WATERSTOFSULFIDE (H2S): STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, GEBRUIK, BELANG - CHEMIE - 2026

Het waterstofsulfide- of waterstofsulfidegas wordt gevormd door de vereniging van een zwavelatoom (S) en twee waterstofatomen (H). De chemische formule is H ₂ S. Het is ook bekend als waterstofsulfidegas. Het is een kleurloos gas waarvan de geur te zien is in rotte eieren.

Het is aanwezig in vulkanen en zwavelhoudende warmwaterbronnen, in aardgas en in ruwe olie. Het wordt ook gevormd tijdens de anaërobe afbraak (zonder zuurstof) van plantaardig en dierlijk organisch materiaal. Het komt van nature voor in het zoogdierlichaam, door de werking van bepaalde enzymen op cysteïne, een niet-essentieel aminozuur.

Chemische formule van waterstofsulfide of waterstofsulfide. SARANPHONG YIMKLAN. Bron: Wikimedia Commons.

Waterige H ₂ S- oplossingen zijn corrosief voor metalen zoals staal. H ₂ S is een reducerende verbinding die, wanneer hij reageert met SO ₂ , oxideert tot elementaire zwavel, terwijl SO _{2 ook wordt} gereduceerd tot zwavel.

Ondanks dat het een zeer giftige en dodelijke stof is voor mens en dier, wordt het belang ervan in een reeks belangrijke processen in het lichaam al enkele jaren bestudeerd.

Het reguleert een reeks mechanismen die verband houden met het genereren van nieuwe bloedvaten en de werking van het hart.

Het beschermt neuronen en er wordt gedacht dat het werkt tegen ziekten zoals Parkinson en Alzheimer.

Vanwege zijn chemisch reducerende vermogen kan het oxiderende soorten bestrijden en zo de cellulaire veroudering tegengaan. Om deze redenen wordt de mogelijkheid onderzocht om medicijnen te produceren die, wanneer ze aan patiënten worden toegediend, langzaam in het lichaam kunnen worden afgegeven.

Dit zou dienen om pathologieën zoals ischemie, diabetes en neurodegeneratieve ziekten te behandelen. Het werkingsmechanisme en de veiligheid ervan moeten echter nog grondig worden onderzocht.

Structuur

H ₂ S molecuul is analoog aan die van water, dat wil zeggen zij zijn gelijk van vorm omdat de waterstofatomen zich onder een hoek met de zwavel.

Hoekige structuur van het waterstofsulfidemolecuul, H ₂ S. Bangin. Bron: Wikimedia Commons.

Zwavel in H ₂ S heeft de volgende elektronische configuratie:

1s ² , 2s ² 2p ⁶ , 3s ² 3p ⁶ ,

Welnu, het leent één elektron van elke waterstof om zijn valentieschil te voltooien.

3D-structuur van waterstofsulfide. Geel: zwavel. Wit: waterstof. Benjah-bmm27. Bron: Wikimedia Commons.

Nomenclatuur

- Waterstofsulfide

- Waterstofsulfide

- Zwavelhydride.

Fysieke eigenschappen

Fysieke toestand

Kleurloos gas met een zeer onaangename geur.

Molecuulgewicht

34,08 g / mol.

Smeltpunt

-85,60 ° C.

Kookpunt

-60,75 ° C.

Dichtheid

1.1906 g / L.

Oplosbaarheid

Matig oplosbaar in water: 2,77 volumes in 1 water van 20ºC. Het kan volledig uit de waterige oplossing worden verdreven door het te koken.

Chemische eigenschappen

In waterige oplossing

Wanneer waterstofsulfide in waterige oplossing is, wordt dit waterstofsulfide genoemd. Het is een zwak zuur. Het heeft twee ioniseerbare protonen:

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

Het eerste proton ioniseert enigszins, zoals kan worden afgeleid uit zijn eerste ionisatieconstante. Het tweede proton ioniseert heel weinig, maar oplossingen van H ₂ S bevatten een deel van het sulfide-anion S ^{2 -} .

Als de H ₂ S- oplossing wordt blootgesteld aan lucht, oxideert de O ₂ het sulfide-anion en slaat zwavel neer:

2 S ^{2 -} + 4 H ⁺ + O ₂ → 2 H ₂ O + 2 S ⁰ ↓ (1)

In aanwezigheid van chloor Cl ₂ , broom Br ₂ en jodium I ₂ worden de overeenkomstige waterstofhalogenide en zwavel gevormd:

H ₂ S + Br ₂ → 2 HBr + S ⁰ ↓ (2)

Waterige H ₂ S oplossingen corrosief, waardoor sulfide scheurvorming hoge hardheid staal. De corrosieproducten zijn ijzersulfide en waterstof.

Reactie met zuurstof

H ₂ S reageert met zuurstof in de lucht en de volgende reacties kunnen optreden:

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)

Reactie met metalen

Het reageert met verschillende metalen die waterstof verdringen en vormt het metaalsulfide:

H ₂ S + Pb → PbS + H ₂ ↑ (5)

Reactie met zwaveldioxide

In vulkanische gassen, H ₂ S en SO ₂ aanwezig , die met elkaar reageren en vaste zwavel wordt gevormd:

H ₂ S + SO ₂ → 2 H ₂ O + 3 S ⁰ ↓ (6)

Ontleding met temperatuur

Waterstofsulfide is niet erg stabiel, het ontleedt gemakkelijk bij verhitting:

H ₂ S → H ₂ ↑ + S ⁰ ↓ (7)

Locatie in de natuur

Dit gas komt van nature voor in zwavelhoudende of zwavelhoudende warmwaterbronnen, in vulkanische gassen, in ruwe olie en in aardgas.

Zwavelhoudende waterbron. Николай Максимович. Bron: Wikimedia Commons.

Wanneer olie (of gas) significante sporen bevat H ₂ S wordt gezegd "zuur" zijn, in tegenstelling tot "sweet", dat is wanneer het deze bevat.

Kleine hoeveelheden H ₂ S in olie of gas zijn economisch nadelig, omdat een schrobben installatie moet worden geïnstalleerd om het te verwijderen, zowel om corrosie te voorkomen en om de rookgassen veilig voor huishoudelijk gebruik als brandstof te maken.

Het wordt geproduceerd wanneer organisch materiaal dat zwavel bevat onder anaerobe omstandigheden (afwezigheid van lucht) wordt afgebroken, zoals menselijk, dierlijk en plantaardig afval.

H ₂ S- emissies (blauwgroen) voor de kust van Namibië, gefotografeerd door NASA. Deze uitstoot is afkomstig van organisch afval. NASA's aardobservatorium. Bron: Wikimedia Commons.

De bacteriën in de mond en in het maagdarmkanaal maken het aan uit de afbreekbare materialen die plantaardige of dierlijke eiwitten bevatten.

Zijn karakteristieke geur maakt zijn aanwezigheid zichtbaar in rotte eieren.

H ₂ S wordt ook geproduceerd in bepaalde industriële activiteiten, zoals olieraffinaderijen, cokesovens, papierfabrieken, leerlooierijen en in de voedselverwerking.

Synthese in het zoogdierorganisme

Endogeen H ₂ S kan op twee manieren worden geproduceerd in zoogdierweefsels, waaronder mensen, op twee manieren, een enzymatisch en een niet-enzymatisch.

De niet-enzymatische route bestaat uit de reductie van elementaire zwavel S ⁰ tot H ₂ S door de oxidatie van glucose:

2 C ₆ H ₁₂ O ₆ (glucose) + 6 S ⁰ (zwavel) + 3 H ₂ O → 3 C ₃ H ₆ O ₃ + 6 H ₂ S + 3 CO ₂ (8)

De enzymatische route bestaat uit de productie van H ₂ S uit L-cysteïne, dat een aminozuur dat door het lichaam. Het proces wordt verzekerd door verschillende enzymen, zoals onder andere cystathionine-β-synthase en cystathionine-γ-lyase.

Waterstofsulfide is gevonden in de hersenen van koeien. Auteur: ArtTower. Bron: Pixabay.

Verkrijgen in het laboratorium of industrieel

Waterstofgas (H ₂ ) en het element zwavel (S) reageren niet bij normale omgevingstemperaturen, maar daarboven beginnen ze zich te verenigen, waarbij 310 ºC de optimale temperatuur is.

Het proces is echter te traag, dus er worden andere methoden gebruikt om het te verkrijgen, waaronder de volgende.

Metaalsulfiden (zoals ferrosulfide) reageren met zuren (zoals zoutzuur) in verdunde oplossing.

FeS + 2 HCl → FeCl ₂ + H ₂ S ↑ (9)

Hierdoor H ₂ S wordt verkregen gas , dat de giftigheid gegeven, moet veilig worden verzameld.

Industrieel gebruik van H.

De opslag en het vervoer in grote hoeveelheden H ₂ S die is afgescheiden uit aardgas door wassen met aminen is daarom moeilijk het Claus-proces wordt gebruikt om te zetten in zwavel.

In olieraffinaderijen wordt H ₂ S gescheiden van aardgas door te wassen met aminen en vervolgens omgezet in zwavel. Auteur: SatyaPrem. Bron: Pixabay.

In dit proces treden twee reacties op. In de eerste reageert H ₂ S met zuurstof om SO ₂ te geven , zoals hierboven vermeld (zie reactie 3).

De tweede is een door ijzeroxide gekatalyseerde reactie waarbij SO ₂ wordt gereduceerd en H ₂ S wordt geoxideerd, die beide zwavel S produceren (zie reactie 6).

Op deze manier wordt zwavel verkregen dat gemakkelijk kan worden opgeslagen en vervoerd, en dat ook voor meerdere doeleinden kan worden gebruikt.

Bruikbaarheid of belang van H

Endogene H ₂ S is dat van nature voorkomt in het lichaam als deel van de normale stofwisseling bij mensen, zoogdieren en andere levende wezens.

Ondanks de lange reputatie als giftig en giftig gas verbonden aan de afbraak van organisch materiaal, verscheidene recente studies van de jaren 2000 tot de huidige hebben vastgesteld dat endogeen H ₂ S is een belangrijke regulator van bepaalde mechanismen. en processen in het levende wezen.

H ₂ S een hoge lipofiliciteit of affiniteit vetten daarom de kruising celmembranen gemakkelijk doordringen alle soorten cellen.

Cardiovasculair systeem

Bij zoogdieren bevordert of reguleert waterstofsulfide een reeks signalen die het metabolisme, de hartfunctie en de celoverleving regelen.

Het heeft een krachtig effect op het hart, de bloedvaten en circulerende elementen van het bloed. Moduleert het cellulaire metabolisme en de mitochondriale functie.

Het beschermt de nieren tegen schade veroorzaakt door ischemie.

Maagdarmstelsel

Het speelt een belangrijke rol als beschermende factor tegen beschadiging van het maagslijmvlies. Aangenomen wordt dat het een belangrijke bemiddelaar kan zijn van gastro-intestinale motiliteit.

Het is waarschijnlijk betrokken bij de controle van de insulinesecretie.

Centraal zenuwstelsel

Het werkt ook in belangrijke functies van het centrale zenuwstelsel en beschermt neuronen tegen oxidatieve stress.

Neuronen worden beschermd door endogeen H ₂ S. Auteur: Gerd Altmann. Bron: Pixabay.

Geschat wordt dat het bescherming kan bieden tegen neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Parkinson, Alzheimer en Hungtinton.

Orgaan van visie

Het beschermt de fotoreceptorcellen van het netvlies tegen door licht veroorzaakte degeneratie.

Tegen veroudering

H ₂ S, dat een reducerende soort is, kan worden geconsumeerd door een verscheidenheid aan oxidatiemiddelen die in het lichaam circuleren. Het bestrijdt oxiderende soorten zoals reactieve zuurstofsoorten en reactieve stikstofsoorten in het lichaam.

Het beperkt de reacties van vrije radicalen door de activering van antioxiderende enzymen die beschermen tegen de gevolgen van veroudering.

Genezingspotentieel van H.

De biologische beschikbaarheid van endogene H ₂ S afhankelijk van bepaalde enzymen die betrokken zijn bij de biosynthese van cysteine bij zoogdieren.

Sommige studies suggereren dat medicamenteuze behandeling met H ₂ S- donoren gunstig zou kunnen zijn voor bepaalde pathologieën.

Zo kan het nuttig zijn bij diabetische patiënten, aangezien is waargenomen dat de bloedvaten van diabetische dieren te verbeteren met middelen die toevoer exogeen H ₂ S.

Exogeen toegevoerd H ₂ S verhoogt de angiogenese of de vorming van bloedvaten, en daarom kan het worden gebruikt voor de behandeling van chronische ischemische ziekten.

Geneesmiddelen worden ontwikkeld die kan vrijgeven H ₂ S langzaam om gunstige werken op verschillende ziekten. De werkzaamheid, veiligheid en werkingsmechanismen moeten echter nog worden onderzocht.

Risico's

H ₂ S is een dodelijk gif als zuiver inademing of verdund 1 deel gas in 200 delen lucht. Vogels zijn zeer gevoelig voor H ₂ S en matrijs zelfs bij verdunning van 1 op 1500 delen lucht.

Waterstofsulfide of waterstofsulfide H ₂ S is een krachtig gif. Auteur: OpenIcons. Bron: Pixabay.

H ₂ S is een krachtige remmer van bepaalde enzymen en oxidatieve fosforyleringsprocessen, wat leidt tot celverstikking. De meeste mensen ruiken het bij concentraties van meer dan 5 ppb (delen per miljard). Concentraties van 20-50 ppm (deeltjes per miljoen) zijn irriterend voor de ogen en de luchtwegen.

Een inademing van 100-250 ppm gedurende enkele minuten kan coördinatiestoornissen, geheugenstoornissen en motorische stoornissen veroorzaken. Bij een concentratie rond de 150-200 ppm treedt reukvermoeidheid of anosmie op, waardoor achteraf de kenmerkende geur van H ₂ S niet kan worden gedetecteerd Bij inademing van een concentratie van 500 ppm gedurende 30 minuten kan longoedeem optreden. en longontsteking.

Concentraties van meer dan 600 ppm kunnen binnen de eerste 30 minuten fataal zijn, omdat het ademhalingssysteem verlamd is. En 800 ppm is de concentratie die voor de mens onmiddellijk dodelijk is.

Er moet daarom worden voorkomen dat H ₂ S ontsnapt in laboratoria, gebouwen of waar dan ook.

Het is belangrijk op te merken dat er veel doden vallen omdat mensen besloten ruimtes binnengaan om collega's of familieleden te redden die zijn ingestort als gevolg van H ₂ S- vergiftiging , en ook zij sterven.

Het is een brandbaar gas.

Referenties

1. Panthi, S. et al. (2016). Fysiologisch belang van waterstofsulfide: opkomende krachtige neuroprotector en neuromodulator. Oxidatieve geneeskunde en cellulaire levensduur. Jaargang 2016. Artikel-ID 9049782. Opgehaald van hindawi.com.
2. Shefa, U. et al. (2018). Antioxidant- en celsignaleringsfuncties van waterstofsulfide in het centrale zenuwstelsel. Oxidatieve geneeskunde en cellulaire levensduur. Jaargang 2018. Artikel-ID 1873962. Opgehaald van hindawi.com.
3. Tabassum, R. et al. (2020). Therapeutisch belang van waterstofsulfide bij leeftijdsgebonden neurodegeneratieve ziekten. Neural Regen Res 2020; 15: 653-662. Opgehaald van nrronline.org.
4. Martelli, A. et al. (2010). Waterstofsulfide: nieuwe kans voor het ontdekken van geneesmiddelen. Medicinaal onderzoek beoordelingen. Volume 32, Issue 6. Hersteld van onlinelibrary.wiley.com.
5. Wang, M.-J. et al. (2010). Mechanismen van angiogenese: rol van waterstofsulfide. Klinische en experimentele farmacologie en fysiologie (2010) 37, 764-771. Hersteld van onlinelibrary.wiley.com.
6. Dalefield, R. (2017). Rook en andere ingeademde giftige stoffen. Waterstofsulfide. In veterinaire toxicologie voor Australië en Nieuw-Zeeland. Opgehaald van sciencedirect.com.
7. Selley, RC en Sonnenberg, SA (2015). De fysische en chemische eigenschappen van aardolie. Waterstofsulfide. In Elements of Petroleum Geology (derde editie). Opgehaald van sciencedirect.com.
8. Hocking, MB (2005). Zwavel en zwavelzuur. Claus-procesomzetting van waterstofsulfide in zwavel. In Handbook of Chemical Technology and Pollution Control (derde editie). Opgehaald van sciencedirect.com.
9. Lefer, DJ (2008). Potentieel belang van veranderingen in de biologische beschikbaarheid van waterstofsulfide (H ₂ S) bij diabetes. British Journal of Pharmacology (2008) 155, 617-619. Hersteld van bpspubs.onlinelibrary.wiley.com.
10. Amerikaanse National Library of Medicine. (2019). Waterstofsulfide. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
11. Babor, JA en Ibarz, J. (1965). Moderne algemene chemie. 7e editie. Redactie Marín, SA