Sulfură de hidrogen - Biologie

Busolă moleculară pentru alinierea celulelor

Ceea ce face ca frunzele să îmbătrânească toamna

Democrația bibilicilor vultur

Mediul lui Ekembo: Oamenii au trăit și în peisaje deschise

| Genetica | Agricultură, silvicultură și creșterea animalelor

Soiul de grâu a fost creat prin traversarea ierburilor sălbatice

| Genetica | Agricultură, silvicultură și creșterea animalelor

Orzul Pangenom: Reper pe drumul către planta de sticlă

Cu aport redus de alimente, durată de viață mai lungă

Metoda fără animale prezice toxicitatea nanoparticulelor

Migrația celulară: funcția nou descoperită a unei proteine cunoscute

Sulfat de hidrogen

gaz incolor care miroase a ouă stricate [1]

Sulfat de hidrogen (Hidrogen sulfurat, dihidrogen sulfurat, care nu trebuie confundat cu anionul hidrogen sulfurat HS - care este adesea numit și „hidrogen sulfurat”, vezi sulfuri) este un gaz cu miros urât, foarte toxic. Este un compus de sulf și hidrogen cu formula chimică H2S. Chiar și în concentrații extrem de scăzute, hidrogenul sulfurat provoacă mirosul tipic al ouălor putrede, care apare atunci când proteinele din aminoacizii care conțin sulf sunt descompuse de bacteriile putrefactive și sulfurice.

Sulfura de hidrogen este inflamabilă, incoloră și nu foarte solubilă în apă, ceva mai solubilă în alcool. Este un acid slab, ale cărui săruri sunt sulfuri și hidrogen sulfuri.

Apariție

În natură, hidrogenul sulfurat apare ca o componentă foarte variabilă (de la urme de până la 80% vol) în gazele naturale și în țițeiul, ca gaz vulcanic și dizolvat în apa de izvor. De asemenea, apare din procesele de putrefacție și descompunere prin descompunerea biomasei (de exemplu, carcase de animale, cadavre, descompunerea așternutului de frunze, formarea de nămol pe fundul lacurilor eutrofe etc.), halde de gunoi, conducte de canalizare de înaltă presiune sau procese digestive în intestin, pe care le lasă cu flatul . O cauză a halitozei neplăcute la om este - pe lângă alți compuși organici volatili care conțin sulf (metanetiol, dimetil sulfură) - hidrogen sulfurat. [6]

Extragerea și prezentarea

Sulfura de hidrogen poate fi produsă la scară de laborator prin picurare de acid clorhidric pe sulfură de fier (II) din aparatul Kipp:

$ \ mathrm $ Sulfura de fier (II) și acidul clorhidric produc clorură de fier (II) și hidrogen sulfurat.

Cu toate acestea, produsul rezultat este contaminat de materiile prime cu gaze precum hidrogen, dioxid de carbon, azot și oxigen. Dacă se folosește sulfură de fier naturală (de exemplu pirotită), produsul poate fi contaminat și cu gaze precum arsină, monofosfină, selenură de hidrogen, telurură de hidrogen și altele asemenea. Hidrogenul sulfurat pur poate fi obținut prin încălzirea unei soluții concentrate de hidrogen sulfurat de magneziu sau din elemente sau din sulfură de sodiu și acid fosforic. [7]

În industria petrochimică (rafinării), hidrogenul sulfurat este produs în cantități mari în timpul hidrodesulfurării petrolului.

caracteristici

Proprietăți fizice

temperatura critică: 100,15 ° C [8]
presiune critică: 89,7 bari [8]

S 0 g, 1 bar: 205,77 J/(mol K)

Până la 2.582 litri de hidrogen sulfurat gazos se dizolvă în 1 litru de apă la temperatura camerei.

Sulfura de hidrogen este puțin mai grea decât aerul, în condiții normale diferența de densitate este de aproximativ 19%.

Proprietăți chimice

Cu o valoare pKa de 6,9, acidul hidrogen sulfurat este - similar cu hidrogen sulfit - un acid foarte slab. Soluția apoasă reacționează cu multe săruri de metale grele pentru a forma sulfuri insolubile, care este utilizată în procesul de separare a cationilor. În mod corespunzător, gazul este detectat cu hârtie acetat de plumb, deoarece reacționează cu ionii de plumb (II) pentru a forma sulfură de plumb negru (PbS). De asemenea, reacționează cu ionii de fier (II) pentru a forma sulfură de fier negru (FeS).

Reacția de recuperare de mai sus este, de asemenea, reversibilă. În condiții naturale (pH 5-10), hidrogenul sulfurat poate fi legat într-o soluție apoasă cu clorură de fier (II) pentru a forma sulfură de fier (II).

Aceasta este o practică obișnuită cu biogazul, gazul digestiv și în canalizare. Marea afinitate a fierului față de sulf este utilizată pentru purificarea biogazului și a digestorului. Dacă ar fi folosit la motoarele pe gaz, dioxidul de sulf produs după ardere ar cauza probleme considerabile de coroziune.

Când este furnizat aer, hidrogenul sulfurat arde cu o flacără albastră pentru a forma SO2 și apă, producând acid sulfuric (H2SO3) printre altele. Când se furnizează aer, sulful se separă treptat din soluția apoasă.

Cu dioxid de sulf gazos, în prezența vaporilor de apă, se proporționează pentru a forma sulf și apă (desulfurarea gazelor arse, reacție redox); cu clor gazos, sulf și acid clorhidric se formează gaz (acid clorhidric). Hidrogenul sulfurat gazos este, de asemenea, un puternic agent de reducere.

Parametrii legați de siguranță

Sulfura de hidrogen formează amestecuri gaz-aer foarte inflamabile. Intervalul de explozie este între 4,3% în volum (60 g/m 3) ca limită inferioară de explozie (LEL) și 45,5% în volum (650 g/m 3) ca limită superioară de explozie (UEL). Presiunea maximă de explozie este de 5,9 bari. Lățimea spațiului limită a fost stabilită ca fiind 0,83 mm. Acest lucru are ca rezultat o alocare grupului de explozie IIB. Temperatura de aprindere este de 270 ° C. Prin urmare, substanța se încadrează în clasa de temperatură T3. [9]

utilizare

Chimie mare

Sulfura de hidrogen este principala sursă de sulf elementar (procesul Claus), care la rândul său este transformat în peste 95% în acid sulfuric.

Analiza chimica

În procesul clasic de separare a cationilor, este utilizat pentru a precipita un grup întreg (gruparea hidrogen sulfurat). Prin introducerea gazului H2S în soluții slab acide, precipită următoarele: As2S3, SnS2, Sb2S3, HgS, SnS, PbS, Bi2S3, CuS și, când este diluat cu apă, și CdS. Acești cationi trebuie apoi separați în continuare și identificați cu ajutorul reacțiilor de detectare.

Datorită toxicității sale, hidrogenul sulfurat este eliminat din ce în ce mai mult în procesul de separare a cationilor. În schimb, anionii sulfuri necesari in situ produs, de exemplu cu ajutorul tioacetamidei, în cantități mai mici și prin încălzirea sulfului cu ceară de lumânare.

Bandă H2S: Această procedură se bazează pe clasica plimbare de separare. Cationi similari din punct de vedere chimic sunt precipitați în grupuri folosind reactivi specifici. Precipitatul este apoi separat și analizat, supernatantul (soluția) este utilizat și următoarea grupă este precipitată.

instructiuni de siguranta

Pericol special pentru oameni

Clasificare conform ICD-10

T59	Efect toxic al altor gaze, vapori sau alt fum
T59.6	Sulfat de hidrogen
ICD-10 online (versiunea OMS 2011)

Sulfura de hidrogen este un gaz extrem de otrăvitor care poate provoca otrăvirea cu hidrogen sulfurat.

Sulfura de hidrogen are proprietatea de a amortiza receptorii mirosului, astfel încât o creștere a concentrației nu mai este percepută prin miros. Valoarea pragului pentru uimirea receptorilor de miros este la o concentrație> 200 ppm H2S. [2] În același timp, gazul se colectează la sol datorită densității sale ridicate.

Efect toxic pe termen scurt

Când intră în contact cu membranele mucoase și fluidul tisular din ochi, nas, gât și plămâni, hidrogenul sulfurat formează sulfuri alcaline, care sunt extrem de iritante. O consecință a acestui fapt este reținerea apei în plămâni. Simptomele dispar de obicei în câteva săptămâni.

Efectul toxic propriu-zis se bazează pe distrugerea hemoglobinei pigmentului roșu din sânge și, astfel, pe o paralizie a respirației intracelulare. Mecanismul este încă neclar până în prezent, se presupune că, în general, enzimele care conțin metale grele, care transferă oxigenul, sunt inactivate. Partea mai mică, neoxidată, a hidrogenului sulfurat poate provoca daune sistemului nervos central și, eventual, și periferic.

Următoarele efecte apar asupra oamenilor: [10]

de la 20 ppm: deteriorarea corneei după expunere prelungită
≈ 100 ppm: iritarea mucoaselor ochilor și a căilor respiratorii, salivație, iritarea gâtului
> 200 ppm: cefalee, dificultăți de respirație
> 250 ppm: asomare a receptorilor olfactivi
> 300 ppm: greață
≈ 500 ppm: slăbiciune, somnolență, amețeli
> 500 ppm: convulsii, pierderea cunoștinței

Expunerea pe termen lung la doze mici poate duce la oboseală, pierderea poftei de mâncare, cefalee, iritabilitate, memorie slabă și concentrare slabă.

În funcție de concentrație, simptomele otrăvirii apar la om:

Efect pe termen lung

Studiile la animale arată că porcii hrăniți cu alimente care conțin hidrogen sulfurat suferă de diaree după câteva zile și prezintă pierderea în greutate după aproximativ 105 zile.

fiziologie

metabolism

Sulfura de hidrogen se formează în organism pentru o perioadă scurtă de timp, când un exces de cisteină este descompus prin intermediul cistationinei γ-liazei (EC 4.4.1.1), care în mod normal descompune cisteionina în cisteină, dar poate, de asemenea, să descompună cisteina în continuare:

O altă reacție a aceleiași enzime a fost găsită la șobolani, care provine din cistină, dar nu joacă niciun rol la om:

$ \ mathrmSCy \ longrightarrow piruvat + NH_3 + CyS \ textSH \ xrightarrow Cys + H_2S> $

Gazul se combină rapid cu reziduurile de tiol din proteinele din jur (-Cys devine -CySSH) și, prin urmare, își modifică activitatea biologică. În special, enzima citocrom c oxidază este dezactivată. Majoritatea, cu toate acestea, este oxidată în sulfat în mitocondrie prin tiosulfat și sulfit, sau procesată în sulfit/sulfat sau taurină prin cisteină sulfinat. [12]

Oxidarea la sulfat

Mitocondriile se protejează împotriva H2S sau HS - prin oxidarea sa în sulfat, care are loc în trei etape:

În primul rând, H2S este oxidat la tiosulfat de un complex enzimatic. În detaliu, au loc trei reacții individuale, care sunt catalizate de enzimele sulfură: chinona oxidoreductaza (EC 1.8.5.-), dioxideaza sulfurică (EC 1.13.11.18) și rodanaza. [13]

$ \ mathrm + 2 \ GSH \ longrightarrow SO_3 ^ + H_2S + GSSG> $ $ \ mathrm + RSH \ longrightarrow SO_3 ^ + RSSH> $

O parte din oxidarea tiosulfatului în sulfit are loc cu ajutorul glutationului și enzimei tiosulfat reductazei (EC 2.8.1.3), o altă parte folosește tiosulfat sulfaz transferazic. [12]

$ \ mathrm + H_2O \ longrightarrow SO_4 ^ + 2 \ e ^ - + 2 \ H ^ +> $

În cele din urmă, sulfit oxidaza oxidează sulfit în sulfat. Identificarea dioxideazei sulfului mitocondrial cu calea de degradare confirmată ETHE1-O genă care, în cazul unei mutații rare, duce la o boală ereditară cu deteriorarea concentrațiilor crescute de H2S. [12]

funcţie

În corpul uman, hidrogenul sulfurat acționează ca oxidul azotic ca substanță mesager (vezi și gazotransmițător) și are un efect vasodilatator. Se formează din aminoacidul L-cisteină atât în celulele endoteliale ale vaselor de sânge, cât și în celulele musculare netede. Dacă endoteliul vascular este stimulat prin intermediul receptorilor muscarinici de acetilcolină, se eliberează H2S. Acest lucru duce la activarea canalelor de potasiu activate de tensiune și de calciu activate în celulele musculare netede ale mușchilor vasculari. Acest lucru duce la o hiperpolarizare a celulelor musculare netede și în cele din urmă la o expansiune a vaselor de sânge (vasodilatație). [14]

cerere

Sulfura de hidrogen ar putea fi utilizată ca remediu pentru disfuncția erectilă. Se formează în mod natural în țesutul erectil al penisului și în mușchii netezi ai arterei penisului. Testele au arătat că atât L-cisteina cât și hidrogenul sulfurat (sare) furnizate extern determină o erecție dependentă de concentrație în țesutul erectil al penisului (Corpus cavernosa penis). [15]

În concentrații scăzute, hidrogenul sulfurat duce la o încetinire a proceselor metabolice și la o scădere a temperaturii corpului la șoareci. Această stare asemănătoare hibernării este complet reversibilă și inofensivă pentru animale. [16] Investigațiile sunt în desfășurare cu privire la faptul dacă acest efect poate fi utilizat în medicina de transplant pentru a îmbunătăți calitatea și durata de supraviețuire a organelor destinate transplantului. [17] În plus, studiile la om investighează dacă hidrogenul sulfurat poate îmbunătăți probabilitatea de supraviețuire a pacienților de urgență. [18] Scopul este de a încetini metabolismul prin inhalarea sau injectarea H2S și, astfel, pentru a reduce nevoia de oxigen. În mod ideal, această măsură ar fi deja preclinică, de ex. B. de către serviciile de urgență. [19]

Într-un studiu din 2007 realizat la Universitatea Alabama din Birmingham, publicat în jurnal Lucrările Academiei Naționale de Științe a fost publicat, sulfura de hidrogen în doze foarte mici este probabil responsabilă și ca factor major în efectele usturoiului asupra sănătății. Autorii raportează că usturoiul scade riscul bolilor de inimă din cauza tensiunii arteriale crescute, a creșterii grăsimilor din sânge (colesterol) și a altor factori. În grupurile de populație care consumă mult usturoi, există deci mai puține probleme cu hipertensiunea arterială. [20]

Vă rugăm să rețineți sfaturile pe teme de sănătate!

Analize

Atât toxicitatea, cât și relevanța sa biologică impun cerințe mari analizei hidrogenului sulfurat. Spre deosebire de utilizarea menționată mai sus a H2S în procesul de separare anorganică, sunt prezentate aici metode instrumentale, de detectare cantitativă pentru H2S.

Analitică bazată pe instrumente

Determinarea optică

Cea mai frecvent utilizată reacție cromogenică pentru detectarea fotometrică a H2S și a sulfurilor este reacția cu N ', N-dimetil-p-fenilendiamină pentru a forma albastru de metilen. Sărurile de fier (III) sunt utilizate ca catalizator. Produsul de reacție are o absorbție maximă la 670 nanometri și poate fi determinat fotometric. [21]

Electroanaliza

Amperometrie

Senzorii amperometrici H2S sunt utilizați pe scară largă. În amperometrie, un potențial este aplicat unui electrod de lucru și se măsoară curentul rezultat. Aceasta este proporțională cu concentrația H2S. Sulfura de hidrogen este oxidată în sulfat. Electrozii modificați cu nanotuburi de carbon [22] au atins o limită de detecție de 0,3 µmol/l la un potențial de oxidare de 100 mV. Proiectarea electrozilor utilizați este strâns legată de cea a electrodului Clark pentru determinarea oxigenului. [23]

Potențiometrie

Sonde potențiometrice au fost, de asemenea, dezvoltate pentru detectarea H2S gazos. De exemplu, pot fi menționate semicelule galvanice solide pe bază de electroliți, care împreună cu H2S furnizează o forță electromotivă care este măsurată. Cu tuburi de zirconiu stabilizate cu oxid de itriu ca senzori, concentrațiile de H2S în aer de până la 0,2 ppm ar putea fi măsurate cu o reproductibilitate fiabilă. [24] Folosind hexacianoferatul ca partener redox, s-ar putea detecta chiar și 30 ppb H2S. [25]

Cromatografia gazoasă

Cromatografia gazoasă este adesea prima alegere pentru analiza substanțelor gazoase. După separare, compușii de sulf precum H2S pot fi detectați prin fotometrie cu flacără la o lungime de undă de emisie de 397 nanometri. [26] O metodă pentru detectarea rapidă a unor urme de hidrogen sulfurat în gazul de cărbune a atins o limită de detectare de 10 ppb. [27] [28]