Acido solforico (H2S): proprietà, rischi e usi

L'idrogeno solforato è il nome comune dell'idrogeno solforato (H 2 S). Può essere considerato un acido idrazidico in soluzione (H 2 S (aq)).

La considerazione dell'acido solfidrilico è data nonostante la bassa solubilità in acqua di questo composto chimico. La sua struttura è presentata nella Figura 1 (EMBL-EBI, 2005).

Pertanto, l'idrogeno solforato è leggermente solubile in acqua. Dopo la dissoluzione, forma lo ione acido solfuro o lo ione idrosolfato (HS-). La soluzione acquosa di idrogeno solforato o idrogeno solforato è incolore e, se esposta all'aria, ossida lentamente lo zolfo elementare, che non è solubile in acqua.

Lo zolfo Dianion S 2 - esiste solo in soluzioni acquose fortemente alcaline; È eccezionalmente semplice con un pKa> 14.

H 2 S nasce praticamente da dove lo zolfo elementale entra in contatto con materiale organico, specialmente ad alte temperature. L'idrogeno solforato è un idruro covalente chimicamente correlato all'acqua (H 2 O), poiché l'ossigeno e lo zolfo sono prodotti nello stesso gruppo della tavola periodica.

Spesso si verifica quando i batteri distruggono la materia organica in assenza di ossigeno, come nelle paludi e nelle fogne (insieme al processo di digestione anaerobica). Si verifica anche nei gas vulcanici, nel gas naturale e in alcuni pozzi d'acqua.

È anche importante tenere a mente che l'idrogeno solforato è un partecipante centrale nel ciclo dello zolfo, il ciclo biogeochimico dello zolfo sulla Terra (figura 2).

Come accennato in precedenza, i batteri che riducono lo zolfo e che riducono il solfato derivano l'energia di ossidazione dall'idrogeno o dalle molecole organiche in assenza di ossigeno riducendo zolfo o solfato in idrogeno solforato.

Altri batteri rilasciano idrogeno solforato da amminoacidi che contengono zolfo. Diversi gruppi di batteri possono utilizzare l'idrogeno solforato come combustibile, ossidandolo allo zolfo o solfato elementare usando ossigeno o nitrato come ossidante.

I batteri dello zolfo puro e i batteri dello zolfo verde utilizzano l'idrogeno solforato come donatore di elettroni nella fotosintesi, producendo così zolfo elementare.

In effetti, questa modalità di fotosintesi è più antica della modalità di cianobatteri, alghe e piante che utilizza l'acqua come donatore di elettroni e rilascia ossigeno (Human Metabolome Database, 2017).

Dove viene prodotto l'idrogeno solforato?

L'idrogeno solforato (H 2 S) si trova naturalmente in petrolio greggio, gas naturale, gas vulcanici e sorgenti calde. Può anche derivare dalla degradazione batterica della materia organica. È anche prodotto da rifiuti umani e animali.

I batteri presenti nella bocca e nel tratto gastrointestinale producono acido solfidrico dai batteri che abbattono i materiali che contengono proteine ​​vegetali o animali.

L'idrogeno solforato può anche derivare da attività industriali, come la lavorazione degli alimenti, i forni a coke, le cartiere di carta kraft, le concerie e le raffinerie di petrolio (Agenzia per le sostanze tossiche e il registro delle malattie, 2011).

Proprietà fisiche e chimiche

L'idrogeno solforato è un gas incolore con un forte odore di uova marce. La soluzione acquosa di idrogeno solforato è incolore senza aroma caratteristico.

Il composto ha un peso molecolare di 34, 1 g / mol, la soluzione acquosa ha una densità di 1, 334 g / ml. Ha un punto di fusione di -82 ° C e un punto di ebollizione di -60 ° C. È leggermente solubile in acqua, essendo in grado di sciogliere solo 4 grammi per litro di questo solvente a 20 ° C (Royal Society of Chemistry, 2015).

L'idrogeno solforato reagisce come un acido e come agente riducente. Esplode a contatto con il difluoruro di ossigeno, il pentafluoruro di bromo, il trifluoruro di cloro, l'ossido di dicloruro e il fulminato d'argento. Può infiammarsi ed esplodere se esposto a polvere di rame, in presenza di ossigeno.

Può reagire in modo simile con altri metalli in polvere. Si accende a contatto con ossidi e perossidi metallici (perossido di bario, triossido di cromo, ossido di rame, diossido di piombo, biossido di manganese, ossido di nichel, ossido di argento, biossido di argento, triossido di tallio, perossido di sodio, ossido di mercurio, ossido di calcio).

È infiammato con bromato d'argento, ipoclorito di piombo (II), cromato di rame, acido nitrico, ossido di piombo (IV) e ossido. Può accendersi se passa attraverso tubi di ferro arrugginiti. Reagisce esotermicamente con basi.

Il calore della reazione con calce sodata, idrossido di sodio, idrossido di potassio, idrossido di bario può causare l'accensione o l'esplosione della porzione non reagita in presenza di aria / ossigeno (HYDROGEN SULFIDE, 2016).

Reattività e rischi

H 2 S è considerato un composto stabile sebbene sia altamente infiammabile ed estremamente tossico.

Il composto è più pesante dell'aria e può percorrere una distanza considerevole dalla sorgente di accensione e risalire. Può formare miscele esplosive con l'aria in una vasta gamma.

Inoltre reagisce in modo esplosivo con pentafluoruro di bromo, trifluoruro di cloro, triioduro di azoto, tricloruro di azoto, difluoruro di ossigeno e cloruro di fenile diazonio.

Quando riscaldato fino alla decomposizione, emette fumi altamente tossici di ossidi di zolfo. Incompatibile con molti materiali inclusi forti ossidanti, metalli, acido nitrico forte, pentafluoruro di bromo, trifluoruro di cloro, triioduro di azoto, tricloruro di azoto, difluoruro di ossigeno e cloruro di fenile diazonio.

L'idrogeno solforato (H 2 S) è responsabile di molti episodi di esposizione tossica professionale, in particolare nell'industria petrolifera. Gli effetti clinici di H 2 S dipendono dalla sua concentrazione e dalla durata dell'esposizione.

H 2 S è immediatamente fatale quando le concentrazioni sono superiori a 500-1000 parti per milione (ppm), ma l'esposizione a concentrazioni più basse, come 10-500 ppm, può causare vari sintomi respiratori che vanno dalla rinite all'insufficienza respiratorio acuto

H 2 S può anche colpire più organi, causando disturbi temporanei o permanenti nei sistemi nervoso, cardiovascolare, renale, epatico ed ematologico.

Presentiamo un caso di esposizione professionale a H 2 S che porta al coinvolgimento di diversi organi, insufficienza respiratoria acuta, l'organizzazione di polmonite e shock simile alla sepsi acuta. In questo caso, il paziente ha anche sviluppato una lieve malattia polmonare restrittiva e ostruttiva e neuropatia periferica (Al-Tawfiq, 2010).

inalazione

In caso di inalazione, portarlo all'aperto e tenerlo a riposo in una posizione comoda per respirare. Se non respira, somministrare la respirazione artificiale. Se la respirazione è difficile, il personale addestrato dovrebbe fornire ossigeno.

Contatto con la pelle

In caso di contatto con la pelle, deve essere lavato con abbondante acqua. Il liquido pressurizzato può causare congelamento. In caso di esposizione a liquidi pressurizzati, la zona di congelamento deve essere riscaldata immediatamente con acqua calda non superiore a 41 ° C.

La temperatura dell'acqua deve essere tollerabile alla pelle normale. Il riscaldamento della pelle deve essere mantenuto per almeno 15 minuti o fino a quando la colorazione e la sensazione normali ritornano nella zona interessata. In caso di esposizione massiccia, i vestiti vengono rimossi mentre si fa la doccia con acqua tiepida.

Contatto visivo

In caso di contatto con gli occhi, sciacquare abbondantemente con acqua per almeno 15 minuti. Tenere le palpebre aperte e lontane dagli occhi per assicurarsi che tutte le superfici siano risciacquate bene.

L'ingestione non è considerata una possibile via di esposizione. Per tutti gli altri casi, è necessario consultare immediatamente un medico (Praxair, 2016).

applicazioni

1- Produzione di zolfo

Un recuperatore di zolfo Claus è costituito da un forno a combustione, una caldaia a calore residuo, un condensatore a zolfo e una serie di stadi catalitici, ciascuno dei quali utilizza un sistema di riscaldamento, catalizzatore e condensatore di zolfo. Tipicamente, vengono impiegati due o tre passaggi catalitici.

Il processo Claus converte l'idrogeno solforato in zolfo elementare attraverso una reazione in due fasi.

Il primo stadio comporta la combustione controllata del gas di alimentazione per convertire circa un terzo dell'idrogeno solforato in biossido di zolfo e la reazione non catalitica dell'idrogeno solforato non bruciato con biossido di zolfo.

Nel secondo stadio, la reazione Claus, l'acido solfidrico e l'anidride solforosa reagiscono su un catalizzatore per produrre zolfo e acqua.

La quantità di aria di combustione è strettamente controllata per massimizzare il recupero di zolfo, cioè mantenendo l'appropriata stechiometria di reazione di idrogeno solforato 2: 1 a biossido di zolfo attraverso i reattori a valle.

In genere, è possibile ottenere recuperi di zolfo fino al 97% (US National Library of Medicine, 2011).

2- Chimica analitica

Per più di un secolo, l'idrogeno solforato era importante nella chimica analitica, nell'analisi qualitativa inorganica degli ioni metallici.

In queste analisi, gli ioni metallici pesanti (e non metallici) vengono precipitati (ad esempio, Pb (II), Cu (II), Hg (II), As (III) dalla soluzione dopo l'esposizione a H2S. Il precipitato risultante si dissolve nuovamente con una certa selettività e viene così identificato.

3- Altri usi

Questo composto è anche usato per rimuovere l'ossido di deuterio, o acqua pesante, dall'acqua normale attraverso il processo di solfuro di Girdler.

Gli scienziati dell'Università di Exeter hanno scoperto che l'esposizione cellulare a piccole quantità di gas idrogeno solforato può prevenire il danno mitocondriale.

Quando la cellula viene stressata con la malattia, gli enzimi vengono attratti dalla cellula per produrre piccole quantità di idrogeno solforato. Questo studio potrebbe avere più implicazioni nella prevenzione di ictus, malattie cardiache e artrite (Stampler, 2014).

L'idrogeno solforato può avere proprietà anti-invecchiamento bloccando i prodotti chimici distruttivi all'interno della cellula, con proprietà simili al resveratrolo, un antiossidante presente nel vino rosso.