Schwefelwasserstoff

R: 12-26-50
S: (1/2-)9-16-28-36/37-45-61

Strukturformel
H2S.PNG
Allgemeines
Name	Schwefelwasserstoff
Andere Namen	Wasserstoffsulfid, Hydrogensulfid, Martinswasser
Summenformel	H₂S
CAS-Nummer	7783-06-4
Kurzbeschreibung	farbloses, nach faulen Eiern riechendes Gas
Eigenschaften
Molmasse	34,08 g/mol
Aggregatzustand	gasförmig
Dichte	1,5392 kg/m³
Schmelzpunkt	-85,5 °C
Siedepunkt	-60,33 °C
Dampfdruck	17900 hPa (20 °C)
Löslichkeit	Wasser (20 °C, 1 bar): 3,6 g/l wenig in org. Lösungsmitteln
Sicherheitshinweise

R- und S-Sätze
MAK	15 mg/m³
Explosionsgrenze (in Luft)	4,3 - 45,5%
Zündtemperatur	270 °C

Schwefelwasserstoff (Wasserstoffsulfid, Hydrogensulfid*) ist ein übel riechendes, stark giftiges Gas. Es ist eine Verbindung aus Schwefel und Wasserstoff. Die chemische Formel ist H₂S. Schwefelwasserstoff verursacht schon in extrem geringen Mengen den typischen Geruch von faulen Eiern, der bei der Zersetzung von Proteinen aus schwefelhaltigen Aminosäuren durch Fäulnis- und Schwefelbakterien entsteht.

Schwefelwasserstoff ist brennbar, farblos und in Wasser wenig, in Alkohol etwas besser löslich. Er ist eine extrem schwache Säure, deren Salze die Sulfide sind.

*Nicht zu verwechseln mit dem Hydrogensulfid-Anion HS^-, welches oft auch "Hydrogensulfid" genannt wird (siehe Sulfide).

Vorkommen

In der Natur kommt Schwefelwasserstoff als sehr variabler Bestandteil (Spuren bis zu 80 Vol-%) von Erdgas, als vulkanisches Gas und in Quellwasser gelöst vor. Es entsteht außerdem bei Fäulnis- und Zersetzungsprozessen durch den Abbau von Biomasse (z. B. Tierkadaver, Zersetzung der Laubstreu, Faulschlammbildung am Grund eutropher Seen usw.) oder bei Verdauungsvorgängen im Darm, den es mit dem Flatus verlässt.

Gewinnung und Darstellung

Schwefelwasserstoff lässt sich im Labormaßstab herstellen, indem man Salzsäure auf Eisensulfid tropft.

\mathrm{FeS + 2\ HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2S}

Aus Eisensulfid und Salzsäure entsteht Eisen(II)-chlorid und Schwefelwasserstoff.

In der Petroleumchemie (Raffinerien) fällt Schwefelwasserstoff in großen Mengen bei der Hydrodesulfurierung von Erdöl an.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

kritische Temperatur: 100,4 °C
kritischer Druck: 90,1 bar

Thermodynamik:
Δ_fH⁰_g : -20,5 kJ/mol
S⁰_{g, 1 bar} : 205,77 J/(mol · K)

In 1 L Wasser lösen sich bei Raumtemperatur bis zu 2,582 L Schwefelwasserstoffgas. Es verbrennt bei Luftzufuhr mit blauer Flamme zu SO2 und Wasser. Aus der wässrigen Lösung scheidet sich bei Luftzufuhr allmählich Schwefel ab.

Chemische Eigenschaften

Mit einem pKs-Wert von 6,06 ist Schwefelwasserstoffgas – ähnlich wie schweflige Säure – eine recht schwache Säure. Die wässrige Lösung reagiert mit vielen Schwermetallsalzen zu unlöslichen Sulfiden, was man sich im Kationentrenngang zunutze macht. Entsprechend wird das Gas mit Bleiazetatpapier nachgewiesen, da es mit Blei(II)-Ionen zu schwarzem Bleisulfid (PbS) reagiert. Ebenso reagiert es mit Eisen(II)-Ionen zu schwarzen Eisensulfid (FeS).

Die obige Reaktion zur Gewinnung ist auch umkehrbar. Bei natürlichen Bedingungen (pH 5 - 10) kann man Schwefelwasserstoff in wässriger Lösung mit Eisen(II)-chlorid zu Eisensulfid binden.

\mathrm{HS^- + FeCl_2 \rightarrow FeS + HCl}

Dies ist bei Biogas, Faulgas und im Abwasserkanal gängige Praxis. Man macht sich die große Affinität von Eisen zu Schwefel zunutze um Biogas und Faulgas zu reinigen. Hier würde bei der weiteren Verwendung in Gasmotoren das nach der Verbrennung entstehende Schwefeldioxid erhebliche Korrosionsprobleme verursachen. Mit Schwefeldioxidgas komproportioniert es in Anwesenheit von Wasserdampf zu Schwefel und Wasser (Rauchgasentschwefelung, Redoxreaktion), mit Chlorgas bildet sich Schwefel und Chlorwasserstoffgas (Salzsäure) und bei Verbrennung in Sauerstoff Schwefeldioxid und Wasserdampf. Schwefelwasserstoffgas ist zudem ein kräftiges Reduktionsmittel.

Verwendung

Großchemie

Schwefelwasserstoff ist die Hauptquelle für elementaren Schwefel (Claus-Prozess), welcher wiederum zu über 85% zu Schwefelsäure umgesetzt wird.

Chemische Analytik

Im klassischen Kationentrenngang wird es zum Ausfällen einer ganzen Gruppe benutzt (Schwefelwasserstoffgruppe). Durch Einleiten von H₂S-Gas in schwach saure Lösungen fallen aus: As₂S₃, SnS₂, Sb₂S₃, HgS, SnS, PbS, Bi₂S₃, CuS und bei Verdünnen mit Wasser auch CdS. Diese Kationen sind dann weiter aufzutrennen und mithilfe von Nachweisreaktionen zu identifizieren.

Wegen seiner Giftigkeit wird im Kationen-Trennungsgang zunehmend auf Schwefelwasserstoff verzichtet. Stattdessen werden die benötigten Sulfid-Anionen in situ erzeugt, zum Beispiel mit Hilfe von Thioacetamid, in kleineren Mengen auch durch Erhitzen von Schwefel mit Kerzenwachs.

Sicherheitshinweise

Besondere Gefahr für den Menschen

Schwefelwasserstoff hat die Eigenschaft, die Geruchsrezeptoren zu betäuben, wodurch man eine Erhöhung der Konzentration nicht mehr über den Geruch wahrnimmt. Zugleich sammelt sich das Gas durch seine hohe Dichte am Boden.

Kurzfristige Giftwirkung

Der Schwefelwasserstoff bildet bei Kontakt mit Schleimhäuten und Gewebeflüssigkeit im Auge, der Nase, des Rachens und in der Lunge Alkalisulfide, die eine sehr starke Reizwirkung verursachen. Mit eine Folge sind Wassereinlagerungen in der Lunge. Die Symptome verschwinden gewöhnlich innerhalb weniger Wochen.

Die eigentliche Giftwirkung beruht auf einer Zerstörung des roten Blutfarbstoffes Hämoglobin und damit einer Lähmung der intrazellulären Atmung. Der Mechanismus ist bis heute unklar, es wird vermutet, dass allgemein schwermetallhaltige, sauerstoffübertragende Enzyme inaktiviert werden. Der kleinere, nichtoxidierte Teil des Schwefelwasserstoffs kann Schäden im zentralen und evtl. auch peripheren Nervensystem hervorrufen.

Auf den Menschen ergeben sich folgende Wirkungen:

ab 20 ppm: Hornhautschäden bei längerer Einwirkung
~ 100 ppm: Reizung der Schleimhäute an Auge und Atemwege, Speichelfluss, Hustenreiz
> 200 ppm: Kopfschmerz, Atembeschwerden
> 300 ppm: Brechreiz
~ 500 ppm: Kraftlosigkeit, Benommenheit, Schwindel
> 500 ppm: Krämpfe, Bewusstlosigkeit

Langzeit-Einwirkung unter niedrigen Dosen kann zu Müdigkeit, Appetitlosigkeit, Kopfschmerzen, Gereiztheit, Gedächtnisschwäche und Konzentrationsschwäche führen.

Auf den Menschen ergeben sich konzentrationsabhängig Vergiftungserscheinungen:

< 100 ppm: nach mehreren Stunden
> 100 ppm: < 1h
~ 500 ppm: lebensgefährlich in 30 min
~1000 ppm: lebensgefährlich in wenigen Minuten
~5000 ppm: tödlich in wenigen Sekunden

Das bedeutet, dass 0,1% nach wenigen Minuten und 0,5% nach wenigen Sekunden tödlich wirken! Bewusstseinsverlust tritt bei solchen Konzentrationen schon innerhalb eines oder mehrerer Atemzüge ein.

Am Montag, den 12.06.2006 starben 4 Reinigungskräfte an Schwefelwasserstoff bei Kanalarbeiten in Poissy nordwestlich von Paris. Drei waren sofort tot, der Vierte verstarb wenige Tage später im Krankenhaus. Die Temperatur war kurzfristig auf 37,5 °C in Paris geklettert.

Langzeitwirkung

Tierstudien zeigen, dass Schweine, die mit schwefelwasserstoffhaltigen Nahrungsmitteln gefüttert wurden, nach einigen Tagen an Diarrhoe leiden und einen Gewichtsverlust nach etwa 105 Tagen zeigen.

An der kanadischen Universität von Calgary zeigten Versuche an Teichschnecken, die unterschiedlichen Konzentrationen von Schwefelwasserstoff ausgesetzt waren, dass schon geringe Mengen das Gedächtnis stark beeinträchtigen. Selbst bei natürlich vorkommenden Konzentrationen verloren die Kriechtiere dabei vollständig ihre Fähigkeit, zu lernen und Erinnerungen zu bilden.

Heilende Wirkung

Allerdings ist Schwefelwasserstoff in manchen Kurbädern - z.B. in Aachen, Heilbronn, Bad Tölz und Tiflis - in geringen, nicht gesundheitsschädlichen, aber durchaus mit der Nase wahrnehmbaren Mengen im Heilwasser enthalten. Es ist Quellwasser mit natürlich hohem Gehalt an Schwefelwasserstoff und hilft in dieser geringen Konzentration, Hautkrankheiten zu heilen.

Nachweis

H₂S schwärzt Bleiacetat-Lösung. Die einfachere Variante ist Bleiacetat-Papier.

Literatur

P. Gerbersmann "Der Schwefel-101. Beispiele" Herlitz Verlag , 2003
^* Recherche zu H2S in Abwassertransportanlagen zur Vorberitung eines Fachbuches
^* H2S-Seminar: H2S-Geruch, Gefahr und Kostenquelle aus dem Untergrund

Weblinks

Chemische Verbindung

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