Хімія. Профільний рівень. 11 клас. Григорович

§ 31. Гідроген сульфід. Сульфідна кислота. Сульфіди

Пригадайте: значення водневих зв'язків для фізичних властивостей речовин (за § 8).

Фізичні властивості

Гідроген сульфід, або сірководень, H₂S — летка сполука Сульфуру з Гідрогеном. Він є електронним аналогом води, але за властивостями дуже відрізняється від неї, хоча має схожу хімічну формулу. Відмінності зумовлені насамперед тим, що полярність зв’язку Η-S значно менша, ніж у зв’язку Н-О, а також тим, що молекули гідроген сульфіду не утворюють водневих зв’язків.

Гідроген сульфід:

• безбарвний газ, важчий за повітря, з характерним неприємним запахом тухлих яєць чи тухлого м’яса і солодкуватим смаком;

• помірно добре розчиняється у воді: 291 мл газу у 100 г води за 20 °С;

• t_пл_. = -83 °С, t_кип. = -61 °С; хоча молекула гідроген сульфіду майже у два рази важча за молекулу води, його температура кипіння на 160 °С менша за температуру кипіння води через відсутність водневих зв’язків;

• дуже отруйний, негативно діє на нервову та серцево-судинну системи людини.

Сульфідна кислота — це розчин гідроген сульфіду у воді. Через обмежену розчинність гідроген сульфід виділяється із сульфідної кислоти і надає їй специфічного запаху. Сульфідна кислота не може бути концентрованою: навіть у насиченому розчині масова частка гідроген сульфіду не перевищує 0,5 %. Гідроген сульфід у сульфідній кислоті повільно окиснюється киснем повітря, через що в ній поступово з’являється осад сірки.

Хімічні властивості гідроген сульфіду

• Розкладання. Гідроген сульфід у порівнянні з водою менш стабільний. За нагрівання до високої температури відбувається його розкладання:

• Реакції з киснем. Гідроген сульфід пожежонебезпечний і добре горить.

За надлишку кисню утворюються вода і сульфур(ІV) оксид:

2H₂S + 3О₂ = 2Н₂О + 2SO₂

За нестачі кисню відбувається неповне окиснення, цей процес використовують для добування сірки в промисловості:

2H₂S + О₂ = 2Н₂О + 2S↓

Хімічні властивості сульфідної кислоти

• Електролітична дисоціація. Сульфідна кислота є двохосновною, у розчині вона дисоціює за двома стадіями. Але сульфідна кислота дуже слабка, за першою стадією в насиченому розчині дисоціює лише 0,2 % її молекул. У такому розчині pH дорівнює близько 3,5, що відповідає не дуже кислотному середовищу, але цього достатньо для зміни кольору індикаторів. Під час дисоціації за першою стадією утворюються гідрогенсульфід-іони:

H₂S ⇄ H⁺+ HS^-

За другою стадією утворюються сульфід-іони, але їх дуже мало, оскільки на цій стадії дисоціюють лише мільйонні частки відсотка молекул:

HS^- ⇄ H⁺+ S²^-

• Взаємодія з лугами. Сульфідна кислота дуже слабка, тому серед речовин основного характеру взаємодіє лише з лугами (сильними основами). Через двохосновність вона утворює два види солей — сульфіди (Na₂S) і гідрогенсульфіди (NaHS):

• кислі (за нестачі лугу):

H₂S + NaOH = NaHS + Н₂О

• середні (за надлишку лугу):

H₂S + 2NaOH = Na₂S + 2Н₂О

Фізіологічна дія гідроген сульфіду

У лабораторії гідроген сульфід добувають переважно із сульфідів. Оскільки сульфідна кислота слабка й летка, її легко можна витіснити будь-якою сильнішою кислотою (навіть оцтова кислота сильніша за сульфідну):

FeS + 2НСl = FeCl₂ + H₂S↑

Якщо реакції із сірководнем проводити не у витяжній шафі, то він буде поширюватися в повітрі. Це дуже небезпечно. Першим симптомом отруєння сірководнем є втрата нюху, потім з’являються головний біль, запаморочення, нудота. Вдихання сірководню у значних кількостях може спричинити непритомність, а якщо постраждалого своєчасно не вивести на свіже повітря — то навіть смерть від паралічу дихання. Гранично допустима концентрація гідроген сульфіду в повітрі становить 0,01 мг/л.

Слід знати і пам’ятати про «підступну» властивість гідроген сульфіду: за високої концентрації цього газу в повітрі людина перестає відчувати його запах, тому відчуття небезпеки втрачається. Саме тому всі роботи з гідроген сульфідом обов’язково проводять у витяжній шафі.

Поширеність та застосування гідроген сульфіду

У природі гідроген сульфід міститься в супутніх нафтових газах, природному та вулканічному газах. У незначній кількості він утворюється під час гниття білків, у складі яких є залишки молекул сульфуровмісних кислот. У невеликій кількості міститься в кишечних газах тварин і людини.

Гідроген сульфід також міститься в багатьох природних водах. У Чорному морі завглибшки 150-200 м у воді розчинено багато гідроген сульфіду, тому на цих глибинах майже відсутнє життя.

Коли вулканічні гази з гідроген сульфідом проходять крізь підземні скупчення води, то в тих місцях виникають сірководневі гейзери або джерела сірководневих мінеральних вод.

Природні води з умістом сірководню мають лікувальні властивості. В Україні такі курорти є на Закарпатті (Синяк), Івано-Франківщині (Черч), Буковині (Брусниця) та на Львівщині (Немирів, Любень Великий, Шкло). Також у Трускавці випускають сірководневу мінеральну воду «Нафтуся».

Більшу частину гідроген сульфіду використовують для одержання сірки (майже 98 % світового виробництва).

Сульфіди

Сульфіди — поширені в природі солі, часто вони утворюють металічні руди. У воді розчиняються сульфіди лише лужних елементів, а також більшість гідрогенсульфідів. Багато сульфідів мають характерний колір: кіновар HgS — червоний, антимоніт Sb₂S₃ — свинцево-сірий, гринокіт CdS — жовтий, алабандин MnS — чорно-бурий, ковелін CuS — індиго-синій.

Відомі також солі дисульфіди. Деякі з них трапляються в природі, наприклад ферум(ІІ) дисульфід FeS₂, більш відомий за назвою пірит, або залізний колчедан, та халькопірит CuFeS₂ (мал. 31.1). Пірит є сировиною для виробництва сульфатної кислоти. Це йонна сполука, що складається з йонів Fe²⁺ і S₂^2-.

Мал. 31.1. Природні дисульфіди: а — пірит FeS₂; б — халькопірит CuFeS₂

Якісна реакція на гідроген сульфід і сульфід-іон

Плюмбум(II) сульфід утворюється навіть за невисоких концентрацій гідроген сульфіду, він нерозчинний у воді й має виражений чорний колір, що використовують для виявлення сульфід-іонів. Для проведення якісної реакції до розчину додають будь-яку розчинну сіль Плюмбуму(II) — зазвичай плюмбум(II) ацетат Рb(СН₃СОО)₂ або плюмбум(II) нітрат Pb(NO₃)₂. Якщо після додавання солі в розчині з’являється чорний осад, то в цьому зразку наявні сульфід-іони:

Pb(NO₃)₂+ H₂S = PbS↓ + 2HNO₃

Для виявлення гідроген сульфіду в повітрі або іншій суміші газів цю суміш необхідно пропустити крізь розчин солі Плюмбуму(II) або помістити в неї фільтрувальний папір, змочений розчином цієї солі.

Ключова ідея

Гідроген сульфід досить небезпечна речовина, з якою необхідно поводитися вкрай обережно.

Запитання та завдання

172. Схарактеризуйте фізичні властивості гідроген сульфіду та сульфідної кислоти.

173. Поясніть, чому гідроген сульфід має нижчі за воду температури плавлення й кипіння.

174. Які типи сульфідів може утворювати сульфідна кислота? Які з них розчинні у воді, а які — ні?

175. Опишіть якісну реакцію на сульфід-іони. Який реактив для цього використовують?

176. Сульфіди багатьох тривалентних металічних елементів, наприклад Алюмінію і Феруму, розкладаються водою з утворенням гідроксиду й сірководню. Складіть рівняння реакцій.

177. Схарактеризуйте хімічні властивості гідроген сульфіду за наведеними схемами реакцій. Для окисно-відновних реакцій складіть електронний баланс.