Υδροθειικό οξύ:Τύπος και ιδιότητες

Το υδροθειικό οξύ, γνωστό και ως υδρόθειο ή διυδροθείο, είναι ένα άχρωμο αέριο που έχει τη μυρωδιά σάπιων αυγών. Το υδρόθειο είναι γνωστό ότι είναι τοξικό, εύφλεκτο και διαβρωτικό. Ο χημικός τύπος για το υδρόθειο είναι H2S.

Γενικά στοιχεία για το υδρόθειο

Χημικός τύπος:H2S

Εμφάνιση:Το υδρόθειο είναι ένα εντελώς άχρωμο αέριο.

Σημείο βρασμού:-60 Βαθμοί Κελσίου

Σημείο Τήξεως:-82 Βαθμοί Κελσίου

Οξύτητα:7,0

Πυκνότητα:1,363 g dm-3

Διακριτικό χαρακτηριστικό:Μυρίζει σαν σάπια αυγά.

Ιδιότητες του υδρόθειου

Το υδρόθειο αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο θείου. Το υδρόθειο είναι πιο πυκνό από τον κανονικό αέρα και όταν καίγεται με οξυγόνο παράγει μια μπλε φλόγα. Η καύση του υδρόθειου παράγει νερό και διοξείδιο του θείου. Το υδρόθειο δρα ως αναγωγικός παράγοντας, μια ένωση ή στοιχείο που ρίχνει ένα ηλεκτρόνιο σε μια διαφορετική χημική ουσία κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης οξειδοαναγωγής.

Όταν συνδυάζονται με καταλύτες ή σε υψηλές θερμοκρασίες, το υδρόθειο και το διοξείδιο του θείου θα αντιδράσουν μεταξύ τους για να σχηματίσουν νερό και θείο. Αυτή η αντίδραση χρησιμοποιείται για τη διάθεση του υδρόθειου σε βιομηχανικές εργασίες.

Το υδρόθειο λειτουργεί ως ασθενές οξύ και είναι υδατοδιαλυτό, αν και όχι πολύ υδατοδιαλυτό. Όταν συνδυάζεται με τον αέρα, το διάλυμα θα οξειδωθεί και θα δημιουργήσει θείο, το οποίο δεν είναι υδατοδιαλυτό. Αν και το υδρόθειο έχει δομή παρόμοια με το νερό, το θείο δεν έχει πουθενά το επίπεδο ηλεκτραρνητικότητας που έχει το οξυγόνο, που σημαίνει ότι το υδρόθειο είναι πολύ λιγότερο πολικό από το νερό. Λόγω της λιγότερο πολικής φύσης του υδρόθειου, τα σημεία τήξης και βρασμού για το υδρόθειο είναι σημαντικά χαμηλότερα από το σημείο βρασμού του νερού. Το υδρόθειο βράζει στους -60,7°C ενώ το νερό στους 100°C.

Το καθαρό υδρόθειο είναι άχρωμο όπως και τα διαλύματα που το περιέχουν. Το υδρόθειο σχηματίζει θειούχα μετάλλων όταν αντιδρά με μεταλλικά ιόντα. Αυτά τα θειούχα μετάλλων έχουν συνήθως σκούρο χρώμα και είναι αδιάλυτα στο νερό. Εάν τα θειούχα μετάλλων υποβληθούν σε επεξεργασία με ισχυρό οξύ, απελευθερώνουν υδρόθειο.

Όταν πιέζονται πάνω από 90 gigapascal, τα μόρια του υδρόθειου είναι ικανά να μεταφέρουν ηλεκτρισμό. Το υδρόθειο υψηλής πίεσης παρουσιάζει υπεραγωγιμότητα όταν ψύχεται κάτω από μια κρίσιμη θερμοκρασία. Καθώς η πίεση αυξάνεται, η κρίσιμη θερμοκρασία αυξάνεται επίσης. Η κρίσιμη θερμοκρασία για το υδρόθειο είναι κάπου μεταξύ 23 K στα 100 gigapascals και 150 K στα 200 gigapascals.

Η οσμή του υδρόθειου είναι τόσο ισχυρή που μπορεί να ανιχνευθεί σε επίπεδα περίπου 2 ppb. Ως αναφορά, μια συγκέντρωση 20 ppb θα ήταν 1 mL αερίου ομοιόμορφα κατανεμημένο σε μια αίθουσα διαλέξεων κολεγίου 100 θέσεων.

Η Παραγωγή Υδρόθειου

Το υδρόθειο παράγεται συνήθως με το διαχωρισμό των μορίων από το ξινό αέριο και το ξινό αέριο είναι απλώς φυσικό αέριο που έχει υψηλές συγκεντρώσεις υδρόθειου μέσα του. Ωστόσο, το θειούχο άζωτο μπορεί επίσης να δημιουργηθεί με συνδυασμό τετηγμένου θείου με υδρογόνο σε θερμοκρασία περίπου 450°C. Κατά τη διάρκεια αυτής της λειτουργίας, μπορεί να ληφθεί υδρογόνο από υδρογονάνθρακες.

Τα βακτήρια που μειώνουν τα θειικά παράγουν επίσης υδροθειικό ως απόβλητο προϊόν. Αυτά τα βακτήρια δημιουργούν ενέργεια σε περιβάλλοντα χαμηλού οξυγόνου χρησιμοποιώντας διάφορα θειικά άλατα για την οξείδωση του υδρογόνου ή διαφόρων οργανικών ενώσεων. Μια άλλη μέθοδος παραγωγής υδρόθειου είναι η απελευθέρωσή του από μη μέταλλα και θειούχα μετάλλων όπως ο θειούχος φωσφόρος και το θειούχο αργίλιο, η οποία μπορεί να γίνει με την έκθεση των θειούχων στο νερό. Το αέριο υδρόθειο μπορεί να ληφθεί πιο εύκολα από το θειώδες άλας εάν χρησιμοποιούνται θερμοσίφωνες, χάρη στο γεγονός ότι δημιουργείται ένα βιώσιμο ζεστό περιβάλλον για τα βακτήρια του θείου που θα παράγουν το υδρόθειο.

Το φυσικό αέριο μπορεί να αποτελείται από έως και 90% υδρόθειο, γεγονός που καθιστά τη συλλογή φυσικού αερίου μία από τις κύριες μεθόδους λήψης υδρόθειου. Το υδρόθειο μπορεί επίσης να βρεθεί σε μικρότερες ποσότητες στο αργό πετρέλαιο. Ορισμένες φυσικές θερμές πηγές και ηφαίστεια εκπέμπουν επίσης μεγάλες ποσότητες υδρόθειου, πιθανότατα το προϊόν της υδρόλυσης. Τα βακτήρια που μειώνουν τα θειικά μπορούν επίσης να δημιουργήσουν υδρόθειο στο νερό των πηγαδιών. Τα διυλιστήρια πετρελαίου είναι η μεγαλύτερη βιομηχανική πηγή υδρόθειου.

Το υδρόθειο είναι ικανό να παράγεται από τα κύτταρα του σώματος, είτε μέσω μη ενζυματικών είτε μέσω ενζυματικών οδών. Αν και το μεγαλύτερο μέρος του υδρόθειου που παράγεται μέσα στο σώμα γίνεται σε ενζυμικές οδούς, οι μη ενζυματικές οδοί χρησιμοποιούν πρωτεΐνες όπως οι πρωτεΐνες Rieseke και οι φερρεδοξίνες για να δημιουργήσουν υδρόθειο. Το ανθρώπινο σώμα δημιουργεί υδρόθειο σε μικρές δόσεις διασπώντας πρωτεΐνες με θείο σε αυτές.

Χρήσεις για υδρόθειο

Το υδρόθειο χρησιμοποιείται κυρίως ως καταλύτης για τη λήψη στοιχειακού θείου. Το υδρόθειο χρησιμοποιείται στην παραγωγή μιας χούφτας διαφορετικών οργανοθείων ενώσεων, συμπεριλαμβανομένης της αιθανοθειόλης και της μεθανοθειόλης. Όταν το υδρόθειο συνδυάζεται με βάσεις αλκαλιμετάλλων, μετατρέπεται σε αλκαλικά υδροσουλφίδια όπως το υδροσουλφίδιο του νατρίου και το θειούχο νάτριο. Μία από τις κύριες χρήσεις του θειούχου νατρίου και άλλων υδροσουλφιδίων αλκαλίων είναι η διαδικασία σήμανσης σε χαρτί.

Πολλά θειούχα μετάλλων δημιουργούνται μέσω του συνδυασμού μεταλλικών ιόντων και υδρόθειου. Οι χρήσεις αυτής της μετατροπής θειούχου μετάλλου περιλαμβάνουν τον καθαρισμό μολυσμένου νερού ή αερίου. Το υδρόθειο χρησιμοποιείται συχνά για την επεξεργασία ορυκτών σκονών και για την ενθάρρυνση του διαχωρισμού μεταλλευμάτων κατά τη διαδικασία της επίπλευσης.

Το αέριο υδρόθειο είναι ικανό να αποτρέψει τη μιτοχονδριακή βλάβη όταν εφαρμόζεται σε κύτταρα σε μικρές ποσότητες. Το υδρόθειο χρησιμοποιείται επίσης συχνά για τον διαχωρισμό του βαρέος νερού ή του οξειδίου του δευτερίου από το κανονικό νερό.

Κίνδυνοι από υδρόθειο

Το υδρόθειο είναι εύφλεκτο, μερικές φορές εκρηκτικό, διαβρωτικό και τοξικό.

Το υδρόθειο μπορεί να βλάψει πολλά διαφορετικά συστήματα και όργανα στο σώμα, καθώς είναι ένα δηλητήριο ευρέος φάσματος. Ωστόσο, το υδρόθειο τείνει να επηρεάζει το νευρικό σύστημα πιο σοβαρά. Η δηλητηρίαση από υδρόθειο είναι συγκρίσιμη με τη δηλητηρίαση από μονοξείδιο του άνθρακα από άποψη βλάβης και παρεμποδίζει ομοίως την κυτταρική αναπνοή.

Επειδή το σώμα παράγει φυσικά υδρόθειο, το σώμα έχει επίσης αρκετά ένζυμα που το αποτοξινώνουν, που υπάρχουν μέσα στο έντερο. Το υδρόθειο θεωρείται ότι αρχίζει να προκαλεί σημαντική ζημιά στο σώμα γύρω στα 50 ppm και τα 20 ppm είναι η αποδεκτή συγκέντρωση οροφής σύμφωνα με την Ένωση Κινδύνων για την Ασφάλεια στην Εργασία. Επειδή το υδρόθειο είναι βαρύτερο από τον αέρα, συσσωρεύεται συχνά σε περιοχές με ανεπαρκή αερισμό, συγκεντρώνοντας κατά μήκος του δαπέδου σε θανατηφόρες συγκεντρώσεις.

Οι χαμηλές συγκεντρώσεις υδρόθειου μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα όπως δύσπνοια, πνευμονικό οίδημα, βήχα, πονόλαιμο και ερεθισμό των ματιών. Αυτά τα συμπτώματα συνήθως υποχωρούν μέσα σε λίγες ημέρες έως εβδομάδες. Ωστόσο, ακόμη και χαμηλότερα επίπεδα έκθεσης σε υδρόθειο μακροπρόθεσμα μπορεί να οδηγήσουν σε πονοκεφάλους, κακή μνήμη, ζάλη και κόπωση. Σοβαρό πνευμονικό οίδημα, απώλεια αναπνοής και πιθανότητα θανάτου μπορεί να εμφανιστεί σε συγκεντρώσεις άνω των 300 ppm.

Περιβαλλοντικές επιπτώσεις του υδρόθειου

Το υδρόθειο είναι ένα από τα κύρια συστατικά συστατικά στον κύκλο του θείου, το οποίο αναφέρεται στις αβιοτικές και βιοτικές οδούς που κυκλώνουν το θείο μέσω της γης.

Υπάρχουν τέσσερις φάσεις του κύκλου του θείου. Η πρώτη φάση περιλαμβάνει τη δημιουργία ανόργανων μορφών θείου, όπως το υδρόθειο, από οργανικό θείο. Η δεύτερη φάση περιλαμβάνει την οξείδωση αυτών των ανόργανων μορφών θείου, με το σουλφίδιο, το στοιχειακό θείο και το θειικό άλας να οξειδώνονται από μωβ και πράσινα βακτήρια θείου. Μετά από αυτό, υπάρχει μια αναγωγή του θειικού άλατος σε σουλφίδιο, ειδικότερα η ανόμοια αναγωγή του θείου. Τέλος, το σουλφίδιο ενσωματώνεται σε μια ποικιλία διαφορετικών οργανικών ενώσεων που περιλαμβάνουν θειούχα παράγωγα που περιέχουν μέταλλο.

Όταν η οργανική ύλη διασπάται σε συνθήκες χαμηλού οξυγόνου, τα βακτήρια που μειώνουν το θείο ή τα θειικά θα χρησιμοποιήσουν τα θειικά άλατα που υπάρχουν στο περιβάλλον για να οξειδώσουν και να αποικοδομήσουν αυτό το οργανικό υλικό. Αυτή η διαδικασία παράγει υδρόθειο ως υποπροϊόν. Αυτό το υδρόθειο συνεχίζει να σχηματίζει θειούχα μετάλλων συνδυάζοντας με μεταλλικά ιόντα.

Εν τω μεταξύ, άλλες μορφές βακτηρίων αφαιρούν το υδρόθειο από τα αμινοξέα που περιέχουν θείο. Πράσινα βακτήρια θείου και μοβ βακτήρια θείου παράγουν στοιχειακό θείο χρησιμοποιώντας υδρόθειο ως δότη ηλεκτρονίων κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης.

Ενώ τα περισσότερα ζώα καταστρέφονται από την έκθεση στο υδρόθειο, μερικά είδη ακραίων φιλικών είναι ικανά να ζουν και να ευδοκιμούν σε περιβάλλοντα πλούσια σε σουλφίδια. Για παράδειγμα, μια σειρά από βακτήρια και ψάρια ζουν γύρω από υδροθερμικές οπές που αποβάλλουν το υδρόθειο. Ομοίως, υπάρχουν πηγές γλυκού νερού που έχουν υψηλά επίπεδα υδρόθειου και αυτές οι πηγές φιλοξενούν μια χούφτα είδη ψαριών και ασπόνδυλα.