Χρήστης:Vchorozopoulos/Χημεία/Ανόργανη/Θείο

Υδρόθειο

Vchorozopoulos/Χημεία/Ανόργανη/Θείο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Θειάνιο Υδροσουλφίδιο
Άλλες ονομασίες	Vchorozopoulos/Χημεία/Ανόργανη/Θείο Σουλφίδιο του υδρογόνου
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	H2S
Μοριακή μάζα	34,082 amu
Αριθμός CAS	7783-06-4
SMILES	S
Αριθμός EINECS	231-977-3
Αριθμός RTECS	MX1225000
Αριθμός UN	1053
PubChem CID	402
ChemSpider ID	391
Δομή
Διπολική ροπή	0,97 D
Μήκος δεσμού	133,6 pm
Είδος δεσμού	ομοιοπολικός σ (1s-3sp3)
Πόλωση δεσμού	3,6% (H+-S-)
Γωνία δεσμού	92,1°
Μοριακή γεωμετρία	επίπεδη γωνιακή
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	-82,30°C
Σημείο βρασμού	-60.28°C
Πυκνότητα	1,363 kg/m3
Διαλυτότητα στο νερό	4 kg/m3 (20°C)
Χημικές ιδιότητες
pKa	6,8919 ($H_{2}S{\stackrel {}{\overrightarrow {\longleftarrow }}}HS^{-}+H^{+}$) 11,96 ($HS^{-}{\stackrel {}{\overrightarrow {\longleftarrow }}}S^{2-}+H^{+}$)
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

To «υδρόθειο» ή «σουλφάνιο» ή «υδροσουλφίδιο» ή «σουλφίδιο του υδρογόνου» είναι η χημική ένωση του υδρογόνου και του θείου με χημικό τύπο H₂S. Είναι ένα άχρωμο, πολύ τοξικό και εύφλεκτο αέριο με τη χαρακτηρισρική οαμή των κλούβιων αυγών. Είναι συχνά το αποτέλεσμα της αναερόβιας βακτηριδιακής αποικοδόμησης οργανικών ουσιών που περιέχουν θείο, σε έλη και αποχετεύσεις. Επίσης βρίσκεται στα ηφαιστειακά αέρια, στο φυσικό αέριο και στο νερό κάποιων πηγαδιών. Το αθρώπινο σώμα επίσης παράγει μικρές ποσότητες υδροθείου.

Ιστορία

Ανακαλύφθηκε το 1773 από τον Γκιγιόμ Ρουέλ, ενώ η σύστασή του προσδιορίστηκε το 1777 από τον Καρλ Σέελε. Το υδρόθειο εκλύεται ελεύθερα από τις ρωγμές και τους κρατήρες των ηφαιστείων καθώς και από ορισμένες μεταλλικές πηγές (σολφατάρες), ενώ απαντάται επίσης και ως προϊόν αποσύνθεσης θειούχων οργανικών ενώσεων ζωικής προέλευσης όπως π.χ. από αυγά, κρέας κ.λπ. Γενικά απαντάται όπου οργανικές ενώσεις έρχονται σε επαφή με στοιχειακό θειάφι σε υψηλή θερμοκρασία. Υπάρχει σε σχετικά μικρά ποσοστά στο αργό πετρέλαιο και μπορεί να βρεθεί σε σχετικά πολύ μεγάλα ποσοστά στο φυσικό αέριο.

Φυσική παρουσία

[[Image:Deposit from hydrogen sulphide.jpg|thumb|left|140px|Κοιτάσματα θείου σε πέτρωμα. Προήλθαν από ηφαιστειακά αέρια. Μικρές ποσότητες υδροθείου βρίσκονται στο αργό πετρέλαιο και στο φυσικό αέριο. Ιδιαίτερα το τελευταίο μπορεί να περιέχει υδρόθειο σε περιεκτικότητα ως και 90%. Τα ηφαίστεια και κάποιες πηγές, τόσο θερμές όσο και ψυχρές μεταλλικές εκλύουν επίσης κάποιες ποσότητες υδροθείου, πιθανότατα ως προϊόν υδρόλυσης κάποιων θειούχων ορυκτών.

Περίπου το 10% των συνολικών παγκόσμιων εκπομπών υδροθείου είναι ανθρωπογενούς προέλευσης. Κυριότερη αιτία γι' αυτό είναι τα διυλιστήρια, τα οποία αποθειώνουν κάποια θειούχα συστατικά του αργού πετρελαίου, με τη χρήση υδρογόνου, οπότε το αποτέλεσμα είναι η παραγωγή υδροθείου με αναγωγή, μέσω της μεθόδου Claus, που είναι πλέον και η κύρια πηγή παραγωγής στοιχειακού θείου. Άλλες ανθρωπογενείς πηγές που εκλύουν υδρόθειο είναι οι υψικάμινοι ορυκτού άνθρακα, οι χαρτοβιομηχανίες (χρησιμοποιούν τη μέθοδο των θειικών) και τα βυρσοδεψεία. Γενικά, εκλύεται υδρόθειο οπουδήποτε στοιχειακό θείο έρχεται σε επαφή με οργανικό υλικό, ιδιαίτερα σε υψηλές θερμοκρασίες. Επίσης είναι πιθανό προϊόν αποσύνθεσης θειούχων οργανικών υλικών. Σημειώνεται ότι δυο πρωτεϊνικά αμινοξέα, η κυστεΐνη και η μεθειονίνη περιέχουν θείο.

Το υδρόθειο μπορεί επίσης να βρίσκεται φυσικά στο πηγαδίσιο νερό. Σε τέτοιες περιπτώσεις, συχνά χρησιμοποιείται όζον για την απομάκρυνσή του. Μια εναλλακτική μέθοδος είναι η χρήση φίλτρου με διοξείδιο του μαγγανίου (MnO₂). Και οι δυο μέθοδοι οξειδώνουν το υδρόθειο σε λιγότερο τοξικά θειικά παράγωγα.

Παραγωγή

Το υδρόθειο συνήθως αποκτιέται με απομόνωσή του από κοιτάσματα όξινου φυσικού αερίου, μια ποικιλία φυσικού αερίου με σημαντική (πάνω από 5,7 mg/m³ ή 4 ppm) περιεκτικότητα σε υδρόθειο. Νπορεί επίσης να παραχθεί με επίδραση υδρογόνου σε τηγμένο θείο:

$\mathrm {S+H_{2}{\xrightarrow {450^{o}C}}H_{2}S}$

Ακόμη, ιδιαίτερα μεγάλες ποσότητες υδρόθειου λαμβάνονται κατά τη διαδικασία της αποθείωσης του πετρελαίου. Περίπου 68·10⁶ μετρικοί τόνοι υδρόθειου παράγονται κάθε χρόνο, στη συντριπτική τους ποσότητα ως παραπροϊόν της αποθείωσης του πετρελαίου (του οποίου η παραγωγή είναι περίπου 3,9·10⁹ μετρικοί τόνοι το χρόνο). Αυτό συμβαίνει διότι ενώ η περιεκτικότητα του αργού πετρελαίου σε θειάφι είναι συνήθως πολύ μικρή (<0.02%) περιβαλλοντικοί κανονισμοί σχετικά με τα καύσιμα και τις εκπομπές ρύπων στις αναπτυγμένες χώρες κάνουν υποχρεωτική την εκμηδένιση της σε ποσά λίγων ppm.

Επίσης, κάποια βακτήρια μπορούν νσ ανάγουν θειικά άλατα για να οξειδώνουν οργανικές ύλες και να παράγουν χρήσιμη (γι' αυτά) [[ενέργεια}] κάτω από συνθήκες χαμηλής συγκέντρωσης σε μοριακό οξυγόνο. Το υδρόθειο παράγεται ως παραπροϊόν του παραπάνω αναφερόμενου καταβολισμού.

Οι συνηθισμένες μέθοδοι εργαστηριακής παραγωγής υδροθείου είναι οι ακόλουθες:

1. Με επίδραση αραιού υδροχλωρικού οξέος (HCl), σε θειούχο σίδηρο ΙΙ (FeS):

$\mathrm {FeS+2HCl{\xrightarrow {}}H_{2}S\uparrow +FeCl_{2}}$

2. Για καθαρότερη όμως λήψη υδρόθειου χρησιμοποιείται περισσότερο το θειούχο αντιμόνιο (Sb₂S₃) αντί του FeS:

$\mathrm {Sb_{2}S_{3}+6HCl{\xrightarrow {}}3H_{2}S\uparrow +2SbCl_{3}}$

3. Με υδρόλυση θειούχου αργιλίου (Al₂S₃):

$\mathrm {Al_{2}S_{3}+H_{2}O{\xrightarrow {\triangle }}3H_{2}S\uparrow +2Al_{2}O_{3}}$

Ιδιότητες

Το υδρόθειο είναι αέριο άχρωμο με δυσάρεστη οσμή. Υγροποιείται στους -60 °C και στερεοποιείται στους -80 °C. Επίσης και υπό πίεση 17 Atm είναι δυνατή η υγροποίησή του και στους 18 °C. Είναι διαλυτό στο νερό και στην αιθυλική αλκοόλη.

Το υδρόθειο είναι λίγο βαρύτερο από τον ατμοσφαιρικό αέρα (μοριακή μάζα υδροθείου = 34,082 amu έναντι μέσης μοριακής μάζας ατμοσγαιρικού αέρα ~28,8 amu). Ένα μίγμα υδροθείου - αέρα είναι αναφλέξιμο. Το υδρόθειο καίγεται με το οξυγόνο με γαλάζια φλόγα σχηματίζοντας διοξείδιο του θείου (SO₂) και νερό:

$\mathrm {H_{2}S+{\frac {3}{2}}O_{2}{\xrightarrow {}}SO_{2}+H_{2}O+4.147,2kJ}$

Γενικά δρα σαν ένα αναγωγικό αντιδραστήριο.

Σε υψηλή θερμοκρασία ή με παρουσία καταλυτών ανάγει το διοξείδιο του θείου σχηματίζοντας στοιχειακό θείο και νερό:

$\mathrm {2H_{2}S+SO_{2}{\xrightarrow {\triangle }}2S+2H_{2}O}$

Αυτό είναι εκμεταλλεύσιμο με τη μέθοδο Clauss, που είναι η κύρια μέθοδος μετατροπής υδροθείου (και ομοίως θειολών) σε στοιχειακό θείο:

$\mathrm {8H_{2}S+5O_{2}{\xrightarrow {\triangle }}SO_{2}+7S+8H_{2}O}$

Το υδρόθειο είναι λίγο διαλυτό στο νερό και δρα σαν ασθενές διπρωτικό οξύ με pK_a1 = 6,9 και pK_a2 = 11,96. Επίσης αντιδρά με τα καυστικά αλκάλια σχηματίζοντας δύο σειρές αλάτων, τα «όξινα» και τα «ουδέτερα» θειούχα άλατα, όπως π.χ. το όξινο θειούχο νάτριο (NaHS) και το (ουδέτερο) θειούχο νάτριο (Na₂S):

$\mathrm {H_{2}S+NaOH{\xrightarrow {}}NaHS+H_{2}O}$
$\mathrm {H_{2}S+2NaOH{\xrightarrow {}}Na_{2}S+2H_{2}O}$

Αρχικά το διάλυμα υδροθείου στο νερό είναι διαυγές, αλλά γίνεται σταδιακά θολό, εξσιτίας της αντίδρασής του με το επίσης διαλυμένο στο νερό οξυγόνο, παράγοντας στοιχειακό θείο, που αρχικά θολώνει το νερό και μετά καθιζάνει αργά.

Ακόμη με μερικά κατιόντα μετάλλων σχηματίζει συνήθως σκούρα δυσδυάλυτα θειούχα άλατα που καθιζάνουν. Για παράδειγμα με οξικό μόλυβδο [(CH₃COO)₂Pb) σχηματίζει δυσδιάλυτο θειούχο μόλυβδο:

$\mathrm {H_{2}S+(CH_{3}COO)_{2}Pb{\xrightarrow {\triangle }}PbS\downarrow +2CH_{3}COOH}$

Η παραπάνω αντίδραση αποτελεί και μια μέθοδο ποιοτικής ανίχνευσης υδροθείου και γενικότερα θειούχων ιόντων.

Χρήσεις

1. Παραγωγή θειούχων οργανικών ενώσεων: Αρκετές θειούχες οργανικές ενώσεις παράγονται με τη χρήση υδροθείου. Αυτές περιλαμβάνουν τη μεθανοθειόλη (CH₃SH), την αιθανοθειόλη (C₂H₅SH) και το υδροθειοαιθανικό οξύ (HSCH₂COOH).
2. Θειούχα άλατα αλκαλίων μετάλλων: Παράγονται με ένωση υδροθείου με τις αντίστοιχες βάσεις, όπως για παράδειγμα το υδροξείδιο του νατρίου (NaOH), που δίνει θειούχο νάτριο (Na₂₃S). Τα θειούχα αλκάλια χρησιμοποιούνται στην αποσύνθεση βιοπολυμερών. Η αποτρίχωση των δερμάτων για την παραγωγή δερμάτινων προϊόντων γίνεται με τη χρήση της μεθόδου Kraft που αξιοποιεί θειούχα αλκάλια.
3. Παραγωγή άλλων θειούχων ενώσεων μετάλλων: Τα περισσότερα μέτσλλσ κσι μεταλλοειδή σχηματίζουν αντίστοιχα θειούχα προϊόντα. Αυτό είναι πλατιά εκμεταλλεύσιμο. Αέρια, υγρά ή διαλύματα που περιέχουν ανεπιθύμητα μέταλλα μπορούν να καθαριστούν με τη χρήση υδροθείου που καταβυθίζει πολλά από αυτά. Αξιοποιείται ακόμη στον καθαρισμό ορυκτών μεταλλευμάτων. Μεταλλικά εξαρτήματα συχνά επιδρούνται με υδρόθειο για να σχηματίσουν, για προστασία τους, επιφανειακά στρώματα των αντίστοιχων θειούχων ενώσεων. Μερικοί μεταλλικοί καταλύτες ενεργοποιούνται με τη χρήση υδροθείου.
4. Στην Αναλυτική Χημεία: Το υδρόθειο ήταν συμαντικό αναλυτικό αντιδραστήριο για πάνω από έναν αιώνα στην ανόργανη ποιοτική αανάλυση των ιόντων μετάλλων και μεταλλοειδών. Η ομώνυμη μέθοδος (μέθοδος υδροθείου) αξιοποιούσε το υδρόθειο για την καταβύθιση των ιόντων μολύβδου (Pb²⁺), χαλκού (Cu²⁺), υδραργύρου (Hg²⁺) και αρσενικού (As³⁺) με τη μορφή των αντίσροιχων δυσδυάλυτων θειούχων αλάτων, για το διαχωρισμό τους από άλλα που σχηματίζουν ευδιάλυτα θειούχα άλατα.
5. Το υδρόεθειο χρησιμοποιήθηκε επίσης για το διαχωρισμό του βαρέως ύδατος (D₂O) από το κοινό, μέσω της διεργασίας Girdler Sulfide.

Κατηγορία: Ανόργανες ενώσεις του θείου Κατηγορία: Ανόργανα οξέα Κατηγορία: Νευροδιαβιβαστές

Παλαιό

Απόθεση δημιουργημένη από υδρόθειο σε πέτρωμα. Ηφαιστειογενής περιοχή

To «υδρόθειο» ή «σουλφάνιο» ή «υδροσουλφίδιο» ή «σουλφίδιο του υδρογόνου» είναι η χημική ένωση του υδρογόνου και του θείου με χημικό τύπο H₂S. Είναι ένα άχρωμο, πολύ τοξικό και εύφλεκτο αέριο με τη χαρακτηρισρική οαμή των κλούβιων αυγών. Είναι συχνά το αποτέλεσμα της αναερόβιας βακτηριδιακής αποικοδόμησης οργανικών ουσιών που περιέχουν θείο, σε έλη και αποχετεύσεις. Επίσης βρίσκεται στα ηφαιστειακά αέρια, στο φυσικό αέριο και στο νερό κάποιων πηγαδιών. Το αθρώπινο σώμα επίσης παράγει μικρές ποσότητες υδροθείου.

Ιστορία

Ανακαλύφθηκε το 1773 από τον Γκιγιόμ Ρουέλ, ενώ η σύστασή του προσδιορίστηκε το 1777 από τον Καρλ Σέελε. Το υδρόθειο εκλύεται ελεύθερα από τις ρωγμές και τους κρατήρες των ηφαιστείων καθώς και από ορισμένες μεταλλικές πηγές (σολφατάρες), ενώ απαντάται επίσης και ως προϊόν αποσύνθεσης θειούχων οργανικών ενώσεων ζωικής προέλευσης όπως π.χ. από αυγά, κρέας κ.λπ. Γενικά απαντάται όπου οργανικές ενώσεις έρχονται σε επαφή με στοιχειακό θειάφι σε υψηλή θερμοκρασία. Υπάρχει σε σχετικά μικρά ποσοστά στο αργό πετρέλαιο και μπορεί να βρεθεί σε σχετικά πολύ μεγάλα ποσοστά στο φυσικό αέριο.

Παραγωγή

Απόθεση δημιουργημένη από υδρόθειο σε πέτρωμα. Νέα Καμένη, Σαντορίνη

Εργαστηριακά παρασκευάζεται:

1. Με επίδραση αραιού υδροχλωρικού οξέος (HCl), σε θειούχο σίδηρο ΙΙ (FeS):

$\mathrm {FeS+2HCl{\xrightarrow {}}H_{2}S\uparrow +FeCl_{2}}$

2. Για καθαρότερη όμως λήψη υδρόθειου χρησιμοποιείται περισσότερο το θειούχο αντιμόνιο (Sb₂S₃) αντί του FeS:

$\mathrm {Sb_{2}S_{3}+6HCl{\xrightarrow {}}3H_{2}S\uparrow +2SbCl_{3}}$

3. Παρασκευάζεται επίσης και με απ΄ ευθείας ένωση υδρογόνου με ατμούς του θείου:

$\mathrm {H_{2}+2S{\xrightarrow {}}2H_{2}S\uparrow }$

Βιομηχανικά, ιδιαίτερα μεγάλες ποσότητες υδρόθειου λαμβάνονται κατά τη διαδικασία της αποθείωσης του πετρελαίου. Περίπου 68·10⁶ μετρικοί τόνοι υδρόθειου παράγονται κάθε χρόνο, στη συντριπτική τους ποσότητα ως παραπροϊόν της αποθείωσης του πετρελαίου (του οποίου η παραγωγή είναι περίπου 3,9·10⁹ μετρικοί τόνοι το χρόνο). Αυτό συμβαίνει διότι ενώ η περιεκτικότητα του αργού πετρελαίου σε θειάφι είναι συνήθως πολύ μικρή (<0.02%) περιβαλλοντικοί κανονισμοί σχετικά με τα καύσιμα και τις εκπομπές ρύπων στις αναπτυγμένες χώρες κάνουν υποχρεωτική την εκμηδένιση της σε ποσά λίγων ppm. Το υδρόθειο αυτό κατόπιν μετατρέπεται σε στοιχειακό θείο ή και οδεύει σε άλλες χημικές βιομηχανίες για άλλες χρήσεις.

Ιδιότητες

Το υδρόθειο είναι αέριο άχρωμο με δυσάρεστη οσμή. Υγροποιείται στους -60 °C και στερεοποιείται στους -80 °C. Επίσης και υπό πίεση 17 Atm είναι δυνατή η υγροποίησή του και στους 18 °C. Είναι διαλυτό στο νερό και στην αιθυλική αλκοόλη.

Το υδρόθειο είναι λίγο βαρύτερο από τον ατμοσφαιρικό αέρα (μοριακή μάζα υδροθείου = 34,082 amu έναντι μέσης μοριακής μάζας ατμοσγαιρικού αέρα ~28,8 amu). Ένα μίγμα υδροθείου - αέρα είναι αναφλέξιμο. Το υδρόθειο καίγεται με το οξυγόνο με γαλάζια φλόγα σχηματίζοντας διοξείδιο του θείου (SO₂) και νερό:

$\mathrm {H_{2}S+{\frac {3}{2}}O_{2}{\xrightarrow {}}SO_{2}+H_{2}O+4.147,2kJ}$

Γενικά δρα σαν ένα αναγωγικό αντιδραστήριο.

Σε υψηλή θερμοκρασία ή με παρουσία καταλυτών ανάγει το διοξείδιο του θείου σχηματίζοντας στοιχειακό θείο και νερό:

$\mathrm {2H_{2}S+SO_{2}{\xrightarrow {\triangle }}2S+2H_{2}O}$

Αυτό είναι εκμεταλλεύσιμο με τη μέθοδο Clauss, που είναι η κύρια μέθοδος μετατροπής υδροθείου (και ομοίως θειολών) σε στοιχειακό θείο:

$\mathrm {8H_{2}S+5O_{2}{\xrightarrow {\triangle }}SO_{2}+7S+8H_{2}O}$

Το υδεόθειο είναι λίγο διαλυτό στο νερό και δρα σαν ασθενές διπρωτικό οξύ με pK_a1 = 6,9 και pK_a2 = 11,96. Aντιδρά με τα καυστικά αλκάλια σχηματίζοντας δύο σειρές αλάτων, τα «όξινα» και τα «ουδέτερα» θειούχα άλατα, όπως π.χ. το όξινο θειούχο νάτριο (NaHS) και το (ουδέτερο) θειούχο νάτριο (Na₂S):

$\mathrm {H_{2}S+NaOH{\xrightarrow {}}NaHS+H_{2}O}$
$\mathrm {H_{2}S+2NaOH{\xrightarrow {}}Na_{2}S+2H_{2}O}$

Αρχικά το διάλυμα υδροθείου στο νερό είναι διαυγές, αλλά γίνεται σταδιακά θολό, εξσιτίας της αντίδρασής του με το επίσης διαλυμένο στο νερό οξυγόνο, παράγοντας στοιχειακό θείο, που αρχικά θολώνει το νερό και μετά καθιζάνει αργά.

Ακόμη με μερικά κατιόντα μετάλλων σχηματίζει συνήθως σκούρα δυσδυάλυτα θειούχα άλατα που καθιζάνουν. Για παράδειγμα με οξικό μόλυβδο [(CH₃COO)₂Pb) σχηματίζει δυσδιάλυτο θειούχο μόλυβδο:

$\mathrm {H_{2}S+(CH_{3}COO)_{2}Pb{\xrightarrow {}}PbS\downarrow +2CH_{3}COOH}$

Η παραπάνω αντίδραση αποτελεί και μια μέθοδο ποιοτικής ανίχνευσης υδροθείου και γενικότερα θειούχων ιόντων.

Χρήσεις

Το υδρόθειο χρησιμοποιείται κυρίως ως αντιδραστήριο στην αναλυτική Χημεία και ως μέσον καθαρισμού του υδροχλωρικού και θειικού οξέος, ενώ αποτελεί και ενδιάμεσο στη παρασκευή θειούχων ενώσεων. Μεταλλικά νερά που περιέχουν υδρόθειο θεωρούνται θεραπευτικά σε πολλές νόσους του αναπνευστικού συστήματος. Επίσης εισπνεόμενα ίχνη ατμών του διεγείρουν το αναπνευστικό σύστημα. Πολλά παράγωγα του υδροθείου είναι πολυθειούχες ενώσεις, (τα μόρια των οποίων περιλαμβάνουν αλυσίδες δύο ή περισσοτέρων ατόμων του θείου), που παρασκευάζονται με διάφορους τρόπους.