Sulfide

Sulfide (hay còn gọi là sulfanedide hoặc sulfide(2−)) là anion vô cơ của lưu huỳnh với công thức hóa học là S hoặc một hợp chất chứa một hoặc nhiều ion S. Sulfide không có màu, góp phần vào việc làm cho muối sulfide không có màu. Đây là một base mạnh, và ngay cả dung dịch pha loãng của muối như natri sulfide (Na₂S) cũng có tính ăn mòn và có thể gây tổn thương da. Sulfide là anion lưu huỳnh đơn giản nhất.

Danh pháp

Tính chất hóa học

Đã được xác nhận rằng ion sulfide, Skhông tồn tại ngay cả trong dung dịch kiềm-nước đậm đặc của Na₂S. Do đó, phản ứng phân ly

SH (nước) → S + H

Không có phản ứng xảy ra trong dung dịch nước ở bất kỳ nồng độ sulfide nào. Các ion sulfide, S không thể được phát hiện ngay cả ở nồng độ cao tới 5 M NaOH. Tuy nhiên, ion sulfide có thể được sinh ra khi một chất rắn hình thành. Ví dụ, cadmi sulfide kết tủa trong nhóm 2 của phân tích định tính.

H₂S (g) + Cd (aq) + 2OH → CdS↓ (s) + 2H₂O

Phản ứng hóa học

Khi phản ứng với acid tiêu chuẩn, sulfide chuyển hóa thành hydro sulfide (H₂S) và một muối kim loại. Quá trình oxy hóa sulfide dẫn đến hình thành lưu huỳnh hoặc sulfat. Sulfide kim loại phản ứng với các phi kim như iod, brom, và clo để tạo thành lưu huỳnh và muối kim loại.

8 MgS + 8 I₂ → S₈ + 8 MgI₂

Lưu huỳnh có thể được sản xuất từ sulfide kết hợp với một chất oxy hóa phù hợp.

Dẫn xuất kim loại

Dung dịch nước chứa các cation kim loại chuyển tiếp phản ứng với các nguồn sulfide (H₂S, NaHS, Na₂S) tạo ra các kết tủa sulfide rắn. Các sulfide vô cơ này thường ít tan trong nước và nhiều trong số chúng liên quan đến các khoáng chất có thành phần tương tự (xem dưới đây). Ví dụ điển hình bao gồm CdS màu vàng sáng hay còn gọi là 'cadmi vàng', và Ag₂S với màu đen xỉn trên bạc. Những hợp chất này đôi khi được gọi là muối. Thực tế, liên kết trong sulfide kim loại chuyển tiếp thường có tính cộng hóa trị cao, điều này làm tăng tính chất bán dẫn của chúng, dẫn đến các màu sắc đậm. Một số có ứng dụng thực tiễn như sắc tố, trong các tế bào năng lượng mặt trời, và làm chất xúc tác. Nấm Aspergillus niger giúp hòa tan các sulfide kim loại nặng.

Địa chất

Nhiều quặng kim loại quan trọng đều là sulfide. Một số ví dụ phổ biến bao gồm argentite (sulfide bạc), chu sa (sulfide thủy ngân), galen (sulfide chì), molypdenit (sulfide molypden), pentlandit (sulfide niken), realgar (sulfide asen), stibnite (sulfide antimon), sphalerit (sulfide kẽm), pyrit (sắt(II) disulfide), và chalcopyrit (sulfide sắt-đồng).

Ăn mòn gây ra bởi sulfide

Sulfide tự do hòa tan (H₂S, HS và S) là các tác nhân ăn mòn mạnh đối với nhiều kim loại như thép, thép không gỉ và đồng. Sulfide có trong dung dịch nước có thể gây ra ăn mòn dưới ứng suất (SCC) của thép. Đây là một vấn đề lớn trong các ngành công nghiệp chế biến sulfide, bao gồm các nhà máy mỏ sulfide, giếng dầu sâu, đường ống vận chuyển dầu, và nhà máy giấy Kraft.

Ăn mòn vi sinh vật (MIC) hoặc ăn mòn sulfide sinh học cũng được gây ra bởi vi khuẩn khử sulfat. Những vi khuẩn này tạo ra sulfide thoát ra trong không khí và bị oxy hóa thành acid sulfuric bởi vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh. Acid sulfuric sinh học phản ứng với các vật liệu trong hệ thống thoát nước, thường dẫn đến tổn thất lớn, nứt vỡ các ống thoát nước và cuối cùng phá hủy cấu trúc. Suy thoái này là một vấn đề nghiêm trọng toàn cầu và dẫn đến chi phí phục hồi cao.

Quá trình oxy hóa sulfide cũng có thể tạo ra thiosulfat - một chất trung gian gây ra các vấn đề nghiêm trọng như rỗ ăn mòn trên thép và thép không gỉ, trong khi môi trường cũng bị acid hóa do việc tạo ra acid sulfuric khi quá trình oxy hóa được tăng cường.

Hóa học hữu cơ

Trong hóa học hữu cơ, 'sulfide' thường chỉ đến liên kết C–S–C, mặc dù thuật ngữ thioete ít gây nhầm lẫn hơn. Ví dụ, thioete dimetyl sulfide có công thức CH₃–S–CH₃. Polyphenylene sulfide (xem bên dưới) có công thức đơn giản nhất là C₆H₄S. Đôi khi, thuật ngữ sulfide cũng có thể chỉ nhóm chức –SH. Ví dụ, metyl sulfide có thể chỉ CH₃–SH. Các hợp chất chứa nhóm –SH thường được gọi là thiol hoặc mercaptan, ví dụ, metanthiol hay metyl mercaptan.

Disulfide

Có sự nhầm lẫn do nhiều nghĩa khác nhau của thuật ngữ 'disulfide'. Molypden disulfide (MoS₂) chứa các gốc sulfide khác nhau kết hợp với molypden ở trạng thái oxy hóa chính thức +4 (tức là, Mo và hai S). Ngược lại, sắt disulfide (pyrit, FeS₂) chứa S₂, hay dianion S–S, kết hợp với sắt hóa trị II ở trạng thái oxy hóa chính thức +2 (ion sắt: Fe). Dimetyldisulfide có cấu trúc CH₃–S–S–CH₃, trong khi cacbon disulfide không có liên kết S–S mà có cấu trúc S=C=S (giống như CO₂). Trong hóa học lưu huỳnh và sinh hóa học, thuật ngữ disulfide thường được so sánh với liên kết peroxide –O–O–. Liên kết disulfide (–S–S–) rất quan trọng trong cấu trúc protein và hoạt động của các enzyme.

Ví dụ

Điều chế

Các hợp chất sulfide có thể được tổng hợp qua nhiều phương pháp khác nhau:

1. Kết hợp trực tiếp các nguyên tố:

   Ví dụ: Fe_(r) + S_(r) → FeS_(r)

2. Khử sulfat:

   Ví dụ: MgSO_4(r) + 4C_(r) → MgS_(r) + 4CO_(k)

3. Tạo kết tủa sulfide không hòa tan:

   Ví dụ: M + H₂S_(k) → MS_(r) + 2H_(l)

An toàn

Nhiều sulfide kim loại không tan trong nước nên chúng thường ít độc hại hơn. Tuy nhiên, một số sulfide kim loại có thể giải phóng hydro sulfide độc hại khi tiếp xúc với acid khoáng mạnh, chẳng hạn như acid dạ dày.

Sulfide hữu cơ rất dễ cháy. Khi bị đốt, chúng sinh ra khí lưu huỳnh dioxide (SO₂).

Hydro sulfide, một số muối của nó, và hầu hết các sulfide hữu cơ đều có mùi hôi thối nặng; chúng thường được giải phóng từ sự phân hủy sinh học.

Tài liệu tham khảo