今日の分子No.68 ：硫化水素

今週は散々で、疲労してしまっている筆者。

二日酔いになったり、クレーム処理まがいの仕事をやるハメになったり・・・


ところで、先ほど中学校の教科書を読んでいたらこんな分子が出てきたので紹介。

環境や化学工業に密接に関係する分子です。


今日の分子No.68 ：硫化水素　H₂S

Jmolで描画

IUPAC名：hydrogen sulfide　または スルファン。

周期表で硫黄Sは酸素Oの真下の同族元素なので、H₂S分子の形は水H₂Oと同じく折れ線。

強い腐卵臭を持つ無色の気体。

実際、腐った卵からは硫化水素が出ているらしい。

卵のたんぱく質は硫黄を多く含み、細菌がそれを分解すると硫化水素を生じる。

水に少し溶け、水溶液は酸性を示す。

硫化水素水溶液のことをしばしば「硫化水素水」という。


あと、味は甘いらしい。

今『Organic Compound Bible』で読むまで筆者も知らなかった。

これを硫化水素の水溶液を舐めたいとは思わない。

硫化水素は有毒である。

また、硫化水素は空気より重い気体で、低いところに滞留する。

温泉地などで硫化水素が発生している場所があるが、窪みにたまりやすく、ここへ転落して中毒死するという事件もしばしば報じられる。

また一時、「硫化水素ガス自殺」なる自殺が流行し、社会問題になった。

硫化水素は有毒で危険であることはもとより、可燃性で火を付けると爆発する恐れがある。

だから硫化水素を発生させられると一帯を立ち入り禁止、火気厳禁にせねばならず、非常に危険かつ迷惑なのである。



硫化水素は腐敗で生じたり、天然ガスや火山ガス、温泉に含まれる。

また人間や動物の排泄物からも生じる。

下水等から生じて悪臭問題・環境問題になったりもする。


工業的には石油からガソリンなどを作る際の副生生物で回収される。

原油には硫黄や窒素や酸素を含む物質も含まれているが、ここから炭化水素だけを（化学変換により）取り出したい。

だから「水素化処理」という処理が行われる。

例えば軽質油はゼオライトに担持させたCo-Mo触媒を用いて水素加圧下300～400℃で処理する。

するとS、N、Oを含む有機化合物は還元され炭化水素となり、それぞれの元素はH₂S、NH₃、H₂Oになる。

このうち硫化水素を分離し、多くの場合は酸化されて単体の硫黄Sにされて出荷される。

ちなみにこのとき使われる水素は石油の改質工程（リフォーミング）で副生するものであり、1つの工場内で余すところなくうまく物質が使われている。
（∴ゴミが少なくかつ経済的）

原油からガソリンなどを作る時の簡略化工程
水素がうまく回されている。

※ 反応については『石油化学～水素化処理反応』


一方、中学の教科書では硫化鉄に塩化水素を加えた場合に生じると習う。（希硫酸でもOK）

FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S


高校でも硫化水素は重要な物質である。

硫化水素には還元性がある。重要

H₂S → S + 2H⁺ + 2e^-

また、硫化物イオンは重金属イオンと出会うと不溶性の硫化物塩を生じるため、硫化水素水溶液を金属イオンの水溶液に加えることで金属元素の分析ができる。

ある種の硫化物はpHによって溶けたり沈殿したりすることも重要。

酸性でも沈殿	Ag2S、PbS、CuS、CdS、SnS、SnS2、HgS 等
中性または塩基性で沈殿	FeS、ZnS、NiS、MnS 等

なぜFeS等、酸性の時に溶けることがあるかと言うと、

溶解平衡；

FeS ⇔ Fe²⁺ + S^2-

と同時に酸性条件では化学平衡

S^2- + H⁺ ⇔ HS^-

HS^- + H⁺ ⇔ H₂S

も成立しS^2-が消費されるので、溶解平衡が右側（溶解側）に動くからである。


◎ 参考

• 『Organic Compound Bible』Ka Man Fong (2011)



• 『新しい工業化学―環境との調和をめざして』足立 吟也 , 馬場 章夫, 岩倉 千秋 , 化学同人



• 『化学I』数研出版(2006)



• 『未来へひろがるサイエンス 1分野(下)』啓林館(2008)