Sulfuro de Hidrógeno
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El Sulfuro de Hidrógeno, cuya solución acuosa es el Ácido Sulfhídrico, se utiliza para monitorización de emisiones ambientales, control de higiene industrial, traza de impurezas en analizadores y como gas de balance en algunas mezclas de gases.
Sumario
Historia
El ácido sulfhídrico se encuentra naturalmente en el petróleo crudo, gas natural, gases volcánicos y manantiales de aguas termales. También se puede encontrar en aguas pantanosas, lagunas o aguas estancadas, desagües, estanques de harina o aceite de pescado, barcos pesqueros y alcantarillados. Se han producido muertes en lagos o lagunas detenidas cuando el ácido sulfhídrico borbota desde las profundidades alcanzando a personas en su superficie. Como este ácido es más denso que el agua, se producen fraccionamientos por diferencia de densidad. Generalmente es por descomposición anaerobia de restos orgánicos.
También puede ocurrir como resultado de la degradación bacteriana de materia orgánica en condiciones anaeróbicas. Se genera en refinerías de petróleo.
El ácido sulfhídrico es extremadamente nocivo para la salud, bastan 20-50 partes por millón (ppm) en el aire para causar un malestar agudo que lleva a la sofocación y la muerte por sobrexposición. Debido a su toxicidad, está ubicado directamente abajo del ácido cianhídrico (HCN). Es habitual que obreros del sector portuario sean afectados con resultados fatales cuando se introducen a bodegas que han transportado productos derivados de la pesca. En este caso, la fuente del ácido sulfhídrico son las proteínas sulfuradas que se degradan liberando el mencionado ácido.
Propiedades físicas
- Peso Molecular : 34.08 g/mol
- Punto de fusión : -86 °C
- Calor latente de fusión (1,013 bar, en el punto triple) : 69.75 kJ/kg
- Densidad del líquido (1.013 bar en el punto de ebullición) : 914.9 kg/m3
- Equivalente Líquido/Gas (1.013 bar y 15 °C (59 °F)) : 638 vol/vol
- Punto de ebullición (1.013 bar) : -60.2 °C
- Calor latente de vaporización (1.013 bar en el punto de ebullición) : 547.58 kJ/kg
- Presión de vapor (a 21 °C o 70 °F) : 18.2 bar
- Temperatura Crítica : 100 °C
- Presión Crítica : 89.37 bar
- Densidad del gas (1.013 bar en el punto de ebullición) : 1.93 kg/m3
- Densidad del Gas (1.013 bar y 15 °C (59 °F)) : 1.45 kg/m3
- Factor de Compresibilidad (Z) (1.013 bar y 15 °C (59 °F)) : 0.9915
- Gravedad específica (aire = 1) (1.013 bar y 15 °C (59 °F)) : 1.189
- Volumen Específico (1.013 bar y 21 °C (70 °F)) : 0.699 m3/kg
- Capacidad calorífica a presión constante (Cp) (1 bar y 25 °C (77 °F)) : 0.034 kJ/(mol.K)
- Viscosidad (1.013 bar y 0 °C (32 °F)) : 0.0001179 Poise
- Conductividad Térmica (1.013 bar y 0 °C (32 °F)) : 12.98 mW/(m.K)
- Solubilidad en agua (1.013 bar y 0 °C (32 °F)) : 4.67 vol/vol
- Temperatura de Autoignición : 270 °C
El Sulfuro de Hidrógeno (H2S) es un gas inflamable, incoloro con un olor característico a huevos podridos. Se conoce comúnmente como ácido hidrosulfúrico o gas de alcantarilla. Las personas puede detectar su olor a niveles muy bajos. Es uno de los principales compuestos causantes de las molestias por malos olores. Por esto se han desarrollado diferentes procesos de desodoración que lo eliminan de la corriente contaminada, como por ejemplo los procesos de tratamiento de gas con aminas.
Fuentes
Naturales
- Descomposición de materia orgánica: Los pantanos, turberas y lodazales de marea son particularmente emisores de H2S.
- Erupciones volcánicas: La actividad volcánica genera cierta cantidad de H2S, pero a nivel mundial es despreciable si se compara con los procesos de descomposición biológica.
Artificiales
- Combustiones incompletas: Cuando la combustión se efectúa con defecto de oxígeno, el azufre de los combustibles fósiles se transforma en H2S, al mismo tiempo que el carbono en CO.
- Procesos industriales: Tales como procesado Kraft del papel, plantas de agua residuales, hornos de coquización y fabricación de acero.
Destino del H2S atmósferico
El H2S es emitido a la atmósfera por fuentes naturales en grandes cantidades. El H2S se oxida rápidamente a SO2. De hecho, de todas la moléculas de SO2 presentes en el aire en un momento determinado, hasta un 80% fueron inicialmente emitidas bajo forma de H2S y luego transformadas en SO2. El H2 S puede ser oxidado por el oxígeno atómico y molecular y por el ozono. El ozono es tanto un componente natural de la estratosfera como un componente de las atmósferas urbanas.
La reacción de oxidación del H2S , considerada como la más importante es la que ocurre entre H2S y O3:
H2S + O3 = H2O+ SO2
Esta reacción es muy lenta en fase gaseosa, pero puede ser mucho más rápida en la superficie de las partículas presentes en el aire. Se estima que la vida de 1 ppb de SH2 expuesto a 0,05 ppm de O3 en presencia de 15000 partículas/cm3 es de 2 horas.
El ritmo de oxidación del H2S en gotitas de niebla o nubes es muy rápida.
En general, la vida de una molécula de H2S antes de transformarse en SO2 es del orden de algunas horas.
Obtención
En el laboratorio el sulfhídrico se puede generar convenientemente por reacción del ácido clorhídrico con sulfuro férroso FeS. Otro método es el calentamiento de una mezcla de parafina con azufre elemental. En la industria el sulfhídrico es un subproducto de la limpieza del gas natural o de biogas que suele acompañar con concentraciones de hasta el 10%.
Aplicaciones
El ácido sulfhídrico se emplea tradicionalmente en la marcha catiónica para precipitar los cationes de metales pesadosdel grupo II de la marcha analítica, que luego se separan por otros métodos. Los precipitados amorfos pueden ser negros o blancos. La sal conjugada, el sulfuro de sodio, es usado como envejecedor de bronces (candados, orfebrerías). También el sulfuro de sodio, se utiliza por ejemplo en la elaboración del cuero.
En estudios recientes se ha conseguido inducir la hibernación en ratones aplicando sulfhídrico.
El sulfhídrico es responsable del ennegrecimiento de algunas pinturas basadas en carbonato de plomo por la formación del sulfuro de plomo (II) de color negro. En algunos casos esto se puede remediar con la aplicación de peróxido de hidrógeno plomo (II) a sulfato de plomo (II) de color blanco. Es compuesto de partida en algunas síntesis orgánicas.
Toxicidad
La toxicidad del ácido sulfhídrico es parecida a la del cianhídrico. La causa por la cual, a pesar de la presencia más masificada de este compuesto, hay relativamente pocos muertos es el mal olor con que va acompañado. Sin embargo a partir de los 50 ppm tiene un efecto narcotizante sobre las células receptoras del olfato y las personas afectadas ya no perciben el hedor.
A partir de los 100 ppm se puede producir la muerte. Como la densidad del sulfhídrico es mayor que la del aire se suele acumular en lugares bajos como pozos, etc. donde puede causar víctimas. A menudo se producen varios afectados, una primera víctima se cae inconsciente y luego son afectados también todos los demás que van en su rescate sin el equipo de protección necesario. El sulfhídrico parece actuar sobre todo sobre los centros metálicos de las enzimas, bloqueándolas e impidiendo de esta manera su funcionamiento. Para un tratamiento se recomienda llevar al afectado lo más rápidamente posible al aire fresco y aplicar óxigeno puro. Además el ión sulfuro se combina con la hemoglobina del mismo modo que el oxígeno precipitando la asfixia del organismo.
La exposición a niveles bajos de ácido sulfhídrico puede producir irritación de los ojos, la nariz o la garganta. También puede provocar dificultades respiratorias en personas asmáticas. Exposiciones breves a concentraciones altas de ácido sulfhídrico (mayores de 500 ppm) puede causar pérdida del conocimiento y posiblemente la muerte. En la mayoría de los casos, las personas que pierden el conocimiento parecen recuperarse sin sufrir otros efectos. Sin embargo, algunas personas parecen sufrir efectos permanentes o a largo plazo tales como dolor de cabeza, poca capacidad para concentrarse, mala memoria y mala función motora. No se han detectado efectos a la salud en personas expuestas al ácido sulfhídrico en las concentraciones que se encuentran típicamente en el ambiente (0.00011-0.00033 ppm).
Los científicos no tienen información que demuestre la muerte de personas envenenadas al ingerir ácido sulfhídrico. Cerdos que ingirieron alimentos que contenían ácido sulfhídrico sufrieron diarrea por varios días y perdieron peso aun después de 105 días.
Los científicos poseen poca información sobre lo que sucede cuando una persona se expone al ácido sulfhídrico a través de la piel. Sin embargo, se sabe que es necesario tener cuidado con el ácido sulfhídrico en forma de líquido comprimido, ya que puede causar quemaduras de la piel por congelación.
A pesar de la alta toxicidad del gas sulfhídrico para los mamíferos hay muchos microorganismos que toleran elevadas concentraciones de este gas o que incluso se alimentan de el. Así hay teorías que asocian la metabolización del gas sulfhídrico como existe por ejemplo cerca de fuentes volcánicas subcuáticas con el desarrollo de la vida en la Tierra.
Eliminar el Sulfuro de Hidrógeno
La presencia de sulfuro de hidrógeno en el agua de tomar en los hogares no es un peligro de salud, pero es un contaminante de molestia común, con un olor distinctivo a "huevo podrido" que hace desear tratamiento de agua. Varios métodos de tratamiento están disponibles, y frecuentemente el sulfuro de hidrógeno puede ser tratado y eliminado utilizando el mismo proceso y equipo utilizado para eliminar hierro y manganesio.
Opciones Comunes de Tratamiento
La mayoría de métodos de tratar el sulfuro dependen de la oxidación del gas de sulfuro de hidrógeno a un sulfuro elemental, un sólido. Oxidación es el proceso por el cual contaminantes solubles o disueltos se convierten en productos derivados solubles e insolubles que se pueden filtrar. Este proceso cambia la química y propiedades físicas de los reactivos. El sulfuro de Hidrógeno puede ser oxidado por varios métodos. Si las concentraciones exceden 6.0 mg/l, la oxidación tal como la desinfección con cloro se recomienda. Si concentraciones no exceden 6.0 mg/l y la pH es sobre 6.8, un filtro tal como el de Manganesio Greensand puede ser utilizado.
La Adición de la Cloro
La adición de la cloro es un metodo efectivo y muy utilizado para oxidar el sulfuro de hidrógeno, especialmente si el pH del agua es de 6.0-8.0. El cloro regularmente se administra como hipoclorito de sodio, el cual reacciona con el sulfuro, sulfuro de hidrógeno y bisulfito para formar compuestos que no causan sabor u olores desagradables en el agua de tomar.
La cantidad de hipoclorito que se utilizará depende de la concentración de sulfuro de hidrógeno en la fuente de abastecimiento de agua, sin embargo se recomienda una dosis de 2.0 mg/l de cloro por cada 1.0 mg/l sulfuro de hidrógeno. El Cloro se le debe añadir al sistema antes de mezclar en el tanque, y se debe proveer suficiente almacenamiento para permitir que el agua esté en contacto con el cloro por veinte minutos. Agua tratada puede que le queden olores y sabores causados por la formación de ciertos productos derivados o residuos de cloro. Después del tiempo requerido de contacto, por lo tanto, el agua se debe pasar por un filtro de carbón activado para eliminar el sulfuro suspendido ó cloro adicional que permanezca.
Sistemas de clorinación están disponibles como una unidad en bolita en forma de gota o un alimentador líquido de sustancias químicas. El sistema de gota en forma de bolita automáticamente da a expender una cantidad medida de cloro a través de la cubierta del pozo o dentro del tanque de retención durante el ciclo de bombeo. El sistema alimentador de sustancias químicas tiene la característica del alimentador líquido conectado a la bomba de pozo.
Aireación
Otro tratamiento común de agua con sulfuro es aireación. Sulfuro de hidrógeno se elimina físicamente agitando el agua a través de burbujeo ó caída en cascada y entonces separando ó "decapando" el sulfuro de hidrogeno en un recipiente. El sulfuro de hidrógeno que no se desea se elimina como un gas volátil soplandolo dentro de una tubería para desperdicios ó al exterior. Aireación es más eficaz cuando las concentraciones son más bajas de 2.0 mg/l. En concentraciones más altas, éste método puede que no elimine todo el olor desagradable al menos que se utilize el aire para oxidar el sulfuro de hidrógeno químicamente el cual entonces se filtra.
En un sistema típico de aireación, el aire de ambiente se introduce al agua utilizando un compresor ó calefactor. Tanques bien diseñados de aireación mantienen un bolso de aire en la tercera parte o por la mitad del tanque. Si el tanque no tiene un bolso de aire, el olor a sulfuro puede retornar. La mayoría de las fuentes de abastecimiento contienen menos de 10 mg/l de sulfuro, en cual caso el tanque de aireación es casi del mismo tamaño que el tanque de filtro (10" x 54") trabaja bien. Cuando los niveles de sulfuro exceden 10 mg/l, tanques de aireación, sistemas de represurizar, sistemas de clorinación puede que se necesitan. La aireación no es siempre el tratamiento de agua más práctice, especialmente si las concentraciones del sulfuro de hidrógeno exceden 10 mg/l, porque esto requiere condiciones muy acídicas (pH 4.0-5.0), tiempos de contacto extendido y agua para mezclar, y por lo regular requisitos de espacio amplio. Además, el agua tratada talvez necesite ser represurizada para distribución dentro del hogar y olores desagradabilisimos deben ser eliminados ventilando el gas fuera.
Regular la presión sanguínea
Al hallazgo de que el sulfuro dehidrógeno, o H2S, es producido en el delgado revestimiento de los vasos sanguíneos formado por células endoteliales, se le suma el de que el H2S regula la presión arterial mediante la acción de relajar tales vasos. Esta molécula mensajera, el miembro más nuevo de la familia de los gasotransmisores, es similar en función a las señales químicas representadas por el óxido nítrico, la dopamina y la acetilcolina, que transmiten señales entre las células nerviosas y excitan o refrenan la actividad cerebral.
Como los gasotransmisores se encuentran presentes en todos los mamíferos, es lógico suponer que los hallazgos de esta investigación puedan tener numerosas aplicaciones en el campo de la fisiología y la medicina humanas.
