ไฮโดรเจนซัลไฟด์

ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (อังกฤษ: hydrogen sulfide หรือ hydrogen sulphide) หรือ แก๊สไข่เน่า เป็นสารประกอบที่มีสูตรเคมีเป็น H₂S ไม่มีสี, เป็นพิษ และเป็นแก๊สไวไฟ มีกลิ่นเน่าเหม็นคล้ายไข่เน่า^[11] บ่อยครั้งเป็นผลจากแบคทีเรียย่อยสลายซัลไฟต์ในสารอนินทรีย์ในสภาวะขาดออกซิเจน เช่นใน หนองน้ำและท่อระบายน้ำ (การย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน) นอกจากนั้นยังพบในแก๊สจากภูเขาไฟ ก๊าซธรรมชาติ และบ่อน้ำบางบ่อ กลิ่นของ H₂S ไม่ใช่คุณสมบัติโดยทั่วไปของกำมะถัน ซึ่งในความจริงแล้วไม่มีกลิ่น

ไฮโดรเจนซัลไฟด์

Ball-and-stick model of hydrogen sulfide เหลือง (บน): ซัลเฟอร์, ขาว (ล่าง): ไฮโดรเจน Spacefill model of hydrogen sulfide
ชื่อ
Systematic IUPAC name Hydrogen sulfide[1]
ชื่ออื่น Dihydrogen monosulfide Sour gas Dihydrogen sulfide ก๊าซท่อระบายน้ำ ก๊าซไข่เน่า Sulfane Sulfurated hydrogen Sulfureted hydrogen Sulfuretted hydrogen Sulfur hydride Hydrosulfuric acid Hydrothionic acid Thiohydroxic acid Sulfhydric acid
เลขทะเบียน
เลขทะเบียน CAS	7783-06-4 Y
3D model (JSmol)	รูปภาพแบบโต้ตอบ
3DMet	B01206
Beilstein Reference	3535004
ChEBI	CHEBI:16136 Y
ChEMBL	ChEMBL1200739 N
เคมสไปเดอร์	391 Y
ECHA InfoCard	100.029.070
EC Number	231-977-3
Gmelin Reference	303
KEGG	C00283 Y
MeSH	Hydrogen+sulfide
ผับเคม CID	402
RTECS number	MX1225000
UNII	YY9FVM7NSN Y
UN number	1053
CompTox Dashboard (EPA)	DTXSID4024149
InChI InChI=1S/H2S/h1H2 Y Key: RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Y InChI=1/H2S/h1H2 Key: RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYAJ
SMILES S
คุณสมบัติ
สูตรเคมี	H2S
มวลโมเลกุล	34.08 g·mol−1
ลักษณะทางกายภาพ	แก๊สไร้สี
กลิ่น	เหม็นฉุนเหมือนไข่เน่า
ความหนาแน่น	1.539 g.L−1 (0°C)[2]
จุดหลอมเหลว	−85.5[3] องศาเซลเซียส (−121.9 องศาฟาเรนไฮต์; 187.7 เคลวิน)
จุดเดือด	−59.55[3] องศาเซลเซียส (−75.19 องศาฟาเรนไฮต์; 213.60 เคลวิน)
ละลายในน้ำ	3.980 g dm−3 (ที่ 20 °C) [4]
ความดันไอ	1740 kPa (at 21 °C)
pKa	7.0[5][6]
กรด	Sulfonium
เบส	Bisulfide
Magnetic susceptibility (χ)	−25.5·10−6 cm3/mol
ดัชนีหักเหแสง (nD)	1.000644 (0 °C)[2]
โครงสร้าง
กลุ่มจุด	C2v
รูปร่างโมเลกุล	โค้ง
Dipole moment	0.97 D
อุณหเคมี
ความจุความร้อน (C)	1.003 J K−1 g−1
Std molar entropy (S⦵298)	206 J mol−1 K−1[7]
Std enthalpy of formation (ΔfH⦵298)	−21 kJ mol−1[7]
ความอันตราย
อาชีวอนามัยและความปลอดภัย (OHS/OSH):
อันตรายหลัก	ติดไฟและเป็นพิษสูง
GHS labelling:
Pictograms
Signal word	อันตราย
Hazard statements	H220, H330, H400
Precautionary statements	P210, P260, P271, P273, P284, P304+P340, P310, P320, P377, P381, P391, P403, P403+P233, P405, P501
NFPA 704 (fire diamond)	4 4 0
จุดวาบไฟ	−82.4 องศาเซลเซียส (−116.3 องศาฟาเรนไฮต์; 190.8 เคลวิน)[8]
อุณหภูมิที่ ติดไฟได้เอง	232 องศาเซลเซียส (450 องศาฟาเรนไฮต์; 505 เคลวิน)
ขีดจำกัดการระเบิด	4.3–46%
ปริมาณหรือความเข้มข้น (LD, LC):
LC50 (median concentration)	713 ppm (หนู, 1 ชั่วโมง) 673 ppm (หนูบ้าน, 1 ชั่วโมง) 634 ppm (หนู, 1 ชั่วโมง) 444 ppm (หนู, 4 ชั่วโมง)[9]
LCLo (lowest published)	600 ppm (มนุษย์, 30 นาที) 800 ppm (มนุษย์, 5 นาที)[9]
NIOSH (US health exposure limits):
PEL (Permissible)	C 20 ppm; 50 ppm [สูงสุด 10 นาที][10]
REL (Recommended)	C 10 ppm (15 mg/m3) [10 นาที][10]
IDLH (Immediate danger)	100 ppm[10]
สารประกอบอื่นที่เกี่ยวข้องกัน
hydrogen chalcogenidesที่เกี่ยวข้อง	น้ำ Hydrogen selenide Hydrogen telluride Hydrogen polonide Hydrogen disulfide Sulfanyl
สารประกอบที่เกี่ยวข้อง	ฟอสฟีน
หากมิได้ระบุเป็นอื่น ข้อมูลข้างต้นนี้คือข้อมูลสาร ณ ภาวะมาตรฐานที่ 25 °C, 100 kPa อ้างอิงกล่องข้อมูล

คาร์ล วิลเฮ็ล์ม เชเลอ นักเคมีชาวสวีเดนเป็นผู้ค้นพบไฮโดรเจนซัลไฟด์ในปี 1777

คุณสมบัติ

ไฮโดรเจนซัลไฟด์หนาแน่นกว่าอากาศเล็กน้อย ส่วนผสมระหว่าง H₂S กับอากาศ สามารถระเบิดได้ เมื่อไฮโดรเจนซัลไฟด์เผาไหม้ในออกซิเจนจะให้เปลวไฟสีน้ำเงินและเกิดซัลเฟอร์ไดออกไซด์กับน้ำเป็นผลิตภัณฑ์ดังสมการ

2H₂S + 3O₂ → 2SO₂ + 2H₂O

โดยทั่วไปแล้วไฮโดรเจนซัลไฟด์มีฤทธิ์เป็นตัวรีดิวซ์ โดยเฉพาะเมื่ออยู่ในสภาวะเบส ซึ่งจะอยู่ในรูป SH^-

ในอุณหภูมิสูง หรือเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรเจนซัลไฟด์สามารถทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์ไดออกไซด์เกิดเป็นกำมะถันและน้ำดังสมการ

2H₂S + SO₂ → 3S + 2H₂O

ปฏิกิริยาดังกล่าว ใช้ในกระบวนการเคลาส์ ซึ่งเป็นกระบวนการสำคัญสำหรับกำจัดไฮโดรเจนซัลไฟด์ในภาคอุตสากรรม

ไฮโดรเจนซัลไฟด์ละลายน้ำได้เล็กน้อย และสามารถแสดงฤทธิ์เป็นกรดได้ (pK_a = 6.9 ในสารละลาย 0.01-0.1M ที่ 18 °C) สารละลายของไฮโดรเจนซัลไฟด์ไม่มีสี แต่เมื่อถูกอากาศ จะถูกออกซิไดส์อย่างช้า ๆ เกิดความขุ่นจากกำมะถันซึ่งไม่ละลายน้ำ

ไฮโดรเจนซัลไฟด์ทำปฏิกิริยากับโลหะหลายชนิดเกิดเป็นเกลือซัลไฟด์ ซึ่งมักเป็นสีดำและไม่ละลายน้ำ ดังนั้นจึงมักใช้กระดาษชุบเลด(II)แอซิเตตในการทดสอบไฮโดรเจนซัลไฟด์ การนำโลหะซัลไฟด์ไปใส่กรดมักเกิดแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์

การผลิต

ไฮโดรเจนซัลไฟด์ โดยทั่วไปแล้วผลิตโดยการแยกจากแก๊สธรรมชาติที่มี H₂S ปน นอกจากนี้ยังอาจผลิตโดยปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับกำมะถันเหลวที่อุณหภูมิที่ 450 °C ซึ่งอาจใช้ไฮโดรคาร์บอนเป็นแหล่งคาร์บอนได้^[12]

แบคทีเรียที่รีดิวซ์ซัลเฟตหรือซัลเฟอร์ สามารถสร้างพลังงานในสภาวะออกซิเจนต่ำโดยใช้ซัลเฟตหรือซัลเฟอร์เพื่อออกซิไดส์สารประกอบอินทรีย์ของไฮโดรเจน และเกิด H₂S เป็นผลพลอยได้

วิธีการสังเคราะห์ปกติในห้องปฏิบัติการ ใช้ไอเอิร์น(II)ซัลไฟด์กับกรดแก่ ดังสมการ

FeS + 2 HCl → FeCl₂ + H₂S

ในการวิเคราะห์สารอนินทรีย์เชิงคุณภาพ สามารถใช้ไทโออะเซตาไมด์ในการผลิต H₂S:

CH₃C(S)NH₂ + H₂O → CH₃C(O)NH₂ + H₂S

ซัลไฟด์ของธาตุโลหะและอโลหะหลายชนิด เช่น อะลูมิเนียมซัลไฟด์ ฟอสฟอรัสเพนตะซัลไฟด์ และซิลิคอนไดซัลไฟด์ เมื่อโดนน้ำแล้วจะให้ไฮโดรเจนซัลไฟด์:

Al₂S₃ + 6 H₂O → 3 H₂S + 2 Al(OH)₃

P₄S₁₀ + 16 H₂O → 10 H₂S + 4 H₃PO₄

SiS₂ + 2 H₂O → 2 H₂S + SiO₂

นอกจากนี้ไฮโดรเจนซัลไฟด์ยังผลิตได้จากการให้ความร้อนกับกำมะถันกับสารอินทรีย์ หรือการรีดิวซ์สารอินทรีย์ที่มีกำมะถันด้วยไฮโดรเจน

การใช้งาน

การผลิตกำมะถัน สารประกอบอินทรีย์ที่มีกำมะถัน และซัลไฟด์ของโลหะแอลคาไล

ประโยชน์สำคัญของไฮโดรเจนซัลไฟด์ คือการเป็นสารตั้งต้นในการผลิตธาตุกำมะถัน สารออร์กาโนซัลเฟอร์หลายชนิดก็ผลิตจากไฮโดรเจนซัลไฟด์ เช่น มีเทนไทออล อีเทนไทออล และกรดไทโอไกลโคลิก

เมื่อทำปฏิกิริยากับเบสของโลหะแอลคาไล ไฮโดรเจนซัลไฟด์จะเกิดเป็นเกลือไฮโดรซัลไฟด์และซัลไฟด์ตามลำดับ เช่น:

H₂S + NaOH → NaSH + H₂O

NaSH + NaOH → Na₂S + H₂O

ซึ่ง NaSH และ Na₂S มีประโยชน์ในอุตสาหกรรมกระดาษ โดยไปทำลายพันธะในเยื่อเคมีในกระบวนการคราฟท์

ในทางกลับกัน เกลือเหล่านี้สามารถเกิดปฏิกิริยากลับไปเป็นไฮโดรเจนซัลไฟด์ในกรดได้ จึงใช้เป็นแหล่งให้ไฮโดรเจนซัลไฟด์ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์บางตัว

อ้างอิง

1. "Hydrogen Sulfide - PubChem Public Chemical Database". The PubChem Project. USA: National Center for Biotechnology Information.
2. Patnaik, Pradyot (2002). Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-049439-8.
3. William M. Haynes (2016). CRC Handbook of Chemistry and Physics (97th ed.). Boca Raton: CRC Press. pp. 4–87. ISBN 978-1-4987-5429-3.
4. "Hydrogen sulfide". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov (ภาษาอังกฤษ).
5. Perrin, D.D. (1982). Ionisation Constants of Inorganic Acids and Bases in Aqueous Solution (2nd ed.). Oxford: Pergamon Press.
6. Bruckenstein, S.; Kolthoff, I.M., in Kolthoff, I.M.; Elving, P.J. Treatise on Analytical Chemistry, Vol. 1, pt. 1; Wiley, NY, 1959, pp. 432–433.
7. Zumdahl, Steven S. (2009). Chemical Principles (6th ed.). Houghton Mifflin Company. p. A23. ISBN 978-0-618-94690-7.
8. "Hydrogen sulfide". npi.gov.au.
9. "Hydrogen sulfide". Immediately Dangerous to Life and Health Concentrations (IDLH). National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
10. NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. "#0337". National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
11. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
12. Francois Pouliquen; Claude Blanc; Emmanuel Arretz; Ives Labat; Jacques Tournier-Lasserve; Alain Ladousse; Jean Nougayrede; Gérard Savin; Raoul Ivaldi; Monique Nicolas; Jean Fialaire; René Millischer; Charles Azema; Lucien Espagno; Henri Hemmer; Jacques Perrot (200). "Hydrogen Sulfide". Ullmann's Encyclopedia of Chemical Industry. doi:10.1002/14356007.a13_467. ISBN 978-3527306732.

ข้อมูลเพิ่มเติม

• Committee on Medical and Biological Effects of Environmental Pollutants (1979). Hydrogen Sulfide. Baltimore: University Park Press. ISBN 978-0-8391-0127-7.
• Siefers, Andrea (2010). A novel and cost-effective hydrogen sulfide removal technology using tire derived rubber particles (วิทยานิพนธ์ MS). Iowa State University. สืบค้นเมื่อ 8 February 2013.

แหล่งข้อมูลอื่น