حمض الكبريتيك (H2S): الخصائص والمخاطر والاستخدامات
كبريتيد الهيدروجين هو الاسم الشائع لكبريتيد الهيدروجين (H 2 S). يمكن اعتباره حمض هيدرازيد في محلول (H 2 S (aq)).
يتم إعطاء حمض السولفيدريل الاعتبار على الرغم من انخفاض القابلية للذوبان في الماء من هذا المركب الكيميائي. ويرد هيكلها في الشكل 1 (EMBL-EBI ، 2005).
لذلك ، كبريتيد الهيدروجين قابل للذوبان في الماء قليلاً. عند الذوبان ، فإنه يشكل أيون حمض الكبريتيد أو أيون الهيدروسولفيد (HS-). المحلول المائي لكبريتيد الهيدروجين ، أو كبريتيد الهيدروجين ، عديم اللون ، وعندما يتعرض للهواء ، يتأكسد ببطء الكبريت الأولي ، وهو غير قابل للذوبان في الماء.
الكبريت dianion S 2 - موجود فقط في المحاليل المائية القلوية بقوة ؛ أنها أساسية بشكل استثنائي مع pKa> 14.
ينشأ H 2 S من الناحية الفعلية حيث يتلامس الكبريت الأولي مع المواد العضوية ، خاصة في درجات الحرارة العالية. كبريتيد الهيدروجين هو هيدريد تساهمي مرتبط كيميائياً بالماء (H 2 O) ، حيث يتم إنتاج الأكسجين والكبريت في نفس المجموعة مثل الجدول الدوري.
غالبًا ما ينتج عن تحلل البكتيريا للمواد العضوية في غياب الأكسجين ، مثل المستنقعات والمجاري (جنبًا إلى جنب مع عملية الهضم اللاهوائي). كما يحدث في الغازات البركانية والغاز الطبيعي وبعض مياه الآبار.
من المهم أيضًا أن نضع في اعتبارنا أن كبريتيد الهيدروجين مشارك رئيسي في دورة الكبريت ، وهي الدورة الكيميائية الجيولوجية الحيوية للكبريت على الأرض (الشكل 2).
كما ذكر أعلاه ، تستمد البكتيريا التي تقلل الكبريت والحد من الكبريتات طاقة الأكسدة من جزيئات الهيدروجين أو العضوية في غياب الأكسجين عن طريق تقليل الكبريت أو الكبريتات إلى كبريتيد الهيدروجين.
تطلق البكتيريا الأخرى كبريتيد الهيدروجين من الأحماض الأمينية التي تحتوي على الكبريت. يمكن لمجموعات عديدة من البكتيريا استخدام كبريتيد الهيدروجين كوقود ، مما يؤدي إلى أكسده للكبريت الأولي أو الكبريتات باستخدام الأكسجين أو النترات كأكسدة.
تستخدم بكتيريا الكبريت الصافية والبكتيريا الخضراء الكبريتية كبريتيد الهيدروجين كمتبرع للإلكترون في عملية التمثيل الضوئي ، وبالتالي تنتج كبريت عنصري.
في الواقع ، يعد وضع التمثيل الضوئي أقدم من وضع البكتيريا الزرقاء والطحالب والنباتات التي تستخدم الماء كمتبرع للإلكترون وتطلق الأكسجين (قاعدة بيانات الإنسان البشرية ، 2017).
أين يتم إنتاج كبريتيد الهيدروجين؟
يحدث كبريتيد الهيدروجين (H 2 S) بشكل طبيعي في النفط الخام والغاز الطبيعي والغازات البركانية والينابيع الساخنة. يمكن أن ينتج أيضًا عن التدهور البكتيري للمواد العضوية. وينتج أيضا عن طريق النفايات البشرية والحيوانية.
البكتيريا الموجودة في الفم والجهاز الهضمي تنتج كبريتيد الهيدروجين من البكتيريا التي تحطم المواد التي تحتوي على البروتينات النباتية أو الحيوانية.
يمكن أن ينتج أيضًا كبريتيد الهيدروجين عن الأنشطة الصناعية ، مثل معالجة الأغذية وأفران فحم الكوك ومصانع ورق الكرافت ودباغة ومصافي تكرير النفط (وكالة سجل المواد السمية والأمراض ، 2011).
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
كبريتيد الهيدروجين هو غاز عديم اللون ذو رائحة قوية من البيض الفاسد. المحلول المائي لكبريتيد الهيدروجين عديم اللون بدون رائحة مميزة.
للمركب وزن جزيئي قدره 34.1 جم / مول ، والمحلول المائي بكثافة 1.343 جم / مل. لديها نقطة انصهار من -82 درجة مئوية ونقطة الغليان من -60 درجة مئوية. وهو قابل للذوبان في الماء قليلاً ، بحيث يكون قادرًا على إذابة 4 جرامات فقط لكل لتر من هذا المذيب عند درجة حرارة 20 مئوية (الجمعية الملكية للكيمياء ، 2015).
يتفاعل كبريتيد الهيدروجين كحمض وكعامل اختزال. ينفجر عند التلامس مع ثنائي فلوريد الأكسجين ، وخماسي البروم الخماسي البروم ، وثلاثي فلوريد الكلور ، وأكسيد ثنائي كلوريد ، وفولمينات الفضة. يمكن أن تشتعل وتنفجر عندما تتعرض لمسحوق النحاس ، بوجود الأكسجين.
يمكن أن تتفاعل بطريقة مماثلة مع غيرها من المعادن مسحوق. يتم إشعالها عند ملامستها أكاسيد وأكسيد الفلزات (بيروكسيد الباريوم ، وثاني أكسيد الكروم ، وأكسيد النحاس ، وثاني أكسيد الرصاص ، وثاني أكسيد المنغنيز ، وأكسيد النيكل ، وأكسيد الفضة ، وأكسيد الفضة ، وثاني أكسيد الثاليوم ، وثاني أكسيد الصوديوم ، أكسيد الزئبق ، أكسيد الكالسيوم).
يتم إشعالها مع بروم الفضة ، هيبوكلوريت الرصاص (II) ، كرومات النحاس ، حمض النتريك ، أكسيد الرصاص (IV) وأكسيد. يمكن أن تشتعل إذا كانت تمر عبر أنابيب الحديد الصدئة. يتفاعل exothermically مع القواعد.
قد تتسبب حرارة التفاعل مع الجير الصودا ، وهيدروكسيد الصوديوم ، وهيدروكسيد البوتاسيوم ، وهيدروكسيد الباريوم في اشتعال أو انفجار الجزء غير المتفاعل في وجود الهواء / الأكسجين (HYDROGEN SULFIDE ، 2016).
التفاعل والمخاطر
يعتبر H 2 S مركبًا مستقرًا على الرغم من أنه شديد الاشتعال وسامة للغاية.
المركب أثقل من الهواء ويمكنه السفر مسافة كبيرة إلى مصدر الإشعال والنسخ الاحتياطي. يمكن أن تشكل خلائط متفجرة مع الهواء في مجموعة واسعة.
كما أنه يتفاعل بشكل متفجر مع بروم خماسي البروم وثلاث فلوريد الكلور وثلاثي أكسيد النيتروجين وثلاثي كلوريد النيتروجين وثاني فلوريد الأكسجين وكلوريد الفينيليل ديازونيوم.
عند تسخينها حتى تتحلل ، تنبعث منها أبخرة شديدة السمية من أكاسيد الكبريت. غير متوافق مع العديد من المواد بما في ذلك المواد المؤكسدة القوية ، المعادن ، حمض النيتريك القوي ، خماسي البروم الخماسي البروم ، ثلاثي كلوريد الكلور ، ثلاثي اليود النيتروجين ، ثلاثي كلوريد النيتروجين ، ديفلوريد الأكسجين والفينيل ديازونيوم كلوريد.
كبريتيد الهيدروجين (H 2 S) مسؤول عن العديد من حوادث التعرض السامة المهنية ، وخاصة في صناعة النفط. الآثار السريرية ل H 2 S تعتمد على تركيزه ومدة التعرض.
تكون H 2S قاتلة على الفور عندما تزيد التركيزات عن 500-1000 جزء في المليون (ppm) ، لكن التعرض لتركيزات أقل ، مثل 10-500 جزء في المليون ، يمكن أن يسبب أعراضًا تنفسية متنوعة تتراوح من التهاب الأنف إلى القصور الجهاز التنفسي الحاد
يمكن أن يؤثر H 2 S أيضًا على أعضاء متعددة ، مما يسبب اضطرابات مؤقتة أو دائمة في الجهاز العصبي والقلب والأوعية الدموية والكلى والكبد وأمراض الدم.
نقدم حالة من التعرض المهني لـ H2S تؤدي إلى تورط العديد من الأعضاء ، والفشل التنفسي الحاد ، وتنظيم الالتهاب الرئوي والصدمة المشابهة للإنتان الحاد. في هذه الحالة ، طور المريض أيضًا مرضًا رئويًا معيقًا ومعتدلًا واعتلال عصبي محيطي (التوفيق ، 2010).
استنشاق
في حالة الاستنشاق ، خذها في الهواء الطلق واحتفظ بها في وضع مريح للتنفس. إن لم يكن التنفس ، إدارة التنفس الاصطناعي. إذا كان التنفس صعبًا ، يجب على الأفراد المدربين إعطاء الأكسجين.
ملامسة الجلد
في حالة ملامسة الجلد ، يجب غسله بكمية كبيرة من الماء. السائل المضغوط يمكن أن يسبب قضمة الصقيع. في حالة التعرض للسائل المضغوط ، يجب تسخين منطقة التجميد على الفور بماء دافئ لا يتجاوز 41 درجة مئوية.
يجب أن تكون درجة حرارة الماء مقبولة للجلد الطبيعي. يجب الحفاظ على تسخين الجلد لمدة 15 دقيقة على الأقل أو حتى يعود اللون الطبيعي والإحساس إلى المنطقة المصابة. في حالة التعرض المكثف ، تتم إزالة الملابس أثناء الاستحمام بالماء الدافئ.
اتصال العين
في حالة ملامسة العينين ، شطف العين جيدًا بالماء لمدة 15 دقيقة على الأقل. أبق الجفون مفتوحة وبعيدًا عن مقل العيون للتأكد من شطف جميع الأسطح جيدًا.
لا يعتبر الابتلاع طريقًا محتملاً للتعرض. بالنسبة لجميع الحالات الأخرى ، يجب الحصول على رعاية طبية فورية (Praxair، 2016).
تطبيقات
1- إنتاج الكبريت
تتكون وحدة استخلاص الكبريت من Claus من فرن احتراق وغلاية تسخين النفايات ومكثف للكبريت وسلسلة من المراحل الحفزية ، كل منها يستخدم إعادة التسخين وسرير المحفز ومكثف الكبريت. عادة ، يتم استخدام خطوتين أو ثلاث خطوات تحفيزية.
تقوم عملية Claus بتحويل كبريتيد الهيدروجين إلى كبريت أولي من خلال تفاعل من خطوتين.
تتضمن المرحلة الأولى الاحتراق المتحكم به لغاز التغذية لتحويل حوالي ثلث كبريتيد الهيدروجين إلى ثاني أكسيد الكبريت والتفاعل غير الحفزي لكبريتيد الهيدروجين الذي لم يتم حرقه مع ثاني أكسيد الكبريت.
في المرحلة الثانية ، يتفاعل تفاعل كلوز وكبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكبريت على محفز لإنتاج الكبريت والماء.
يتم التحكم في كمية هواء الاحتراق بإحكام لتحقيق أقصى قدر من استرداد الكبريت ، أي الحفاظ على قياس التفاعل المتكافئ المناسب من 2: 1 كبريتيد الهيدروجين إلى ثاني أكسيد الكبريت من خلال مفاعلات المصب.
عادة ، يمكن تحقيق استرداد نسبة الكبريت التي تصل إلى 97 ٪ (المكتبة الوطنية الأمريكية للطب ، 2011).
2- الكيمياء التحليلية
لأكثر من قرن ، كان كبريتيد الهيدروجين مهمًا في الكيمياء التحليلية ، في التحليل النوعي غير العضوي للأيونات المعدنية.
في هذه التحليلات ، تترسب أيونات المعادن الثقيلة (وغير المعدنية) (على سبيل المثال ، Pb (II) ، Cu (II) ، Hg (II) ، As (III) من المحلول بعد التعرض ل H2S. يترسب الذوبان الناتج مرة أخرى مع بعض الانتقائية وبالتالي يتم تحديده.
3- استخدامات أخرى
يستخدم هذا المركب أيضًا لإزالة أكسيد الديوتريوم ، أو الماء الثقيل ، من الماء العادي خلال عملية كبريتيد جيردلر.
اكتشف العلماء في جامعة إكستر أن التعرض الخلوي لكميات صغيرة من غاز كبريتيد الهيدروجين يمكن أن يمنع تلف الميتوكوندريا.
عندما يتم الضغط على الخلية مع المرض ، تنجذب الأنزيمات إلى الخلية لإنتاج كميات صغيرة من كبريتيد الهيدروجين. يمكن أن يكون لهذه الدراسة آثار أكثر في الوقاية من السكتات الدماغية وأمراض القلب والتهاب المفاصل (Stampler، 2014).
يمكن أن يكون لكبريتيد الهيدروجين خواص مضادة للشيخوخة عن طريق منع المواد الكيميائية المدمرة داخل الخلية ، مع وجود خصائص مشابهة للريسفيراترول ، أحد مضادات الأكسدة الموجودة في النبيذ الأحمر.
