trong quá trình sản xuất giấy Kraft.
Natri sulfide có thể bị đổi khi tiếp xúc với axit và chuyển thành hydrosulfide và hydro sulfide; nó cung cấp hydrosulfide trong các dung dịch hữu cơ và được sử dụng trong sản xuất thiophenol.
Phân tích hóa học
Trong hơn một thế kỷ, hydro sulfide rất quan trọng trong phân tích hóa học để phân tích định lượng các ion kim loại trong hóa học vô cơ. Các ion kim loại nặng (và phi kim) như Pb (II), Cu (II), Hg (II), As (III) được kết tủa từ dung dịch khi tiếp xúc với H2S. Các thành phần của kết tủa sau đó phản ứng với một số chất để xác định chúng một cách chọn lọc.
Tiền sản xuất của sulfide kim loại
Như đã đề cập ở trên, nhiều ion kim loại phản ứng với hydro sulfide để tạo thành sulfide kim loại tương ứng. Quá trình này được áp dụng rộng rãi. Ví dụ, khí hoặc nước bị ô nhiễm bởi hydro sulfide có thể được làm sạch bằng kim loại, tạo thành sulfide kim loại. Trong quá trình tinh chế quặng kim loại bằng phương pháp tuyển nổi, bột khoáng thường được xử lý với hydro sulfide để tăng cường hiệu quả phân tách. Các bộ phận kim loại đôi khi bị tái hoạt hóa bằng hydro sulfide. Các chất xúc tác sử dụng trong hydrodesulfurization thường được kích hoạt bởi hydro sulfide, và hoạt động của các chất xúc tác kim loại trong các phần khác của nhà máy lọc dầu cũng được điều chỉnh bằng hydro sulfide.