Sirovodík

Rozbalit box

Obsah boxu

Sirovodík (systematický název sulfan) je bezbarvý, toxický a extrémně hořlavý plyn se vzorcem H₂S. Je známý především pro svůj charakteristický a velmi nepříjemný zápach po zkažených vejcích. Přestože je tento zápach snadno rozpoznatelný i při velmi nízkých koncentracích, při vyšších koncentracích sirovodík rychle paralyzuje čichové nervy, což vede ke ztrátě čichu a falešnému pocitu bezpečí. Sirovodík je těžší než vzduch a hromadí se v nízko položených a nevětraných prostorách. V přírodě vzniká především při anaerobním rozkladu organického materiálu obsahujícího síru. Je také součástí sopečných plynů, zemního plynu a některých minerálních vod.

📜 Historie a objev

Ačkoliv byl sirovodík a jeho zápach znám lidstvu po staletí z přírodních zdrojů, jako jsou bažiny a sopky, jeho chemická podstata byla objasněna až v 18. století. Za jeho objevitele je považován švédský chemik Carl Wilhelm Scheele, který jej popsal kolem roku 1777. Scheele byl známý tím, že zkoumal vlastnosti látek všemi smysly, včetně chuti a čichu, což bylo v případě sirovodíku extrémně nebezpečné. Podrobnější studium jeho složení a vlastností provedl francouzský chemik Claude Louis Berthollet v roce 1796.

🧪 Fyzikální a chemické vlastnosti

🔬 Fyzikální vlastnosti

Sirovodík je za standardních podmínek bezbarvý plyn. Jeho hustota je přibližně 1,19krát vyšší než hustota vzduchu, což způsobuje, že se v klidném prostředí hromadí u země, v jímkách, kanálech a suterénech. Je mírně rozpustný ve vodě, kde tvoří velmi slabou kyselinu sirovodíkovou. Dále se rozpouští v některých organických rozpouštědlech, jako je ethanol nebo sirouhlík. Jeho teplota varu je −60 °C a teplota tání −85,5 °C.

Charakteristický zápach po zkažených vejcích je detekovatelný lidským čichem již při koncentracích kolem 0,0005 ppm (parts per million). Tato citlivost však mizí při koncentracích nad 100 ppm v důsledku paralýzy čichového nervu.

⚛️ Chemické vlastnosti

Sirovodík je reaktivní sloučenina s výraznými redukčními vlastnostmi.

Kyselé vlastnosti: Ve vodném roztoku se chová jako velmi slabá dvojsytná kyselina (kyselina sirovodíková). Disociuje ve dvou stupních za vzniku hydrogensulfidového aniontu (HS⁻) a sulfidového aniontu (S²⁻).

H₂S + H₂O ⇌ H₃O⁺ + HS⁻ (pKa₁ ≈ 7,0)

HS⁻ + H₂O ⇌ H₃O⁺ + S²⁻ (pKa₂ ≈ 19)

Redukční činidlo: Síra v sirovodíku má oxidační číslo -II, což je její nejnižší možné oxidační číslo. Proto působí jako silné redukční činidlo. Snadno se oxiduje, přičemž produkt závisí na množství a síle oxidačního činidla.
- Při nedostatku kyslíku hoří na elementární síru a vodu:

2 H₂S + O₂ → 2 S + 2 H₂O

- Při dostatku kyslíku hoří modrým plamenem na oxid siřičitý a vodu:

2 H₂S + 3 O₂ → 2 SO₂ + 2 H₂O

Reakce s kovy: Sirovodík reaguje s mnoha kovy a jejich ionty za vzniku sulfidů. Tato reakce je zodpovědná za černání stříbrných předmětů (vzniká sulfid stříbrný, Ag₂S) nebo za tvorbu tmavých sulfidů na povrchu jiných kovů, například mědi nebo lova.

Pb²⁺ + H₂S → PbS (černá sraženina) + 2 H⁺

Tato vlastnost se dříve hojně využívala v analytické chemii k dělení a identifikaci kationtů.

🌍 Výskyt v přírodě a průmyslu

🌱 Přírodní zdroje

Sirovodík je běžnou součástí přírodního prostředí.

Biologické procesy: Vzniká při bakteriálním rozkladu organických látek obsahujících síru (např. aminokyseliny methionin a cystein) za nepřístupu vzduchu. Tento proces probíhá v bažinách, močálech, sedimentech na dně vodních ploch a v kanalizačních systémech. Je také produkován v trávicím traktu živočichů, včetně člověka, a je jednou ze složek způsobujících plynatost.
Geologické zdroje: Je významnou složkou sopečných plynů a plynů unikajících z hydrotermálních průduchů na mořském dně. Vyskytuje se rozpuštěný v některých minerálních vodách, kterým dodává typický zápach a léčivé účinky (tzv. "sirné lázně").
Fosilní paliva: Sirovodík je přirozenou součástí surové ropy a zemního plynu (tzv. kyselý zemní plyn). Jeho koncentrace se může pohybovat od stopového množství až po desítky procent.

🏭 Průmyslová výroba a využití

V průmyslu se sirovodík obvykle cíleně nevyrábí, ale získává se jako vedlejší produkt.

Zpracování fosilních paliv: Největší množství sirovodíku se získává při odsiřování (hydrodesulfurizaci) ropy a zemního plynu v rafineriích. Odstranění sirovodíku je nezbytné, protože způsobuje korozi zařízení a při spalování by vedl k produkci oxidu siřičitého, hlavního původce kyselých dešťů.
Clausův proces: Většina takto získaného sirovodíku se dále zpracovává v tzv. Clausově procesu, kde je kontrolovanou oxidací přeměněn na vysoce čistou elementární síru, která je důležitou chemickou surovinou.
Další využití: V menší míře se sirovodík používá jako surovina pro výrobu kyseliny sírové, sirouhlíku a různých anorganických sulfidů. V analytické chemii slouží jako srážecí činidlo.

☣️ Toxicita a bezpečnostní rizika

👃 Vliv na lidské zdraví

Sirovodík je vysoce toxický plyn. Jeho toxicita je srovnatelná s kyanovodíkem. Mechanismus účinku spočívá v inhibici cytochrom c oxidázy, klíčového enzymu buněčného dýchání, což vede k vnitřnímu udušení na buněčné úrovni.

Účinky na zdraví závisí na koncentraci a délce expozice:

0,0005–0,3 ppm: Typický zápach po zkažených vejcích, snadno detekovatelný.
10–20 ppm: Podráždění očí, nosu a krku.
50–100 ppm: Závažnější podráždění dýchacích cest, kašel, zánět spojivek.
100–150 ppm: Dochází k paralýze čichového nervu (olfaktorická únava). Zápach mizí, což vytváří falešný pocit bezpečí a zvyšuje riziko vážné otravy.
200–300 ppm: Otok plic (plicní edém), který může nastat i se zpožděním.
500–700 ppm: Rychlá ztráta vědomí, zástava dechu a smrt během několika minut.
>1000 ppm (0,1 %): Okamžitá ztráta vědomí a smrt.

Chronická expozice nižším koncentracím může vést k únavě, bolestem hlavy, podrážděnosti a ztrátě paměti.

🔥 Nebezpečí výbuchu a požáru

Sirovodík je extrémně hořlavý. Se vzduchem tvoří výbušnou směs v širokém rozmezí koncentrací (4,3 % až 46 % objemových). Jeho teplota samovznícení je relativně nízká (260 °C), což znamená, že se může vznítit i od horkého povrchu bez přítomnosti jiskry nebo plamene.

🛡️ Bezpečnostní opatření

Při práci se sirovodíkem nebo v prostředích, kde se může vyskytovat (např. kanalizace, čistírny odpadních vod, rafinerie, farmy), je nutné dodržovat přísná bezpečnostní opatření. Mezi ně patří používání osobních detektorů plynu, zajištění dostatečného větrání a používání dýchacích přístrojů. Vstup do uzavřených prostor s možným výskytem H₂S je považován za vysoce rizikovou činnost.

🧬 Biologický význam

Navzdory své vysoké toxicitě při vnějším působení byl sirovodík v posledních desetiletích identifikován jako důležitá endogenní signální molekula v těle savců, podobně jako oxid dusnatý (NO) a oxid uhelnatý (CO). Tato skupina molekul se označuje jako gasotransmitery.

V těle je sirovodík v malých, kontrolovaných množstvích produkován enzymy z aminokyseliny L-cystein. Podílí se na řadě fyziologických procesů:

Regulace krevního tlaku: Uvolňuje hladké svalstvo cévních stěn (vazodilatace), čímž pomáhá snižovat krevní tlak.
Funkce nervového systému: Působí jako neuromodulátor v mozku, kde ovlivňuje paměť a učení.
Ochrana buněk: Má antioxidantní a protizánětlivé účinky, chrání buňky před oxidačním stresem.

Výzkum biologických rolí sirovodíku je stále aktivní oblastí a slibuje nové možnosti v léčbě kardiovaskulárních a neurodegenerativních onemocnění.

💡 Pro laiky: Sirovodík zjednodušeně

Představte si sirovodík jako neviditelného, ale velmi "hlasitého" posla.

Jak ho poznat? Jeho hlavní vizitkou je silný zápach po zkažených vejcích. Pokud jste někdy cítili zápach z kanálu, bažiny nebo u sirného pramene, cítili jste právě sirovodík.
Kde se bere? Vzniká hlavně tam, kde se bez přístupu vzduchu rozkládají věci obsahující síru – například v odpadních jímkách, v hlubokém bahně nebo v našich střevech. Je také součástí plynů, které unikají ze sopek.
Proč je nebezpečný? Je to jeden z nejjedovatějších plynů. Nebezpečí spočívá v tom, že i když ho zpočátku silně cítíte, při vyšší koncentraci vám "vypne" čich. Přestanete ho cítit a můžete si myslet, že nebezpečí pominulo, ale plyn je stále přítomen a může vás rychle usmrtit tím, že zablokuje dýchání vašich buněk. Navíc je těžší než vzduch, takže se drží u země a může nečekaně zaplnit suterén nebo jámu.
Je k něčemu dobrý? Překvapivě ano. Naše tělo si v nepatrných dávkách vyrábí sirovodík samo. Funguje jako důležitý posel mezi buňkami, pomáhá například regulovat krevní tlak a chrání náš mozek. Je to dokonalý příklad toho, jak stejná látka může být v malé dávce lékem a ve velké dávce smrtícím jedem.

Šablona:Aktualizováno