1. Khí H2S là gì? Cấu trúc khí H2S?
Khí H2S (được gọi là hydro sulfide) là một trong những hợp chất hóa học có những đặc trưng, rất dễ nhận biết.
H2S có cấu trúc tương tự như phân tử nước, H2S là sự kết hợp của 2 nguyên tử H và một nguyên từ S. Trong đó, S là hạt trung tâm và chứa 2 hydro đơn độc được liên kết với một liên kết đơn.
Tuy nhiên, lưu huỳnh không có độ âm điện lớn như oxy nên H2S không phân cực như nước. Do đó, trong H2S tồn tại các lực liên phân tử tương đối yếu và điểm sôi cũng như điểm nóng chảy thấp hơn nhiều so với trong nước.
H2S được hình thành phổ biến nhất do sự phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật trong điều kiện không có oxy (quá trình phân hủy kỵ khí). Khí hydro sulfide cũng được tìm thấy trong khí núi lửa, dầu thô, khí tự nhiên và một số nguồn nước giếng hoặc suối nước nóng. Có một điều thú vị là cơ thể con người cũng tạo ra một lượng nhỏ H2S được dùng tiếp như một phân tử truyền tín hiệu.
2. Tính chất lý hóa của khí H2S:
Khí H2S có những tính chất dưới đây:
2.1. Tính chất vật lý:
– Những tính chất vật lý đặc trưng cho khí H2S như sau:
– Có mùi rất đặc trưng là mùi trứng thối.Là một chất khí dễ cháy.
– Điểm sôi của nước và hiđro sunfua lần lượt là 100 độ C và – 60 độ C.
– Là chất khí đặc và nặng hơn không khí một chút nhưng khá hòa tan trong nước, dung môi hữu cơ.
– Đây là một loại khí độc, không màu, có thể dẫn đến đau đầu ngay cả khi hít phải một lượng nhỏ.
– Ở áp suất trên 90 GPa, H2S trở thành chất dẫn điện kim loại.
2.2. Tính chất hóa học:
– Tính acid yếu:
Có tính axit nên làm giấy quỳ tím chuyển sang màu đỏ.
H2S có khả năng phản ứng với dung dịch kiềm tạo muối trung hòa và nước.
H2S + NaOH → NaHS + H2O
H2S + 2NaOH → Na2S + H2O
H2S có phản ứng với dung dịch muối cacbonat tạo muối trung hòa và nước.
H2S + Na2CO3 → NaHCO3 + NaHS
– Tính khử mạnh: H2S đóng vai trò là chất khử và chủ yếu là khi có mặt của bazơ tạo ra SH-
Hỗn hợp không khí và H2S có thể gây nổ theo phản ứng dưới đây:
2H2S+ 3O2 → 2H2O + 2SO2
H2S phản ứng với kim loại tạo muối sunfua kim loại không hòa tan và thường là chất rắn có màu sẫm:
2H2S + 2K → 2KHS + H2
H2S phản ứng với Ag tạo muối sulfite:
4Ag + 2H2S + O2 → 2Ag2S + 2H2O
H2S bị oxy hóa khi phản ưngs với Clo tạo thành H2SO4 khi có nước:
4Cl2 + H2S + 4H2O → H2SO4 + 8HCl
3. Điều chế khí H2S
Tùy vào điều kiện mà có thể điều chế khí H2S bằng nhiều cách khác nhau như sau:
3.1. Trong phòng thí nghiệm:
H2S được tạo ra bằng phản ứng sắt sunfua bằng axit mạnh trong bình Kipp:
FeS + 2 HCl → FeCl2 + H2S
Hoặc các cách khác như:
– Sunfua kim loại và phi kim tiếp xúc với nước: 6 H2O + Al2S3 → 3 HS + 2Al(OH)3.
– Phân tích Thioacetamide: CH3C(S)NH2 + H2O → CH2C(O)NH2 + H2S.
3.2. Trong công nghiệp:
Phương pháp phổ biến nhất để sản xuất hydro sunfua là tách nó ra khỏi “khí chua” – một loại khí tự nhiên có hàm lượng H2S cao.
Ngoài ra, nó còn được điều chế bằng những cách khác như:
Dùng S nguyên tố nóng chảy tác dụng với H2 ở khoảng 450 độ C.
Vi khuẩn khử sunfat oxy hóa các hợp chất hữu cơ hoặc H2 trong điều kiện oxy thấp.
4. Khí H2S có độc không?
Khí Hydrogen Sulfide (H2S) là một loại khí có tính độc vì nhiều nguyên nhân dưới đây:
– Đặc điểm nguy hiểm của H2S là sự dễ nổ, gây nguy cơ đe dọa tính mạng trong trường hợp không xử lý cẩn thận. Đồng thời, khí này cũng có khả năng cháy tạo thành các hợp chất khác gây ô nhiễm và độc hại như Lưu Huỳnh Dioxid (SO2).
– Khi tiếp xúc với H2S ở nồng độ thấp, chúng ta có thể gặp phải một số triệu chứng như kích ứng mũi, họng, mắt; buồn nôn; khó thở; đau đầu; giảm trí nhớ; mệt mỏi và rối loạn cân bằng cơ thể. Đối với những người bị hen suyễn, triệu chứng khó thở có thể trở nên trầm trọng.
– Tiếp xúc ngắn hạn với H2S ở nồng độ cao (thường từ 1000 ppm trở lên) có thể gây bất tỉnh và gây ra tổn thương vĩnh viễn hoặc kéo dài như đau đầu, suy giảm khả năng tập trung, chóng mặt, suy yếu trí nhớ và rối loạn chức năng vận động.
* Khí Hidro Sunfua nhận biết ra sao:
Theo tài liệu của Cơ quan Quản lý an toàn và sức khỏe nghề nghiệp Mỹ nếu nồng độ khí Hidro Sunfua dưới 0,025ppm, mùi sẽ không rõ ràng. Tùy mỗi người mà có thể cảm nhận được mùi có hay không. Với nồng độ từ 3 – 5 ppm, mùi trứng thối tỏa ra rõ ràng hơn.
Nồng độ khí: 100ppm à mùi trứng thối nặng, gây kích thích đến màng phổi của con người. Nếu hít thở lâu (1 tiếng đồng hồ) sẽ gây ảnh hưởng đến mắt và đường hô hấp. Nếu hít thở liên tục trên 8 giờ có thể gây ra tử vong.
Nồng độ khí khoảng 400ppm -700ppm à trong vòng khoảng 30 phút sẽ nguy hiểm đến tính mạng.
Tại nồng độ trên 800ppm: có thể gây ra mất ý thức, và làm người bị nạn tử vong ngay lập tức.
* Cách xử lý và các biện pháp phòng tránh ngạt khí H2S – hidro sunfua:
Các chuyên gia khuyến cáo rằng nếu phát hiện mùi hơi trứng thối H2S trong quá trình làm việc và sinh hoạt, cần lưu ý để bảo vệ tính mạng ngay tức khắc. Nếu bạn phát hiện cảm giác đau đầu, choáng váng, hãy nhanh chóng di chuyển đến một nơi thoáng đãng. Trường hợp triệu chứng nghiêm trọng hơn, bạn nên sử dụng oxy ngay lập tức.
Các khu vực có nồng độ khí H2S cao như giếng, bể chứa cần được vệ sinh kỹ lưỡng. Trước khi tiến hành việc dọn dẹp bể chứa hoặc hầm, bạn cần sử dụng quạt hay thiết bị tạo dưỡng khí hoặc các thiết bị bảo hộ liên quan (nếu có) để đảm bảo an toàn.
5. Ứng dụng của khí H2S trong đời sống:
H2S được ứng dụng trong nhiều ngành khác nhau như sau:
* Công nghiệp: Hidro sunfua được sử dụng trong quá trình sản xuất lưu huỳnh và các chất khác có chứa lưu huỳnh. Nó có thể được sử dụng để tách lưu huỳnh từ các nguồn khác nhau và sản xuất các hợp chất lưu huỳnh khác.
Một đơn vị thu hồi lưu huỳnh Claus bao gồm lò đốt, nồi hơi thải nhiệt, bình ngưng lưu huỳnh và một loạt các giai đoạn xúc tác, mỗi giai đoạn sử dụng quá trình hâm nóng, lớp xúc tác và bình ngưng lưu huỳnh. Thông thường, hai hoặc ba giai đoạn xúc tác được sử dụng.
Quá trình Claus chuyển đổi hydro sunfua thành lưu huỳnh nguyên tố thông qua phản ứng hai bước.
Giai đoạn đầu tiên liên quan đến quá trình đốt cháy có kiểm soát của khí nạp để chuyển đổi khoảng một phần ba hydro sunfua thành lưu huỳnh đioxit và phản ứng không xúc tác của hydro sunfua không được đốt cháy bằng sulfur dioxide.
Trong giai đoạn thứ hai, phản ứng Claus, hydro sunfua và lưu huỳnh đioxit phản ứng với chất xúc tác để tạo ra lưu huỳnh và nước.
Lượng không khí đốt được kiểm soát chặt chẽ để tối đa hóa thu hồi lưu huỳnh, nghĩa là duy trì phản ứng cân bằng hóa học của hydro sunfua 2: 1 với lưu huỳnh đioxit thông qua các lò phản ứng xuôi dòng.
Thông thường, có thể thu hồi lưu huỳnh tới 97%
* Khoan dầu: Trong ngành công nghiệp dầu khí, hidro sunfua thường xuất hiện trong các giếng khoan dầu và khí, đồng thời cũng là một chất gây nguy hại cho môi trường. Việc phát hiện và xử lý hidro sunfua trong quá trình khoan dầu là rất quan trọng để bảo vệ môi trường và đảm bảo an toàn cho nhân viên làm việc.
* Hóa học: Hidro sunfua cũng được sử dụng trong một số quy trình hóa học. Ví dụ, nó có thể được sử dụng làm chất oxi hóa trong một số phản ứng hoá học. Ngoài ra, hidro sunfua cũng có thể làm chất khử trong nhưng quá trình oxy hoá khác.
* Y tế: Hidro sunfua được sử dụng trong một số ứng dụng y tế như giảm đau, làm giảm tác động của vi khuẩn và vi rút, và giúp cải thiện các triệu chứng của một số bệnh.
Các nhà khoa học tại Đại học Exeter đã phát hiện ra rằng tế bào tiếp xúc với một lượng nhỏ khí hydro sunfua có thể ngăn ngừa tổn thương ty thể.
Khi tế bào bị căng thẳng với bệnh, các enzyme bị thu hút vào tế bào để tạo ra một lượng nhỏ hydro sunfua. Nghiên cứu này có thể có nhiều ý nghĩa hơn trong việc ngăn ngừa đột quỵ, bệnh tim và viêm khớp (Stampler, 2014).
Hydrogen sulfide có thể có đặc tính chống lão hóa bằng cách ngăn chặn các hóa chất phá hủy trong tế bào, có đặc tính tương tự resveratrol, một chất chống oxy hóa có trong rượu vang đỏ.Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hidro sunfua là một chất có độc tính cao và có thể gây nguy hiểm cho con người và môi trường nếu không được sử dụng một cách cẩn thận. Do đó, việc sử dụng hidro sunfua phải tuân thủ các quy định an toàn và hướng dẫn từ các cơ quan chức năng.