Какие свойства может проявлять сероводород

Сероводород (H₂S) представляет собой бесцветный газ c запахом тухлых яиц. По плотности он тяжелее водорода. Сероводород смертельно ядовит для человека и животных. Даже незначительное его содержание в воздухе вызывает головокружение и тошноту, но самым страшным является то, что при длительном его вдыхании этот запах уже не ощущается.
Однако при отравлении сероводородом существует простое противоядие: следует завернуть в платок кусок хлорной извести, затем смочить, и какое-то время нюхать этот сверток.
Сероводород получают путем взаимодействия серы с водородом при температуре 350 °С:

H₂ + S → H₂S↑

Это окислительно-восстановительная реакция: в ходе нее изменяются степени окисления участвующих в ней элементов.

В лабораторных условиях сероводород получают воздействием на сульфид железа серной или соляной кислоты:

FeS + 2HCl → Fe­Cl₂ + H₂S

Это реакция обмена: в ней взаимодействующие вещества обмениваются своими ионами. Данный процесс обычно проводят с помощью аппарата Киппа.

Свойства сероводорода

При горении сероводорода образуется оксид серы 4 и водяной пар:

2H₂S + 3О₂ → 2Н₂О + 2SO₂

H₂S горит голубоватым пламенем, а если над ним подержать перевернутый химический стакан, то на его стенках появится прозрачный конденсат (вода).

Однако при незначительном понижении температуры данная реакция проходит несколько иначе: на стенках предварительно охлажденного стакана появится уже желтоватый налет свободной серы:

2H₂S + О₂ → 2Н₂О + 2S

На этой реакции основан промышленный способ получения серы.

При поджигании предварительно подготовленной газообразной смеси сероводорода и кислорода происходит взрыв.

Реакция сероводорода и оксида серы(IV) также позволяет получить свободную серу:

2H₂S + SО₂ → 2Н₂О + 3S

Сероводород растворим в воде, причем три объема этого газа могут раствориться в одном объеме воды, образуя слабую и нестойкую сероводородную кислоту (Н₂S). Эту кислоту также называют сероводородной водой. Как видите, формулы газа-сероводорода и сероводородной кислоты записываются одинаково.

Если к сероводородной кислоте прилить раствор соли свинца, выпадет черный осадок сульфида свинца:

H₂S + Pb(NO₃)₂ → PbS + 2H­NO₃

Это качественная реакция для обнаружения сероводорода. Она же демонстрирует способность сероводородной кислоты вступать в реакции обмена с растворами солей. Таким образом, любая растворимая соль свинца является реактивом на сероводород.
Некоторые другие сульфиды металлов также имеют характерную окраску, например: сульфид цинка ZnS — белую, сульфид кадмия CdS — желтую, сульфид меди CuS — черную, сульфид сурьмы Sb₂S₃ — красную.

Кстати, сероводород является нестойким газом и при нагревании практически полностью разлагается на водород и свободную серу:

H₂S → Н₂ + S

Сероводород интенсивно взаимодействует с водными растворами галогенов:

H₂S + 4Cl₂ + 4H₂O→ H₂­SO₄ + 8HCl

Сероводород в природе и жизнедеятельности человека

Сероводород входит в состав вулканических газов, природного газа и газов, сопутствующих месторождениям нефти. Много его и в природных минеральных водах, например, в Черном море он залегает на глубине от 150 метров и ниже.

Сероводород применяют:

• в медицине (лечение сероводородными ваннами и минеральными водами);
• в промышленности (получение серы, серной кислоты и сульфидов);
• в аналитической химии (для осаждения сульфидов тяжелых металлов, которые обычно нерастворимы);
• в органическом синтезе (для получения сернистых аналогов органических спиртов (меркаптанов) и тиофена (серосодержащего ароматического углеводорода).
  Еще одно из недавно появившихся направлений в науке — сероводородная энергетика. Всерьез изучается получение энергии из залежей сероводорода со дна Черного моря.

Природа окислительно-восстановительных реакций серы и водорода

Реакция образования сероводорода является окислительно-восстановительной:

Н₂⁰ + S⁰→ H₂⁺S²⁻

Процесс взаимодействия серы с водородом легко объясняется строением их атомов. Водород занимает первое место в периодической системе, следовательно, заряд его атомного ядра равен (+1), а вокруг ядра атома кружится 1 электрон. Водород с легкостью отдает свой электрон атомам других элементов, превращаясь в положительно заряженный ион водорода — протон:

Н⁰ -1е⁻= Н⁺

Сера находится на шестнадцатой позиции в таблице Менделеева. Значит, заряд ядра ее атома равен (+16), и количество электронов в каждом атоме также 16е⁻. Расположение серы в третьем периоде говорит о том, что ее шестнадцать электронов кружатся вокруг атомного ядра, образуя 3 слоя, на последнем из которых находится 6 валентных электронов. Количество валентных электронов серы соответствует номеру группы VI, в которой она находится в периодической системе.

Итак, сера может отдать все шесть валентных электронов, как в случае образования оксида серы(VI):

2S⁰ + 3O2⁰ → 2S⁺⁶O₃⁻²

Кроме того, в результате окисления серы, 4е⁻могут быть отданы ее атомом другому элементу с образованием оксида серы(IV):

S⁰ + О2⁰ → S⁺4 O2⁻²

Сера может отдать также два электрона c образованием хлорида серы(II) :

S⁰ + Cl2⁰ → S⁺² Cl2⁻

Во всех трех вышеуказанных реакциях сера отдает электроны. Следовательно, она окисляется, но при этом выступает в роли восстановителя для атомов кислорода О и хлора Cl.
Однако в случае образования H2S окисление — удел атомов водорода, поскольку именно они теряют электроны, восстанавливая внешний энергетический уровень серы с шести электронов до восьми. В результате этого каждый атом водорода в его молекуле становится протоном:

Н2⁰-2е⁻ → 2Н⁺,

а молекула серы, наоборот, восстанавливаясь, превращается в отрицательно заряженный анион (S⁻²):
S⁰ + 2е⁻ → S⁻²

Таким образом, в химической реакции образования сероводорода окислителем выступает именно сера.

С точки зрения проявления серой различных степеней окисления, интересно и еще одно взаимодействие оксида серы(IV) и сероводорода — реакция получения свободной серы:

2H₂⁺S-²+ S⁺⁴О₂-²→ 2H₂⁺O-²+ 3S⁰

Как видно из уравнения реакции, и окислителем, и восстановителем в ней являются ионы серы. Два аниона серы (2-) отдают по два своих электрона атому серы в молекуле оксида серы(II), в результате чего все три атома серы восстанавливаются до свободной серы.

2S-² – 4е⁻→ 2S⁰ — восстановитель, окисляется;

S⁺⁴ + 4е⁻→ S⁰ — окислитель, восстанавливается.

Сероводород H2S — наиболее активное из серосодержащих соединений. В нормальных условиях бесцветный газ с неприятным запахом тухлых яиц. Очень ядовит: острое отравление человека наступает уже при концентрациях 0,2–0,3 мг/л, концентрация выше 1 мг/л — смертельна. Сероводород хорошо растворим в воде. Диапазон взрывоопасных концентраций его смеси с воздухом достаточно широк и составляет от 4 до 45% об. При контакте с металлами (особенно если в газе содержится влага) вызывает сильную коррозию. Самый нежелательный компонент в газах нефтепереработки. 

Опасность сероводорода для человека.

Сероводород – очень токсичный газ, действующий непосредственно на нервную систему. По шкале опасности он отнесён к 3 классу. Обязательно учитывайте этот факт всякий раз, когда чувствуете его отчётливый запах. Но что особенно опасно – так это свойство сероводорода притуплять обонятельный нерв, из-за чего человек просто перестаёт различать окружающие его ядовитые пары, и интоксикация может произойти внезапно.

      Смертельная концентрация этого газа в воздухе очень мала – всего 0,1%. Такое количество сероводорода может привести человека к летальному исходу за 10 минут. Стоит лишь немного увеличить концентрацию – и смерть наступает мгновенно, после первого же вдоха. Для примера: в канализационной системе концентрация сероводорода иногда достигает 16%.

      Наиболее заметные признаки сильного отравления сероводородом: отёк лёгких, судороги, паралич нервов, последующая кома. Если в атмосфере сероводород содержится в меньших количествах (от 0,02%), симптомы не столь фатальны, но очень неприятны:  головокружение и головная боль, тошнота и быстрое привыкание к запаху «тухлых яиц».

      Люди, работающие или живущие в непосредственной близости от заводов с сероводородными выбросами, испытывают так называемое хроническое отравление H2S. При этом они начинают хуже себя чувствовать, испытывают головные боли, стремительно теряют вес, учащаются случаи обмороков, а во рту появляется привкус металла. Сероводород также отрицательно действует на зрение, поражая слизистую оболочку глаза и вызывая конъюнктивит, светобоязнь.

      Отравление сероводородом вылечить можно, если быстро принять необходимые меры: вывести пострадавшего на свежий воздух, обогатить его лёгкие кислородом, ввести сердечные и дыхательные аналептики, препараты железа, глюкозу, витамины.

ПДК (Предельно-допустимая концентрация)

ПДК сероводорода (H2S) в воздухе в рабочей зоне—10 мг/м3 (ГН 2.2.5.1313-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны), в смеси с углеводородами —3 мг/м3.

ПДК сероводорода (H2S) в воздухе населенных мест—0,008 мг/м3(ГН 2.1.6.1338-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест).

Ощутимый запах сероводорода отмечается при концентрации  сероводорода 1,4—2,3 мг/м3, значительный запах —при 4 мг/м3, тяжелый запах при 7—11 мг/м3

Токсикология.

Очень токсичен. Вдыхание воздуха с небольшим содержанием сероводорода вызывает головокружение, головную боль, тошноту, а со значительной концентрацией приводит к коме, судорогам, отёку лёгких и даже к летальному исходу. При высокой концентрации однократное вдыхание может вызвать мгновенную смерть. При вдыхании воздуха с небольшими концентрациями у человека довольно быстро возникает адаптация к неприятному запаху «тухлых яиц», и он перестаёт ощущаться. Во рту возникает сладковатый металлический привкус.

При вдыхании воздуха с большой концентрацией, из-за паралича обонятельного нерва, запах сероводорода почти сразу перестаёт ощущаться.

Как образуется.

В природе встречается довольно редко в составе попутных нефтяных газов, природного газа, вулканических газах, в растворённом виде в природных водах (например, в Чёрном море слои воды, расположенные глубже 150—200 м содержат растворённый сероводород). Образуется при гниении белков, только тех, которые содержат в составе серосодержащие аминокислоты метионин и/или цистеин. Небольшое количество сероводорода содержится в кишечных газах человека и животных. Также содержится в сырой нефти.

Сероводород в воде: что это и как проявляется? Неприятный запах гниения или “тухлых” яиц от воды – серьезный повод задуматься о ее качестве. Водопроводная вода проходит разные стадии очистки перед попаданием в кран, а вот скважина или колодец вполне может преподнести такой “ароматный” сюрприз. И в этом случае хозяину дома придется взять все работы по избавлению от неприятного запаха и предотвращению отравления домочадцев, вызываемых присутствием сернистого водорода в воде, в свои руки. Если ваша вода пахнет болотом, ищите причины здесь!

Сероводород в воде: химическая природа

Сернистый водород – газ без цвета с неприятным острым запахом протухшей органики, имеющий сладковатый металлический привкус при вдыхании. В воде растворим в небольших пропорциях. Водный раствор H2S проявляет слабые кислотные свойства:

Ka = 6,9 х 10-7 моль/л; pKa = 6,89

Запах сероводорода в воде может нанести вред организму. Сероводород очень ядовит при попадании внутрь через дыхательные пути. Даже незначительные концентрации могут привести к отравлению организма вплоть до летального исхода.

Почему вода в скважине пахнет сероводородом

Сероводород, содержащийся в глубинных водных пластах, проходящих сквозь сульфидные руды, имеет преимущественно неорганическую природу. Он может присутствовать как в воде, извлекаемой из глубоководных скважин, так и в поверхностных водоносных слоях. Является продуктом разложения сульфидов металлов, чаще всего FeS, кислыми водными растворами.

Сероводород (H2S) вырабатывается сульфобактериями, которые распространены в подземных водоносных пластах. Они работают как восстановитель растворенных в воде сульфатов и сульфидов до сернистого водорода. Большинство сульфобактерий предпочитают анаэробную или бескиcлородную среду детрита, иловых отложений, артезианских водных горизонтов. Некоторые виды сульфатредуцирующих бактерий – тионовые – отлично себя чувствуют при избытке кислорода.

Сероводород органического происхождения выделяется при протекании процессов разложения органических остатков растений и животных. Токсичные его концентрации накапливаются в водосточных канавах, помойных ямах, дубильных чанах, в серных рудниках и угольных шахтах.

В питьевом водоснабжении здесь в зоне риска находятся неглубокие скважины и колодцы, куда во время паводка или сильных ливней может просачиваться вместе с водой органика.

В колодце или скважине сероводород в воде может появиться в результате:

• нарушения герметичности обсадной трубы: соединения серы просачиваются из грунта;
• накопление осадка, содержащего серобактерии на стенках и дне водозаборной трубы;
• загрязнение илом стенок водозаборной трубы и дна;
• попадания из подземных вод, проходящих сквозь близлежащий пласт сульфоруды;
• техногенного загрязнения грунтовых вод.

Важно вовремя выявить причину запаха сероводорода из воды и устранить ее.

Характерные признаки того, что вода в скважине содержит сероводород

Главный признак, указывающий на присутствие сероводорода в воде – это неприятный “протухший” запах и сладковатый привкус воды, оставляющий металлическое послевкусие. Однако при незначительной концентрации сероводорода в воде, уловить запах может быть проблематично. Наоборот, при высоком содержании, H2S блокирует обонятельные рецепторы и может создать ложное ощущение того, что газа в воде нет.

Если на дне водного источника накопился осадок черного цвета, это также свидетельствует о наличии сероводорода в воде. Точную концентрацию сероводорода в воде можно выявить в лаборатории с помощью бактериологического анализа.

Как определить сероводород в воде

Сероводород действует на обонятельный нерв, парализуя его. Поэтому при постоянном присутствии газа в воде, запах может перестать ощущаться.

Элементарный анализ на содержание сероводорода в природной воде можно провести в домашних условиях. Налейте воду в прозрачный стакан и оставьте на окне. Вода, которая содержит сероводород, при нахождении на воздухе мутнеет из-за выделяющейся серы. На свету процесс ускоряется. Такая реакция является следствием окисления сернистого водорода кислородом воздуха.

Содержание сероводорода в воде для питьевого водоснабжение ограничено верхним пределом в 0,03 мг/л, а сульфидов – в 3 мг/л. Такие показатели установлены в СанПиН 2.1.4.559-96 и СанПиН 2.1.4.1074-01.

Определить точную концентрацию сульфидов и сероводорода в воде поможет проведение анализа пробы воды в лабораторных условиях. Результаты покажут степень превышения ПДК и сопутствующие загрязнения. Это поможет подобрать правильный метод удаления сероводорода из воды и выбор установок по обезвреживанию. Подробнее, как удалить сероводород из воды, мы рассказали в нашей статье “Очистка воды от сероводорода”.

Для получения достоверных результатов анализа важно правильно отобрать пробы:

1. Воду лучше набирать в стерильный сосуд во избежание загрязнения побочными продуктами.
2. Перед забором пробы рекомендуется сливать воду в течение 5 – 10 минут.
3. От времени взятия проб до проведения анализа должно пройти не более 2 часов.

Влияние сероводорода на организм человека: польза и вред

Как и любое другое вещество, сероводород может быть вреден или полезен для организма в зависимости от его концентраций.

Польза сероводорода в воде

Физиотерапевты сходятся во мнении, что вода с растворенным сероводородом оказывает оздоравливающее воздействие на организм. В терапевтических целях сероводородная вода применяется в бальнеологии и для лечебного питья в здравницах, санаториях и оздоровительных центрах.

Свободный сульфоводород в такой воде обладает активным химическим действием и существенно влияет на метаболизм:

• укрепляет стенки сосудов сердечной мышцы;
• снимает воспалительные процессы;
• способствует укреплению связок и суставов;
• повышает иммунитет, снимает усталость и напряжение.

Из водного раствора в организм сероводород проникает через кожный покров, дыхательные органы, слизистые оболочки. В крови сернистый водород циркулирует относительно недолго: окисление газа происходит в печени до сульфатов и удаляется из организма в достаточно короткий период времени.

В качестве лечебного питья применяют слабосульфидные водные растворы, содержащие 10 – 35 мг/л свободного сероводорода и тиосульфидов. Сероводородная вода вызывает слабительный и желчегонный эффект, уменьшает секрецию желудка. Вода, содержащая сернистый водород, работает как антиоксидант при заболеваниях печени, хорошо помогает для восстановления после отравления тяжелыми металлами в хронической форме.

Вред воды с сероводородом

Однако надо понимать, что вода из природных сероводородных источников содержит кроме сернистого водорода другие полезные минералы и соединения натрия, кальция, магния и оказывает комплексное лечебное действие на организм только при определенной дозировке и кратковременном приеме. Лечебный курс составляет от 10 до 15 сеансов, с периодичностью проведения – 1 раз в 2 дня. Водные процедуры проводятся в помещениях, оснащенных мощной приточно-вытяжной системой вентиляции. Оптимальная температура нагрева воды – 37 градусов, продолжительность сеанса – 10 минут.

Продолжительное вдыхание паров сероводорода и систематическое употребление его внутрь вместе с питьевой водой выше ПДК (0,03 мг/л) неизбежно приведет к серьезному расстройству здоровья. По интенсивности “тухлого” запаха нельзя судить о концентрации сероводорода, так как запах воспринимается только при низких концентрациях. Порог восприимчивости индивидуален и находится в пределах 0,0000025 – 0,0008 объемных %. При высоком содержании сероводорода в воде возможен паралич обонятельных рецепторов и запах перестает ощущаться.

Опасна ли вода с сероводородом

Сероводород образует с гемоглобином соединения, провоцирующие медленно протекающую кислородную недостаточность. Этот процесс больше всего опасен для детей. При вдыхании воздуха, содержащего даже незначительные количества сероводорода:

• затрудняется снабжение органов и тканей кислородом;
• развиваются головные боли, головокружение;
• появляются симптомы отравления, нарушения зрения;
• происходит воспаление слизистых носоглотки.

При высоких концентрациях сернистого водорода парализуется работа обонятельных и вкусовых рецепторов, может развиться конъюнктивит и бронхит с кровянистой мокротой. В тяжелых случаях возникает отек легких, тахикардия, судороги, нарушение сознания, остановка дыхания. При вдыхании сероводорода с концентрацией в воздухе 0,05 объемных % в течение 30 минут наступает смерть.

Что такое сероводород в воде

Воду с запахом сероводорода нельзя использовать в санитарно-бытовых целях, для поения животных. Сероводород в воде вызывает потемнение эмали ванн и другой сантехники.

Вода с сероводородом инициирует коррозию металла, активно катализируя этот процесс. Раствор серного водорода обладает свойствами кислоты и реагирует почти со всеми металлами с образованием сульфидов. При взаимодействии со сталью, выпадает осадок сернистого железа FeS, который скапливается на стенках трубопроводов, коммуникационных устройствах, бытовых приборах и способствует появлению коррозии.

Бороться с сероводородной коррозией чрезвычайно трудно: несмотря на добавки ингибиторов кислотной коррозии, трубы из специальных марок нержавеющей стали быстро выходят из строя.

Что делать, если вода пахнет сероводородом

Сероводород в воде при кипении: надо заметить, что иногда характерный запах сероводорода появляется только от горячей воды, нагретой через бойлер. В этом случае, место продуцирования сероводорода находится непосредственно в нагревательном элементе, где застаивается вода и начинаются процессы разложения органических компонентов исходного водного раствора. Кроме того образующийся сероводород портит нагревательный тен, провоцируя его коррозию. В этом случае поможет только генеральная чистка нагревательного прибора и профилактика застаивания воды.

Если вы обнаружили растворенный сероводород в воде, стоит немедленно задуматься о его очистке. Для удаления сероводорода из воды применяют физические, химические и биохимические методы. Наибольшую эффективность демонстрируют физические методы аэрации, осаждения газа на сорбционных угольных фильтрах, химическое удаление запаха. Более подробно, о том, как очистить воду от сероводорода читайте в нашей статье “Что делать, есть в воде сероводород”.