Siarkowodór (sulfan), ${\text{H}}_2\text{S}$, to nieorganiczny związek chemiczny z grupy wodorków kowalencyjnych. Jest połączeniem siarki i wodoru.

RmfdkUQ9rzWZ2

Na ilustracji jest model kulkowo— pręcikowy. Model kulkowy sulfanu zbudowany jest z trzech kulek połączonych dwoma wiązaniami. Żółta kulka jest u góry, na dole po lewej i prawej stronie jest po jednej białej kulce.

Siarkowodór (${\text{H}}_2\text{S}$) jest gazem toksycznym. Jako stężenie niebezpieczne dla zdrowia przyjmuje się zaledwie $6 \frac{\text{mg}}{{\text{m}}^3}$. Przy stężeniu $100 \frac{\text{mg}}{{\text{m}}^3}$ następuje uszkodzenie wzroku, a powyżej $1 \frac{\text{g}}{{\text{m}}^3}$ już zaczerpnięcie jednego oddechu może skutkować śmiercią. Jednak ta na pierwszy rzut oka niebezpieczna substancja z powodzeniem jest stosowana w leczniczych metodach balneoterapiibalneoterapiabalneoterapii. Okazuje się, że niewielkie ilości siarkowodoru powstają także w żywych komórkach, gdzie głównie spowalniają metabolizm komórkowy. Uruchamiane są wówczas mechanizmy, które prowadzą do stanów przypominających hibernację.

R1chVk0NsMExW

Na ilustracji model sulfanu. Zaznaczono kąt pomiędzy dwoma atomami wodoru połączonymi z atomem siarki. Wynosi $\mathrm{92,1}$ stopni. Długość wiązania pomiędzy atomem siarki i wodoru wynosi $\mathrm{133,6}$ pikometrów.

Siarkowodór jest palnym, bezbarwnym gazem o słodkawym smaku i  charakterystycznym zapachu zgniłych jaj. Organizmy żywe, w tym ludzie, mogą być narażeni na jego działanie zarówno ze źródeł naturalnych, jak i antropogenicznychczynniki antropogeniczneantropogenicznych. Omawiany gaz łatwo wchłania się do organizmu przez płuca, a w małym stopniu przez skórę. Lżejsze zatrucia objawiają się drapaniem w gardle, kaszlem, podrażnieniem spojówek, mdłościami i wymiotami. Przy dużych stężeniach jego działanie jest gwałtowne – następuje porażenie ośrodka oddechowego, objawiające się nagłym zatrzymaniem oddechu i utratą przytomności. Śmierć przez uduszenie to kwestia zaledwie kilku minut. Także u zwierząt, narażonych na kontakt z siarkowodorem, stwierdzono podobne efekty do tych, które są obserwowane u ludzi – przy niskich stężeniach problemy z układem oddechowym i nerwowym, przy wyższych kończy się również śmiercią.

Działanie toksyczne polega na porażeniu oddychania komórkowego i prowadzi do ciężkiego niedotlenienia. Hamuje również działanie enzymów, które zawierają metal,e oraz wiąże hemoglobinę, zakłócając tym samym transport tlenu. Siarkowodór działa bezpośrednio toksycznie na komórki nerwowe. Objawy i mechanizm ostrego zatrucia są zbliżone do zatrucia cyjanowodorem.

Skutkami długotrwałego narażenia na małe ilości siarkowodoru mogą być bóle i zawroty głowy, łatwe męczenie się, nudności. Często występują zmiany zapalne układu oddechowego. Ze środowiska zewnętrznego siarkowodór wchłania się do organizmu głównie przez płuca i nieznacznie przez skórę. Wydala się częściowo w stanie niezmienionym tą samą drogą, a częściowo jest przekształcany do tlenków siarki oraz kwasów siarkowych i w tych postaciach wydalany jest z moczem.

${\text{H}}_2\text{S}$ jest jednym z gazów odpowiedzialnych za kwaśne deszcze, które wprost oddziałują negatywnie na organizmy żywe, gleby i wody. Ich zanieczyszczanie emitowanymi do atmosfery związkami siarki powoduje obniżenie pH, którego spadek w glebie poniżej $4$ powoduje zmiany w strukturach sorpcyjnych, niszczenie koloidów glebowych, uwalnianie toksycznych jonów (ołów, miedź, glin, nikiel, kadm, rtęć, arsen), hamowanie aktywności mikrobiologicznej, a także wymywanie pierwiastków, takich jak potas, magnez, fosfor. Uwolnione, w wyniku obniżenia pH, kationy metali ciężkich dostają się do wód, gdzie włączają się w cykl pokarmowy i stanowią zagrożenie dla zdrowia i życia człowieka. Siarkowodór może być również adsorbowany przez minerały ilaste i materię organiczną gleb i wód oraz może tworzyć nierozpuszczalne sole siarczkowe z różnymi metalami (np. $\text{Zn}$, $\text{Ni}$ i $\text{Fe}$).

Siarkowodór jest rozpuszczalny w wodzie. Po dostaniu się do wód powierzchniowych i podziemnych, przemieszcza się w nich na duże odległości. Jego obecność w wodach, wykorzystywanych do celów pitnych i przemysłowych, nie jest pożądana.

Zagrożenie siarkowodorowe jest jednym z najpoważniejszym zagrożeń naturalnych, które występuje w górnictwie otworowym – zarówno na etapie wykonywania prac wiertniczych, jak również podczas eksploatacji złóż węglowodorów. W Polsce największe zagrożenie siarkowodorowe stwarzają złoża zlokalizowane na obszarze monokliny przedsudeckiej.

Niebezpieczeństwo zatrucia siarkowodorem zachodzi także poza przemysłem – np. podczas prac związanych z opróżnianiem szamba, wierceniem i kopaniem studni, wchodzeniem do studni, studzienek kanalizacyjnych lub niewentylowanych korytarzy podziemnych.

Okazuje się jednak, że ten trujący gaz może mieć także pozytywne działanie. Jest składnikiem leczniczych wód źródlanych i mineralnych, np. w Krzeszowicach i Swoszowicach koło Krakowa czy uzdrowiskach w Szczawnicy, Krynicy bądź  Busku–Zdroju. Podstawowym zabiegiem w miejscowości wymienionej jako ostatnia są kąpiele w wodzie siarczkowo–siarkowodorowejwoda siarkowodorowawodzie siarczkowo–siarkowodorowej słonej oraz kuracja pitna, czyli krenoterapia. W czasie zabiegu kąpielowego, w wodzie siarczkowo–siarkowodorowej związki siarki na $-\text{II}$ stopniu utlenienia przenikają przez skórę i oddziałują pozytywnie na organizm. Uważa się, że wchłonięta przez skórę siarka jest wykorzystywana m.in. do biosyntezy kwasu chondroityno–siarkowego, który wchodzi w skład chrząstek stawowych. Ma udział w ich metabolizmie i regeneracji, wpływając na przyspieszenie wchłaniania i trwałego wbudowywania wapnia do kości (czyli leczenie i profilaktyka osteoporozy).

RBAQvJKhMZvsc

Na zdjęciu stoją obok siebie butelki z leczniczymi wodami mineralnymi i źródlanymi.

Co więcej, kąpiele siarczkowe wykazują działanie przeciwzapalne, czego efektem jest zmniejszenie dolegliwości bólowych, obrzęków oraz poprawa ruchomości stawów. Podstawowym kierunkiem oddziaływania leczniczego kąpieli siarkowodorowych jest uzupełnienie niedoboru siarki w organizmie, które występuje w wielu chorobach, jak gościec stawowy, czy choroby skóry, które przebiegają z obfitym złuszczaniem się naskórka.

Metody otrzymywania siarkowodoru to:

• synteza bezpośrednia z wodoru i siarki w stanie gazowym ($600°\text{C}$);

• ogrzewanie parafiny i siarki zmieszanych w stosunku wagowym $2:1$;

• działanie na siarczek żelaza($\text{II}$) rozcieńczonym kwasem solnym:

  $$\text{FeS}+2 \text{HCl}\to {\text{FeCl}}_2+{\text{H}}_2\text{S}\uparrow$$

• hydroliza siarczku glinu:

  $${\text{Al}}_2{\text{S}}_3+6 {\text{H}}_2\text{O}\to 2 \text{Al}{\left(\text{OH}\right)}_3+3 {\text{H}}_2\text{S}\uparrow$$

Słownik

Bibliografia

Andraka D., Dzienis L., Modelowanie ryzyka w eksploatacji oczyszczalni ścieków, „Rocznik Ochrona Środowiska” $2013$, t. $15$, s. $1111-1125$.

Dołęga M., Biernat K., Procesy zarządzania ryzykiem ekologicznym, „Studia Ecologiae et Bioethicae” $2009$, $7$, $1$, s. $157-164$.

Gąsiewicz A., Jasionowski M., Poberzhskyy A., Wpływ eksploatacji siarki na cechy geochemiczne środowiska powierzchniowego złóż siarki z pogranicza Polsko–Ukraińskiego, „Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego” $2012$, $449$, s. $5-39$.

Minczewski J., Marczenko Z., Chemia analityczna. Chemiczne metody analizy ilościowej, t. $2$, Warszawa $1998 \text{r}.$.

Molenda J., Gaz ziemny paliwo i surowiec, Warszawa $1996 \text{r}.$.

Pouliquen F., Blanc C., Arretz E., et al., Hydrogen sulfide, [w:] Elvers B., Hawkins S., Revenscroft M. et al., eds. Ullmann's encyclopedia of industrial chemistry. T. A13. High–performance fibers to imidazole and derivatives, Deerfield Beach $1989 \text{r}.$, s. $467-485$.

Puik E. J., Braithwaite C., Contaminated Gas—Past, Present and Future, United Arab Emirates $2007$.

Rak J., Metoda szacowania ryzyka zagrożenia systemu zaopatrzenia w wodę, „Ochrona Środowiska” $2003$, t. $25$, $2$, s. $33-36$.

Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia $\mathit{25}$ kwietnia $\mathit{2014}\mathit{ }r\mathit{.}$ w sprawie szczegółowych wymagań dotyczących prowadzenia ruchu zakładów górniczych wydobywających kopaliny otworami wiertniczymi.

Surygała J., Raczkowski J., Steczko K., Zagrożenia ekologiczne i ochrona środowiska podczas poszukiwań i wydobycia ropy naftowej, [w:] Ropa naftowa a środowisko przyrodnicze, pod red. Jana Surygały, Wrocław $2001$.

Uliasz–Misiak B., Ryzyko środowiskowe związane z eksploatacją złóż węglowodorów zawierających siarkowodór, „Rocznik Ochrona Środowiska” $2015$, t. $17$, s. $1489-1511$.

Zdeb M., Pawłowska M., Wpływ temperatury na mikrobiologiczne usuwanie siarkowodoru z biogazu, „Rocznik Ochrona Środowiska” $2009$, t. $11$, s. $1245-1246$.