Vodikov sulfid je kemijska spojina s formulo H2S. Je brezbarven plin z neprijetnim vonjem po gnilih jajcih. Je težji od zraka, zelo strupen, jedek, vnetljiv in eksploziven.
Plin pogosto nastaja kot produkt bakterijske razgradnje organskih snovi v odsotnosti kisika, na primer v močvirjih in kanalizaciji. Nahaja se tudi v vulkanskih plinih, naravnem plinu, nekaterih vodnih vrelcih, nekaterih kamenih soleh (halit), predvsem v črni himalajski soli, ki se koplje predvsem v goratih predelov Pakistana. Majhne količine H2S proizvede tudi človeški organizem in služi za celično signaliziranje.
Vodna raztopina vodikovega sulfida je šibka žveplovodikova kislina.
Odkritje H2S se pripisuje švedskemu kemiku Carlu Wilhelmu Scheeleju (1777).
Nedavno so ugotovili, da postane pod velikim tlakom pri temperaturi 190 K superprevoden. To pomeni, da ima najvišjo do sedaj znano temperaturo superprevodnega prehoda.A. Drozdov, M.I. Eremets, I.A. Troyan, I. A. (2014). Conventional superconductivity at 190 K at high pressures. Arhiv 1412: 0460v1. Bibcode: 2014arXiv1412.0460D. Pridobljeno 1. septembra 2014.
Lastnosti H2S je malo gostejši od zraka. Zmesi z zrakom so eksplozivne. Na splošno je reducent in s kisikom zgori v žveplov dioksid in vodo:
Nastali SO2 lahko pri visoki temperaturi v prisotnosti katalizatorja reagira s H2S v elementarno žveplo in vodo.
Reakciji se izkoriščata v Clausovem postopku za pridobivanje žvepla iz vodikovega sulfida. V tem postopku se v prvi reakciji uporabi samo eno tretjino H2S, v drugi pa ostali dve tretjini.
Vodikov sulfid je dobro topen v vodi in deluje kot šibka žveplovodikova kislina, ki disociira v HS- ione (v raztopini 0,01-0,1 mol/L pri 18 °C je pKa = 6,9). Raztopina je sprva bistra, potem pa zaradi reakcije z raztopljenim kisikom, v kateri nastane žveplo, pomotni. Anion S2- je prisoten samo v zelo alkalnih vodnih raztopinah. Je izjemno bazičen s pKa > 14.
S kovinskimi ioni tvori sulfide, ki se lahko obravnavajo kot soli žveplovodikove kisline. Sulfidi so nekatere pomembne rude in minerali, ki so pogosto temno obarvani.
Za ugotavljanje prisotnosti H2S v zraku se uporablja papir s svinčevim(II) acetatom, ki zaradi nastanka svinčevega(II) sulfida posivi.
Plinasti H2S v stiku s koncentrirano dušikovo kislino eksplodira.
Z alkoholi tvori tiole,W. Legrum (2011). Riechstoffe, zwischen Gestank und Duft. Vieweg & Teubner Verlag, str. 61–62. ISBN 978-3-8348-1245-2. ki so pomembne žveplove organske spojine. Iz metanola, na primer, nastane metantiol:
Priprava Večina vodikovega sulfida se pridobiva iz naravnega plina z visoko vsebnostjo H2S. Pridobiva se lahko tudi z reakcijo vodika z raztaljenim žveplom pri približno 450 °C. Namesto vodika se lahko uporabijo tudi ogljikovodiki.J. Tournier-Lasserve. Hydrogen Sulfide. Ullmann's Encyclopedia of Chemical Industry.
Proizvajajo ga tudi bakterije, ki reducirajo sulfate (ali žveplo). V okoljih z majhno koncentracijo kisika uporabljajo bakterije za oksidacijo organskih spojin namesto kisika sulfate (ali žveplo). Takšni procesi lahko potekajo tudi v gospodinjskih grelnikih za vodo. V njih je primerna temperatura, anoda (običajno magnezijeva) pa je vir sulfatnih ionov.Why Does My Water Smell Like Rotten Eggs? Hydrogen Sulfide and Sulfur Bacteria in Well Water . Minnesota Department of Health. Pridobljeno 1. decembra 2014.
Standardna metoda za pripravo H2S v laboratoriju je reakcija železovega(II) sulfida z močno kislino v Kippovem aparatu:
Manj znana in bolj prikladna je reakcija aluminijevega sulfida z vodo:W. McPherson (1913). Laboratory manual. Boston: Ginn and Company. str. 445.
Plin nastane tudi s segrevanjem žvepla s trdnimi organskimi spojinami in redukcijo sulfuriranih organskih spojin z vodikom.
Proizvodnja H2S je zaradi spremljajočih nevarnosti lahko zelo draga.
Nahajališča thumb|left|Obloge žvepla, ki je nastalo iz vulkanskih plinov
Majhne količine vodikovega sulfida so v surovi nafti. Zemeljski plin lahko vsebuje do 90 % H2S. V vulkanskih plinih in vročih (tudi hladnih) izvirih je nastal verjetno zaradi hidrolize sulfidnih mineralov:
V izvirski pitni vodi pogosto nastaja zaradi bakterij, ki reducirajo sulfate. V majhnih količinah nastaja tudi v človeških prebavilih zaradi bakterijske razgradnje proteinov, ki vsebujejo žveplo. Če se razvija v ustih, povzroča slab zadah.Toxicological Profile For Hydrogen Sulfide. Agency for Toxic Substances and Disease Registry (julij 2006). str 154. Pridobljeno 20. junija 2012.
Del globalnih emisij žveplovega dioksida v okolje je posledica človekovih aktivnosti. Največji onesnaževalci so rafinerije nafte, v katerih v procesu odstranjevanja žvepla z vodikom nastaja vodikov sulfid. Nastali plin se lahko po Clausovem postopku pretvori v elementarno žveplo. Drugi veliki viri onesnaževanja so koksarne, tovarne celuloze, ki jo proizvajajo po sulfatnem postopku, in usnjarne. V naravi nastaja skoraj povsod, kjer pride elementarno žveplo v stik z organskimi spojinami, še posebej pri visokih temperaturah.
Leta 2011 so poročali, da so v Willistonskem bazenu, ki obsega dele Severne in Južne Dakote in Montane (ZDA) in Saskatchewana in Manitobe (Kanada) izmerili povečane koncentracije žveplovega sulfida, ki so verjetno posledica hidravličnega drobljenja skrilavcev in horizontalnega vrtanja za pridobivanje nafte in naftnega plina.Holubnyak in drugi. 141434-MS, str. 154. Pridobljeno 20. junija 2012. Poleg ljudi in živali, ki živijo v neposredni bližini naftnih vrtin, so ogroženi tudi bolj oddaljeni prebivalci, ki so izpostavljeni vodikovemu sulfidu iz zraka in pitne vode, čistilnih naprav in deponij jalovine.Hydrogen Sulfide . Agency for Toxic Substances and Disease Registry.
Uporaba Vodikov sulfid je surovina za več organskih žveplovih spojin, na primer metantiola, etantiola in tioglikolne kisline.
V reakcijah z bazami alkalijskih kovin nastanejo alkalijski hidrosulfidi in sulfidi, na primer natrijev hidrosulfid (NaHS) in natrijev sulfid (Na2S), ki se je uporabljal za razgradnjo biopolimerov, depilacijo, odstranjevanje dlake s surovih kož in izkuhavanje lignina v proizvodnji celuloze po sulfatnem postopku.
V kvalitativni anorganski analizni kemiji je pomembna kemikalija za analizo kovinskih ionov. Ioni težkih kovin in nekateri nekovinski anioni tvorijo različno obarvane netopne sulfide, ki se jih lahko loči po barvi ali s kasnejšim selektivnim raztapljanjem. V majhnem obsegu se uporablja tudi tioacetamid, ki nadomešča H2S kot vir sulfidnih ionov.
Reakcijo H2S s kovinskimi ioni, v kateri nastajajo netopni sulfidi, se izkorišča tudi za čiščenje z vodikovim sulfidom onesnažene vode in pridobivanje sulfidov. Pri plemenitenju kovinskih rud s flotacijo se uprašena ruda pogosto obdela s H2S, s čimer se poveča izkoristek ločevanja koncentrata od jalovine.
Z vodikovim sulfidom se včasih pasivirajo kovinski predmeti. Z njim se praviloma aktivirajo katalizatorji za odstranjevanje žvepla iz rafinerijskih plinov.
Manj pomembno področje uporabe je ločevanje težke vode od navadne vode.
Znanstveniki z Univerze Exeter so odkrili, da izpostavljanje celic majhnim odmerkom žveplovega sulfida lahko prepreči poškodbe mitohondrijev. Ko celica zboli, začnejo encimi v celici sami proizvajati majhne količine H2S. Odkritje bi morda lahko pripomoglo k preprečevanju možganske kapi, srčnih obolenj in artritisa. L. Stampler. A Stinky Compound May Protect Against Cell Damage . Study Finds. Time. Pridobljeno 1. decembra 2014.
Vodikov sulfid bi lahko deloval tudi proti staranju, ker blokira destruktivne kemikalije v celicah, podobno kot antioksidant resveratrol iz rdečga vina.N. Khan. Rotten Egg Gas Seen Offering Promise of Extending Life. Bloomberg. Pridobljeno 1. decembra 2014.
Varnost Vodikov sulfid je zelo toksičen in vnetljiv plin. Je gostejši od zraka, zato se v slabo zračenih prostorih kopiči pri tleh. Četudi ima na začetku zelo neprijeten vonj, hitro blokira voh, tako da se žrtev ne zaveda nevarnosti, dokler ni prepozno. Pred ravnanjem z njim je treba dobro preučiti njegov varnostni list.
Toksičnost H2S spada med strupe s širokim spektrom delovanja, se pravi da lahko zastrupi različne sisteme v telesu. Najbolj nevaren je za živčevje. Njegovo delovanje je podobno delovanju ogljikovega monoksida,J. Lindenmann, V. Matzi, N. Neuboeck N, B. Ratzenhofer-Komenda, A. Maier, F.M. Smolle-Juettner (december 2010). Severe hydrogen sulphide poisoning treated with 4-dimethylaminophenol and hyperbaric oxygen . Diving and Hyperbaric Medicine. Journal of the South Pacific Underwater Medicine Society 40 (4): 213–217. PMID 23111938. Pridobljeno 7. junija 2013. ki tvori kompleksno vez z železom v mitohondrijskih citokromnih encimih in s tem prepreči celično dihanje.
Nekaj vodikovega sulfida nastaja v telesu v naravnih procesih, zato obstajajo tudi encimi, ki ga oksidirajo v nenevarne sulfate.S. Ramasamy, S. Singh, P. Taniere, M.J.S. Langman, M.C. Eggo (2006). Sulfide-detoxifying enzymes in the human colon are decreased in cancer and upregulated in differentiation . Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 291 (2): G288–G296. doi: 10.1152/ajpgi.00324.2005. PMID 16500920. Pridobljeno 20. oktobra 2007. Manjši odmerki plina zato niso nevarni.
Če je raven vodikovega sulfida previsoka, meja naj bi bila v povprečju 300-350 ppm, ga oksidativni encimi ne morejo več obvladovati. Delavci na nevarnih delovnih mestih zato nosijo detektorje, ki pri 5-10 ppm sprožijo opozorilni alarm, pri 15 ppm pa rdeči alarm.
Zdravljenje zastrupljenih vključuje takojšnje inhaliranjem amil nitrita, injekcije natrijevega nitrita ali zaužitje 4-dimetilaminofenola v kombinaciji z vdihavanjem čistega kisika, uporaba kemijskih substanc, ki odpirajo dihalne poti, in v nekaterih primerih hiperbarična kisikova terapija. Slednja nima popolne podpore.G. Gerasimon S. Bennett. J. Musser, J. Rinard (maj 2007). Acute hydrogen sulfide poisoning in a dairy farmer. Clin Toxicol (Phila) 45 (4): 420–423. doi: 10.1080/15563650601118010. PMID 17486486. Pridobljeno 22. julija 2008.R. Belley, N. Bernard, M. Côté, F. Paquet, J. Poitras (julij 2005). Hyperbaric oxygen therapy in the management of two cases of hydrogen sulfide toxicity from liquid manure. CJEM 7 (4): 257–261. PMID 17355683. Pridobljeno 22. julija 2008.P. Hsu, H.-W. Li, Y.T. Lin (1987). Acute hydrogen sulfide poisoning treated with hyperbaric oxygen . J. Hyperbaric Med 2 (4): 215–221. ISSN 0884-1225. Pridobljeno 22. julija 2008.
Kratkotrajna izpostavljenost nizkim koncentracijam H2S lahko povzroči draženje oči, vnetje grla in kašelj, slabost, težko dihanje in nabiranje tekočina v pljučih (pljučni edem). Ti učinki so verjetno posledica reakcije z alkalijami na vlažnih površinah tkiv, v kateri nastala alkalni natrijev sulfid.R.J. Lewis (1996). Sax's Dangerous Properties of Industrial Materials. 9. izdaja. 1-3. New York, NY: Van Nostrand Reinhold. Simptomi običajno izginejo v nekaj tednih.
Dolgotrajna izpostavljenost nizkim koncentracijam H2S povzroči utrujenost, izgubo apetita, glavobol, razdražljivost, motnje spomina in omotico. Kronična izpostavljenost nizkim koncentracijam H2S (okrog 2 ppm) je med finskimi in ruskimi delavkami v tovarnah celuloze povečala verjetnost splava in reproduktivne težave.K. Hemminki, M.L. Niemi (1982). Int. Arch. Occup. Environ. Health 51 (1): 55-63. Na poročila ni (do leta 1995) nihče odgovoril.
Kratkotrajna izpostavljenost visokim koncentracijam vodikovega sulfida povzroči takojšen kolaps, prenehanje dihanja in zelo verjetno smrt. Če smrt ne nastopi, lahko zastrupitev povzroči kortikalno psevdolaminarno nekrozo, se pravi nekontrolirano smrt celic cerebralnega korteksa možganov, degeneracijo bazalnih ganglijev in možganski edem. Prenehanje dihanja je lahko takojšnje, lahko pa se odloži tudi do 72 ur.The chemical suicide phenomenon . Firerescue1.com. 7. februar 2011. Pridobljeno 19. decembra 2013.