O siarkowodorze słyszy się bardzo często. Nic dziwnego, skoro mamy z nim styczność każdego dnia, nawet o tym nie wiedząc. Siarkowodór jest składnikiem m.in. gazów jelitowych, który odpowiada za ich nieprzyjemny zapach (przypominające zgniłe jaja). Mało kto jednak zdaje sobie sprawę, że gaz ten w wysokich stężeniach jest silnie trujący. Sprawdźmy zatem, jakie zastosowanie oraz właściwości ma siarkowodór, w jaki sposób jest pozyskiwany na skalę przemysłową oraz jaki ma wpływ na nasze zdrowie.
Definicja
Siarkowodór (inaczej sulfan, ang. hydrogen sulfide) o symbolu H2S to nieorganiczny związek chemiczny, który należy do grupy wodorków kowalencyjnych. Składa się na niego połączenie siarki z wodorem.
Gaz ten jest łatwo wyczuwalny w nawet niewielkich ilościach. Próg wyczuwalności siarkowodoru to zaledwie od 0,0007 do 0,2 mg/m³. W stężeniu przekraczającym 4 mg/m³ woń gazu siarkowodorowego jest bardzo silnie wyczuwalna. Kilkukrotnie wyższe stężenia rzędu ponad 300 mg/m³ powodują porażenie nerwu węchowego, co skutkuje utratą powonienia. Ekstremalnie wysokie stężenie siarkowodoru przekraczające próg 1 g/m³ może doprowadzić nawet do śmierci człowieka już po jednym wdechu.
Właściwości
Siarkowodór jest bezbarwnym gazem o silnie wyczuwalnym zapachu, przypominającym zapach zepsutych jaj. Dobrze rozpuszcza się w wodzie, tworząc przy tym tzw. wodę siarkowodorową (słaby kwas beztlenowy). Słabo rozpuszcza się w rozpuszczalnikach organicznych. Wszystkie roztwory siarkowodoru są bezbarwne.
Siarkowodór spala się w obecności powietrza niebieskim płomieniem, a proces ten skutkuje wydzielaniem się dwutlenku siarki (SO2) lub wolnej siarki (warunkiem jest niedostateczna ilość tlenu podczas spalania lub niska temperatura).
Siarkowodór ma właściwości przyspieszające korozję. Jest nieco cięższy od powietrza i tworzy wraz z nim mieszankę wybuchową. Reaguje z metalami, tworząc ich siarczki, które są nierozpuszczalne w wodzie i przybierają formę ciemnego proszku. Do wykrywania obecności siarkowodoru wykorzystuje się papier nasączony octanem ołowiu(II), który w obecności gazu zmienia barwę na czarną (reakcja przemiany octanu ołowiu(II) do siarczku ołowiu(II)).
W warunkach wysokiego ciśnienia powyżej 90 GPa (gigapaskali), siarkowodór staje się przewodzącym energię elektryczną metalem. Dodatkowo schłodzony staje się nadprzewodnikiem.
| Wzór sumaryczny | H2S |
| Masa molowa | 34,08 g/mol |
| Gęstość | 0,001393 g/cm³ |
| Rozpuszczalność w wodzie | 3,44 l/l (w temp. 0 °C) 2,61 l/l (w temp. 20 °C) |
| Temperatura topnienia | −85,5 °C |
| Temperatura wrzenia | −59,55 °C |
| Temperatura samozapłonu | 270 °C |
| Punkt krytyczny | 100 °C; 9,00 MPa |
| Kwasowość | 7,05 pKa |
| Moment dipolowy | 0,97833 D |
| Prężność par | 1740 kPa (w temp. 21 °C) |
Pozyskiwanie i występowanie
Siarkowodór na potrzeby przemysłowe, może być pozyskiwany na kilka sposobów. Wśród nich wyróżnia się:
- syntezę bezpośrednią z wodoru i siarki w stanie gazowym (w temp. 600 °C);
- ogrzewania parafiny i siarki zmieszanych w stosunku masowym 2:1;
- w wyniku reakcji siarczku żelaza(II) i rozcieńczonego kwasu solnego (np. przy pomocy aparatu Kippa);
Siarkowodór występuje w naturze. Jest składnikiem m.in. gazów wulkanicznych (zdjęcie w artykule przedstawia nalot siarki na skałach), bagien, wód mineralnych, a także powstaje w wyniku fermentacji metanowej. Co ciekawe siarkowodór obecny na dnie mórz i oceanów powoduje, że życie w tych miejscach praktycznie nie istnieje. Do tych ekstremalnie trudnych warunków zaadaptowały się jedynie specyficzne bakterie, których metabolizm opiera się o wchłanianiu siarkowodoru (zamiast tlenu).
Siarkowodór w pewnych ilościach jest uwalniany do atmosfery na skutek działalności prowadzonej przez człowieka, głównie przez przemysł petrochemiczny. Gaz ten uwalniany jest również w okolicach odwiertów paliwowych, przez co osoby przebywające w pobliżu, mogą być narażone na zatrucie. Sytuacja ta dotyczy także terenów wokół oczyszczalni ścieków, wysypisk śmieci czy gospodarstw rolnych, składujących większe ilości obornika.
W dużych stężeniach siarkowodór zalega również nad powierzchnią szamba czy w zbiornikach odpadowych. Jego nadmierne wdychanie było przyczyną śmierci wielu osób, nieświadomych zagrożenia wynikającego z trujących właściwości siarkowodoru. Gaz ten produkowany jest również w niewielkich ilościach w układzie pokarmowym i odpowiada za nieprzyjemny zapach gazów jelitowych.
Zastosowanie
Siarkowodór znalazł dosyć szerokie i ważne z wielu punktów zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Przede wszystkim wykorzystywany jest do pozyskiwania różnych związków siarkoorganicznych, takich jak metanotiol (CH4S), etanotiol (C2H6S) czy kwas tioglikolowy (C2H4O2S).
Z połączeniu z metalami alkalicznymi, siarkowodór przekształca się w alkaliczne związki siarkowodorowe, takie jak np. siarczek sodu. Substancje te wykorzystywane są w wielu procesach przemysłowych, takich jak produkcja papieru. Ponadto siarkowodór znalazł zastosowanie w chemii analitycznej i w przemyśle atomowym, np. jako separator podczas produkcji ciężkiej wody.
Ponadto naukowcy z brytyjskiej uczelni University of Exeter odkryli, że siarkowodór ma korzystny wpływ na komórki organizmu. Niewielkie ilości tego gazu w kontakcie z komórką zapobiegają uszkodzeniom mitochondriów. Dlaczego tak się dzieje? Ponieważ komórka poddana obciążeniom spowodowanym chorobą, wytwarza niewielkie ilości siarkowodoru na skutek enzymów napływających do jej wnętrza. To badanie pozwoliło nieco szerzej spojrzeć na wykorzystanie siarkowodoru w leczeniu takich jednostek chorobowych jak udar mózgu, choroby serca czy zapalenie stawów.
Szkodliwość i wpływ na zdrowie
Siarkowodór jest silnie trującym i wybuchowym gazem. Z racji tego, że jest cięższy od powietrza, ma tendencję do zalegania w dolnych partiach słabo wentylowanych pomieszczeń. Tym samym może dojść do jego zapłonu nawet w miejscu oddalonym od punktu emisji.
Pomimo, że jest początkowo silnie wyczuwalny, w niedługim czasie powoduje tymczasowy paraliż zmysłu węchu (tzw. ansomia). To powoduje, że większość ofiar zatrucia siarkowodorem nie jest świadoma jego ciągłej obecności. Może on również w niewielkim stopniu przenikać do organizmu poprzez skórę.
Siarkowodór uznawany jest za truciznę o szerokim spektrum działania. To oznacza, że może wpływać niekorzystnie na wiele układów ludzkiego organizmu. Niemniej jednak najbardziej narażony na jego działanie jest układ nerwowy. Toksyczność siarkowodoru jest porównywalna do tlenku węgla (blokowanie oksydazy cytochromowej). Zakłóca on transport tlenu do komórek ciała, powodując ich niedotlenienie.
Gaz siarkowodorowy przyswojony w niewielkich ilościach (podobnie jak ten wytwarzany w naszym organizmie) jest sprawnie z niego wydalany. Niestety już w większych stężeniach sięgających 300–350 ppm, dochodzi do zaburzeń uniemożliwiających sprawne pozbywanie się trucizny. Osobiste czujniki siarkowodoru (wykorzystywane np. przez pracowników oczyszczalni ścieków, kanalizacji czy petrochemicznych) nastawione są na wywoływanie alarmu przy stężeniu sięgającym 15 ppm.
W celu szybkiego zdiagnozowania zatrucia siarkowodorem można posłużyć się miedzianymi monetami. które zmieniają barwę po przyłożeniu do ust poszkodowanego. Pierwsze leczenie polega na natychmiastowym podaniu do inhalacji azotynu izoamylu (żółta ciecz o piekącym smaku, rozszerza naczynia krwionośne i obniża ciśnienie krwi), wstrzyknięciu azotynu sodu lub inhalacja 4-dimetyloaminofenolu w połączeniu z czystym tlenem. W niektórych przypadkach wykorzystuje się również leczenie hiperbaryczne.
Pierwsze objawy zatrucia siarkowodorem to:
- podrażnienie oczu;
- ból gardła;
- kaszel;
- mdłości;
- spłycenie oddechu;
- wydzielina w płucach.
Symptomy te przypominają zatrucie cyjanowodorem.
Długotrwałe narażenie na działanie niewielkich dawek siarkowodoru objawiają się m.in.:
- utratą apetytu;
- ogólnym zmęczeniem;
- bólami i zawrotami głowy;
- rozdrażnieniem;
- problemami z pamięcią.
Najpoważniejsze w skutkach jest przyjęcie sporej dawki siarkowodoru. Do najpoważniejszych objawów zaliczyć trzeba:
- zapaść;
- zatrzymanie akcji oddechowej;
- uszkodzenie komórek kory mózgowej (ang. cortical pseudolaminar necrosis);
- obrzęk mózgu;
- śmierć.
Objawy te mogą uwidocznić się nawet w przeciągu 72 godzin od momentu ekspozycji. Ponadto siarkowodór jest silnie toksyczny dla organizmów wodnych.
| Poziom stężenia | Objawy |
| 0,00047 ppm | Dolny poziom wyczuwalności gazu |
| 10–20 ppm | Podrażnienie oczu |
| 20 ppm | Najwyższe dopuszczalne stężenie (w ciągu 8 godzin pracy) |
| 50 ppm | Najwyższe dopuszczalne chwilowe stężenie (maks. 10 minut w ciągu 8 godzin pracy) |
| 50–100 ppm | Uszkodzenie wzroku |
| 100–150 ppm | Uszkodzenie węchu po kilku wdechach |
| 320–530 ppm | Obrzęk płuc i ryzyko śmierci |
| 530–1000 ppm | Zatrzymanie akcji oddechowej |
| 800 ppm | Śmiertelne stężenie dla 50% ludzi, narażonych na 5-minutową ekspozycję |
| Powyżej 1000 ppm | Natychmiastowa zapaść i śmierć nawet po pojedynczym wdechu |
Przechowywanie i gaszenie
Mieszanina siarkowodoru z powietrzem jest silnie wybuchowa. Tym samym podczas składowania siarkowodoru, należy stosować wszelkie niezbędne środki ostrożności, w celu minimalizacji ryzyka zapłonu substancji. Zabronione jest stosowanie otwartego ognia, iskrzenie czy palenie tytoniu. Ponadto w obrębie składowiska należy w każdy możliwy sposób ograniczyć możliwość gromadzenia się ładunków elektrostatycznych (jeżeli substancja jest w stanie ciekłym). Podczas pracy ze siarkowodorem (w tym jego napełniania i opróżniania), nie należy stosować sprężonego powietrza. Temperatura pomieszczenia, w którym składowany jest siarkowodór, nie powinna przekraczać 25°C.
Uwaga! Siarkowodoru nie wolno przechowywać razem z innymi utleniaczami!
W przypadku pożaru siarkowodoru, należy natychmiast odciąć dopływ gazu i jeżeli to możliwe, pozwolić do jego samoistnego wypalenia. Jeżeli czynności te nie będą skuteczne, wtedy należy przystąpić do gaszenia pożaru przy pomocy rozproszonych środków wodnych lub suchego proszku gaśniczego. Bardzo ważne jest również schładzanie butli zawierających siarkowodór, tak aby nie dopuścić do ich przypadkowego samozapłonu.
Identyfikacja
| Numer CAS | 7783-06-4 |
| ChEBI | CHEBI:16136 |
| ChEMBL | ChEMBL1200739 |
| ChemSpider | 391 |
| ECHA InfoCard | 100.029.070 |
| Numer EC | 231-977-3 |
| KEGG | C00238 |
| PubChem | 402 |
| RTECS | MX1225000 |
| UNII | YY9FVM7NSN |