- Struktura
- Nomenklatura
- Właściwości fizyczne
- Stan fizyczny
- Waga molekularna
- Temperatura topnienia
- Temperatura wrzenia
- Gęstość
- Rozpuszczalność
- Właściwości chemiczne
- W roztworze wodnym
- Reakcja z tlenem
- Reakcja z metalami
- Reakcja z dwutlenkiem siarki
- Rozkład z temperaturą
- Lokalizacja w przyrodzie
- Synteza w organizmie ssaków
- Pozyskiwanie w laboratorium lub przemysłowo
- Zastosowanie przemysłowe H.
- Przydatność lub znaczenie H.
- Układu sercowo-naczyniowego
- Układ pokarmowy
- Ośrodkowy układ nerwowy
- Narząd wzroku
- Przeciw starzeniu się
- Potencjał leczniczy H.
- Ryzyka
- Bibliografia
Siarkowodór gaz lub siarkowodór jest utworzony przez połączenie atom siarki (S), a dwa atomy wodoru (H). Jego wzór chemiczny to H 2 S. Jest również znany jako gaz siarkowodoru. Jest to bezbarwny gaz, którego zapach wyczuwalny jest w zgniłych jajach.
Występuje w wulkanach i gorących źródłach siarkowych, w gazie ziemnym i ropie naftowej. Powstaje również podczas beztlenowego rozkładu (bez tlenu) materii organicznej roślin i zwierząt. Występuje naturalnie w organizmie ssaków, poprzez działanie niektórych enzymów na cysteinę, aminokwas nieistotny.
Wzór chemiczny siarkowodoru lub siarkowodoru. SARANPHONG YIMKLAN. Źródło: Wikimedia Commons.
Wodny H 2 S rozwiązania powodują korozję metali, takich jak stal. H 2 S jest związkiem redukującym, który podczas reakcji z SO 2 utlenia się do siarki elementarnej, jednocześnie redukując SO 2 do siarki.
Pomimo tego, że jest związkiem silnie toksycznym i śmiertelnym dla ludzi i zwierząt, jego znaczenie w szeregu ważnych procesów zachodzących w organizmie było badane od kilku lat.
Reguluje szereg mechanizmów związanych z wytwarzaniem nowych naczyń krwionośnych i pracą serca.
Chroni neurony i uważa się, że działa przeciwko chorobom, takim jak choroba Parkinsona i Alzheimera.
Ze względu na swoje zdolności do redukcji chemicznej może zwalczać utleniacze, działając w ten sposób przeciw starzeniu się komórek. Z tych powodów badana jest możliwość wytwarzania leków, które po podaniu pacjentom mogą być powoli uwalniane do organizmu.
Służyłoby to leczeniu patologii, takich jak niedokrwienie, cukrzyca i choroby neurodegeneracyjne. Jednak jego mechanizm działania i bezpieczeństwo nie zostały jeszcze dokładnie zbadane.
Struktura
H 2 S cząsteczka jest analogiczne do tego z wodą, to znaczy są one podobne w kształcie, ponieważ atomy wodoru znajdują się pod kątem w stosunku do atomu siarki.
Struktura kątowa cząsteczki siarkowodoru, H 2 S. Bangin. Źródło: Wikimedia Commons.
Siarka w H 2 S ma następującą konfigurację elektroniczną:
1s 2 , 2s 2 2p 6 , 3s 2 3p 6 ,
Cóż, pożycza jeden elektron z każdego wodoru, aby uzupełnić swoją powłokę walencyjną.
Struktura 3D siarkowodoru. Żółty: siarka. Biały: wodór. Benjah-bmm27. Źródło: Wikimedia Commons.
Nomenklatura
- Siarkowodór
- Siarkowodór
- Wodorek siarki.
Właściwości fizyczne
Stan fizyczny
Bezbarwny gaz o bardzo nieprzyjemnym zapachu.
Waga molekularna
34,08 g / mol.
Temperatura topnienia
-85,60 ° C
Temperatura wrzenia
-60,75 ° C
Gęstość
1,1906 g / l.
Rozpuszczalność
Umiarkowanie rozpuszczalny w wodzie: 2,77 objętości w 1 wody o temperaturze 20ºC. Można go całkowicie usunąć z roztworu wodnego przez gotowanie.
Właściwości chemiczne
W roztworze wodnym
Kiedy siarkowodór znajduje się w roztworze wodnym, nazywa się go siarkowodorem. To słaby kwas. Posiada dwa jonizowalne protony:
H 2 S + H 2 O ⇔ H 3 O + + HS - , K a1 = 8,9 x 10-8
HS - + H 2 O ⇔ H 3 O + + S 2 - , K a2 ∼ 10-14
Pierwszy proton jonizuje nieznacznie, co można wywnioskować z jego pierwszej stałej jonizacji. Drugi proton jonizuje bardzo mało, ale roztwory H 2 S zawierają trochę anionu siarczkowego S 2 - .
Jeśli H 2 S roztwór jest wystawiona na działanie powietrza, O 2 utlenia anionowe siarczek i siarki osadów:
2 S 2 - + 4 H + + O 2 → 2 H 2 O + 2 S 0 ↓ (1)
W obecności chloru Cl 2 , bromu Br 2 i jodu I 2 powstaje odpowiedni halogenowodór i siarka:
H 2 S + Br 2 → 2 HBr + S 0 ↓ (2)
Wodne roztwory H 2 S są korozyjne, powodując siarczkowe pękanie naprężeniowe w stalach o wysokiej twardości. Produkty korozji to siarczek żelaza i wodór.
Reakcja z tlenem
H 2 S reaguje z tlenem zawartym w powietrzu i mogą wystąpić następujące reakcje:
2 H 2 S + 3 O 2 → 2 H 2 O + 2 SO 2 (3)
2 H 2 S + O 2 → 2 H 2 O + 2 S 0 ↓ (4)
Reakcja z metalami
Reaguje z różnymi metalami, które wypierają wodór i tworzą siarczek metalu:
H 2 S + Pb → PbS + H 2 ↑ (5)
Reakcja z dwutlenkiem siarki
W gazach wulkanicznych występują H 2 S i SO 2 , które reagują ze sobą i powstaje stała siarka:
H 2 S + SO 2 → 2 H 2 O + 3 S 0 ↓ (6)
Rozkład z temperaturą
Siarkowodór nie jest bardzo stabilny, łatwo rozkłada się po podgrzaniu:
H 2 S → H 2 ↑ + S 0 ↓ (7)
Lokalizacja w przyrodzie
Gaz ten występuje naturalnie w siarkowych lub siarkowych gorących źródłach, gazach wulkanicznych, ropie naftowej i gazie ziemnym.
Źródło wody siarkowej. Николай Максимович. Źródło: Wikimedia Commons.
Kiedy olej (lub gaz) zawiera znaczne ilości H 2 S, mówi się, że jest „kwaśny”, w przeciwieństwie do „słodkiego”, kiedy go nie zawiera.
Małe ilości H 2 S w oleju lub gazie są ekonomicznie szkodliwe, ponieważ należy zainstalować oczyszczalnię, aby go usunąć, zarówno w celu zapobiegania korozji, jak i zapewnienia bezpieczeństwa gazów odlotowych do użytku domowego jako paliwa.
Powstaje, gdy materia organiczna zawierająca siarkę rozkłada się w warunkach beztlenowych (brak powietrza), np. Odpady ludzkie, zwierzęce i roślinne.
Emisje H 2 S (kolor morski) u wybrzeży Namibii, sfotografowane przez NASA. Emisje te pochodzą z odpadów organicznych. Obserwatorium Ziemi NASA. Źródło: Wikimedia Commons.
Bakterie obecne w jamie ustnej i przewodzie pokarmowym wytwarzają ją z degradowalnych materiałów, które zawierają białka roślinne lub zwierzęce.
Jego charakterystyczny zapach uwidacznia jego obecność w zgniłych jajach.
H 2 S jest również wytwarzany w niektórych rodzajach działalności przemysłowej, takich jak rafinerie ropy naftowej, piece koksownicze, papiernie, garbarnie i przetwórstwo spożywcze.
Synteza w organizmie ssaków
Endogenny H 2 S może być wytworzony w tkankach ssaków, w tym ludzi, na dwa sposoby, jeden enzymatyczne i jeden nie-enzymatycznych.
Szlak nieenzymatyczny polega na redukcji siarki elementarnej S 0 do H 2 S poprzez utlenianie glukozy:
2 C 6 H 12 O 6 (glukoza) + 6 S 0 (siarka) + 3 H 2 O → 3 C 3 H 6 O 3 + 6 H 2 S + 3 CO 2 (8)
Ścieżka enzymatyczna składa się z wytwarzania H 2 S z L-cysteiną, która jest aminokwasem zsyntetyzowane przez organizm. Proces ten zapewniają różne enzymy, m.in.syntaza-β-cystationiny i γ-liaza cystationiny.
Siarkowodór wykryto w mózgach krów. Autor: ArtTower. Źródło: Pixabay.
Pozyskiwanie w laboratorium lub przemysłowo
Wodór (H 2 ) i siarka (S) nie reagują w normalnych temperaturach otoczenia, ale powyżej tych temperatur zaczynają się łączyć, przy czym temperatura optymalna wynosi 310 ºC.
Proces jest jednak zbyt wolny, więc do jego uzyskania stosuje się inne metody, w tym poniższe.
Siarczki metali (takie jak siarczek żelazawy) poddaje się reakcji z kwasami (takimi jak kwas solny) w rozcieńczonym roztworze.
FeS + 2 HCl → FeCl 2 + H 2 S ↑ (9)
W ten sposób uzyskuje się gaz H 2 S, który ze względu na swoją toksyczność należy bezpiecznie zebrać.
Zastosowanie przemysłowe H.
Przechowywanie i transport w dużych ilościach H 2 S, który jest oddzielany od gazu ziemnego przez przemywanie aminami, jest utrudniony, dlatego do jego przekształcenia w siarkę stosuje się proces Clausa.
W rafineriach ropy naftowej H 2 S jest oddzielany od gazu ziemnego przez przemywanie aminami, a następnie przekształcany w siarkę. Autor: SatyaPrem. Źródło: Pixabay.
W tym procesie zachodzą dwie reakcje. W pierwszym, H 2 S reaguje z tlenem, dając SO 2 , jak wspomniano powyżej (patrz reakcja 3).
Po drugie, tlenek żelaza, gdzie reakcja katalizowana SO 2 jest zmniejszona i H 2 S utlenia się, oba produkcji siarki S (patrz reakcja 6).
W ten sposób uzyskuje się siarkę, którą można łatwo przechowywać i transportować, a także przeznaczać do wielu zastosowań.
Przydatność lub znaczenie H.
Endogenny H 2 S, który występuje naturalnie w ciele w ramach normalnego metabolizmu u ludzi, ssaków i innych istot żywych.
Pomimo długoletniej reputacji toksycznych i trujących gazów związanych z rozkładu substancji organicznej, kilka wcześniejszych badaniach z 2000 roku do chwili obecnej nie ustalono, że endogenna H 2 S jest ważnym regulatorem pewne mechanizmy. i procesy zachodzące w żywej istocie.
H 2 S ma wysoką lipofilność lub powinowactwo do tłuszczów, dlatego łatwo przenika przez błony komórkowe, penetrując wszystkie typy komórek.
Układu sercowo-naczyniowego
U ssaków siarkowodór promuje lub reguluje szereg sygnałów, które regulują metabolizm, czynność serca i przeżycie komórek.
Ma silny wpływ na serce, naczynia krwionośne i elementy krążące we krwi. Moduluje metabolizm komórkowy i funkcje mitochondriów.
Chroni nerki przed uszkodzeniami spowodowanymi niedokrwieniem.
Układ pokarmowy
Odgrywa ważną rolę jako czynnik ochronny przed uszkodzeniem błony śluzowej żołądka. Uważa się, że może być ważnym mediatorem motoryki przewodu pokarmowego.
Prawdopodobnie bierze udział w kontrolowaniu wydzielania insuliny.
Ośrodkowy układ nerwowy
Działa również w ważnych funkcjach ośrodkowego układu nerwowego i chroni neurony przed stresem oksydacyjnym.
Neurony są chronione przez endogenny H 2 S. Autor: Gerd Altmann. Źródło: Pixabay.
Szacuje się, że może chronić przed chorobami neurodegeneracyjnymi, takimi jak choroba Parkinsona, Alzheimera i Hungtintona.
Narząd wzroku
Chroni komórki fotoreceptorowe siatkówki przed zwyrodnieniem wywołanym światłem.
Przeciw starzeniu się
H 2 S, będący gatunkiem redukującym, może być spożywany przez różne czynniki utleniające krążące w organizmie. Zwalcza w organizmie utleniacze, takie jak reaktywne formy tlenu i reaktywne formy azotu.
Ogranicza reakcje wolnych rodników poprzez aktywację enzymów antyoksydacyjnych, które chronią przed skutkami starzenia.
Potencjał leczniczy H.
Biodostępność endogennego H 2 S zależy od pewnych enzymów biorących udział w biosyntezie cysteiny u ssaków.
Niektóre badania sugerują, że H 2 S dawcy podawanie leku może być korzystna w pewnych patologiach.
Na przykład może być przydatny u pacjentów z cukrzycą, ponieważ zaobserwowano, że naczynia krwionośne zwierząt z cukrzycą poprawiają się dzięki lekom dostarczającym egzogenny H 2 S.
H 2 S dostarczany egzogennie zwiększa angiogenezę lub tworzenie naczyń krwionośnych, dzięki czemu może być stosowany w leczeniu przewlekłych chorób niedokrwiennych.
Leki opracowywane, że można zwolnić H 2 S powoli, aby działały korzystnie na różnych chorób. Jednak skuteczność, bezpieczeństwo i mechanizmy jego działania nie zostały jeszcze zbadane.
Ryzyka
H 2 S jest śmiertelną trucizną, jeśli wdychany jest czysty lub nawet rozcieńczony 1 część gazu na 200 części powietrza. Ptaki są bardzo wrażliwe na H 2 S i giną nawet przy rozcieńczeniu 1 na 1500 części powietrza.
Siarkowodór lub siarkowodór H 2 S jest silną trucizną. Autor: OpenIcons. Źródło: Pixabay.
H 2 S jest silnym inhibitorem niektórych enzymów i procesów fosforylacji oksydacyjnej, prowadzących do uduszenia komórek. Większość ludzi czuje go w stężeniach powyżej 5 ppb (części na miliard). Stężenia 20-50 ppm (części na milion) działają drażniąco na oczy i drogi oddechowe.
Wdychanie 100-250 ppm przez kilka minut może powodować brak koordynacji, zaburzenia pamięci i zaburzenia motoryczne. Przy stężeniu około 150-200 ppm pojawia się zmęczenie węchowe lub anosmia, co oznacza, że po tym czasie nie można wyczuć charakterystycznego zapachu H 2 S. Jeśli przez 30 minut wdychane jest stężenie 500 ppm, może wystąpić obrzęk płuc i zapalenie płuc.
Stężenia powyżej 600 ppm mogą być śmiertelne w ciągu pierwszych 30 minut, ponieważ układ oddechowy jest sparaliżowany. A 800 ppm to stężenie, które jest natychmiast śmiertelne dla ludzi.
H 2 S musi być zabezpieczony przed wypłynięciem w laboratoriach, pomieszczeniach lub w dowolnym miejscu lub sytuacji.
Należy zauważyć, że wiele zgonów ma miejsce, ponieważ ludzie wchodzą do zamkniętych przestrzeni, aby ratować współpracowników lub członków rodziny, którzy upadli z powodu zatrucia H 2 S, a także umierają.
Jest to gaz łatwopalny.
Bibliografia
- Panthi, S. i in. (2016). Fizjologiczne znaczenie siarkowodoru: pojawiający się silny neuroprotektor i neuromodulator. Medycyna oksydacyjna i długowieczność komórkowa. Tom 2016. Numer artykułu 9049782. Odzyskany z hindawi.com.
- Shefa, U. i in. (2018). Funkcje siarkowodoru w ośrodkowym układzie nerwowym i przeciwutleniające. Medycyna oksydacyjna i długowieczność komórkowa. Tom 2018. Numer artykułu 1873962. Odzyskany z hindawi.com.
- Tabassum, R. i in. (2020). Terapeutyczne znaczenie siarkowodoru w chorobach neurodegeneracyjnych związanych z wiekiem. Neural Regen Res 2020; 15: 653-662. Odzyskany z nrronline.org.
- Martelli, A. i in. (2010). Siarkowodór: nowa szansa na odkrycie leków. Recenzje badań medycznych. Tom 32, wydanie 6. Odzyskane z onlinelibrary.wiley.com.
- Wang, M.-J. et al. (2010). Mechanizmy angiogenezy: Rola siarkowodoru. Clinical and Experimental Pharmacology and Physiology (2010) 37, 764–771. Odzyskany z onlinelibrary.wiley.com.
- Dalefield, R. (2017). Dym i inne wdychane substancje toksyczne. Siarkowodór. W toksykologii weterynaryjnej dla Australii i Nowej Zelandii. Odzyskany z sciencedirect.com.
- Selley, RC i Sonnenberg, SA (2015). Właściwości fizyczne i chemiczne ropy naftowej. Siarkowodór. In Elements of Petroleum Geology (wydanie trzecie). Odzyskany z sciencedirect.com.
- Hocking, MB (2005). Siarka i kwas siarkowy. Proces Clausa Konwersja siarkowodoru w siarkę. W Handbook of Chemical Technology and Pollution Control (wydanie trzecie). Odzyskany z sciencedirect.com.
- Lefer, DJ (2008). Potencjalne znaczenie zmian biodostępności siarkowodoru (H 2 S) w cukrzycy. British Journal of Pharmacology (2008) 155, 617–619. Odzyskany z bpspubs.onlinelibrary.wiley.com.
- Amerykańska Narodowa Biblioteka Medyczna. (2019). Siarkowodór. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
- Babor, JA i Ibarz, J. (1965). Nowoczesna chemia ogólna. 7th Edition. Od redakcji Marín, SA