Сероводород.
Сероводород – это бесцветный газ, с характерным запахом тухлых яиц, плохо растворимый в воде (3 объема сероводорода на 1 объем воды при 20 ºС), с повышением температуры растворимость уменьшается, тяжелее воздуха (Mr = 34). Чрезвычайно ядовит. Между молекулами сероводорода не образуются водородные связи, что объясняет различие в физических свойствах воды и сероводорода.
В промышленности сероводород целенаправленно не получают, однако, в некоторых процессах он является промежуточным продуктом. В лаборатории сероводород можно получить действием разбавленной соляной кислоты на сульфид железа (1), гидролизом сульфида алюминия (очень чистый сероводород) (2) или сплавлением серы с парафином (3).
Окислительно-восстановительные свойства сероводорода.
Сероводород обладает восстановительными свойствами за счет атома серы в степени окисления –2. Сера достаточно легко теряет 2 – 6 электронов, проявляя восстановительные свойства. Легко окисляется галогенами, кислородом воздуха, диоксидом серы, концентрированными кислотами (серной, азотной).
На воздухе сероводород горит голубоватым пламенем, с образованием серы (недостаток кислорода) или оксида серы (IV) (4), в чистом кислороде сероводород горит синим пламенем с образованием оксида серы (IV) (5). Раствор сероводорода, при стоянии на открытом воздухе, мутнеет – медленно окисляется кислородом воздуха (4), ингибитор сахароза.
Галогены окисляют сероводород в растворе в зависимости от своей природы, чем активней галоген, тем глубже протекает окисление сероводорода. Фтор очень легко (в газовой фазе со взрывом) окисляет сероводород с образованием смеси фторидов серы и фтороводорода, хлор реагирует спокойно, при комнатной температуре, при пропускании через насыщенный раствор сероводорода (6). Бром и йод реагирую только с насыщенным раствором сероводорода, в результате выпадает осадок серы (7).
Концентрированные кислоты окисляют сероводород в зависимости от условий реакции. В реакциях на холоду происходит неполное окисление сероводорода до 0; +4 (9, 11), при кипячении растворов сера окисляется до +4; +6 (10). Смесь сероводорода и диоксида серы конпропорционирует до элементарной серы – один из промышленных способов получения серы (8).
Кислотно-основные свойства водного раствора сероводорода.
При растворении в воде сероводород образует очень слабую сероводородную кислоту. Насыщенный при 20 ºС раствор содержит всего 0,1 моль сероводорода в 1 литре воды! Согласно теории электролитической диссоциации водный раствор сероводорода должен содержать ионы водорода, действительно при растворении сероводород диссоциирует с образование ионов водорода, но это процесс протекает, в заметной степени, только по первой ступени (12, 13). В присутствии более сильных кислот (соляная, серная, азотная и т. п.) диссоциация сероводорода подавляется, и он выделяется в виде газообразного вещества.
Для растворов сероводорода характерны все свойства растворов электролитов, то есть способность вступать реакции ионного обмена по кислотному типу. Таким образом, в водных растворах сероводород взаимодействует с основными оксидами, щелочами (14, 15) и некоторыми солями (16). Хорошо осаждаются ионы двухвалентных тяжелых металлов (медь, ртуть, свинец).
Осаждение ионов тяжелых металлов из растворов сероводородом (растворами сульфидов) является качественной реакцией на ионы тяжелых металлов. Сульфиды меди, свинца, ртути, железа – черные, кадмия – желтый, марганца – телесный.
Сульфиды металлов представлены большим числом рудных соединений используемых в промышленности для добычи металлов и выделения серы (серной кислоты). Многие сульфиды могут быть получены в промышленных количествах по следующим процессам:
- Прямое взаимодействие металла и неметалла (17, 18,19).
- Восстановление сульфатов активных металлов углем (20).
- Осаждение из водных растворов сероводородом в кислой среде (для платиновых металлов, Cu, Ag, Au, Cd, Hg, Sn, Pb, Sb, Bi) или сульфидом аммония в щелочной среде (для Mn, Fe, Co, Ni, Zn, In, Tl) (16).
- Насыщения раствора щелочи газообразным сероводородом, с последующей реакцией с эквивалентным количеством щелочи (21).
В промышленности сульфидные руды подвергают обжигу, в результате которого, в зависимости от природы сульфида, получают оксид металла и сернистый газ (тяжелые малоактивные металлы и металлы средней активности) (22) или сульфат металла (активные щелочные и щелочноземельные металлы) (23).
Производство сульфида и гидросульфида натрия в больших количествах, связано с их применением в кожевенной промышленности для удаления волос со шкур перед их дублением, как реагент в органической химии, флотационный агент при концентрировании руд. Сульфид бария – это наибольшее по объему производимое соединение бария, исходное вещество для получения других соединений бария.
Свойства сульфидов металлов основаны на их растворимости в воде. Сульфиды щелочных металлов хорошо растворимы в воде, вступают в реакции ионного обмена, хорошие восстановители. Для металлов IIA – IIIA групп характерно полное разложение сульфидов водой (для металлов IIA группы – горячей или при кипячении раствора, для металлов IIIA – группы холодной), по этому, при реакции растворимых солей этих металлов с растворами сульфидов щелочных металлов или аммония выпадает осадок их гидроксида и выделяется сероводород.
Сульфиды тяжелых металлов в воде нерастворимы, их растворимость зависит от кислотности раствора, на этом свойстве основан процесс разделения ионов некоторых металлов друг от друга.
Гидросульфиды известны только для металлов IA – IIA групп и иона аммония. Это белые кристаллические вещества, растворимые в воде. Получают их насыщением раствора щелочи (21) или холодного раствора сульфида (для щелочноземельных металлов) сероводородом.
