Historia y Descubrimiento

El sulfuro de hidrógeno es un gas incoloro, inflamable y tóxico conocido por su distintivo olor a huevos podridos. Su ocurrencia natural resulta de la descomposición bacteriana anaeróbica de residuos orgánicos, gases volcánicos, aguas termales, digestión animal y varios procesos industriales. El sulfuro de hidrógeno también se encuentra como componente natural en el gas natural y el petróleo, constituyendo una fracción menor en el petróleo (cientos de ppm) pero potencialmente formando una parte significativa del gas natural, donde las concentraciones pueden alcanzar hasta un 5%. Cuando el contenido de sulfuro de hidrógeno excede los 5,7 mg de H2S por metro cúbico de gas natural, se clasifica como ácido. El proceso utilizado para eliminar el sulfuro de hidrógeno del gas ácido se conoce comúnmente como dulcificación del gas. Debido a su asociación con la respiración anaeróbica en alcantarillas y pantanos, el sulfuro de hidrógeno se denomina coloquialmente gas de alcantarilla, gas de pantano o aire fétido.

El conocimiento del sulfuro de hidrógeno se remonta al siglo XV cuando se identificó en el agua y se denominó agua de azufre o vapores de azufre. Los alquimistas llamaron a H2S aer hepático (aire hepático), mientras que los primeros químicos adoptaron el nombre de hidrógeno sulfurado, un término que aún se usa hoy en día. El primer químico en preparar y describir el sulfuro de hidrógeno fue Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), quien lo consideró una combinación de azufre, flogisto y calor. Claude Louis Berthollet (1748-1822) realizó más avances en la comprensión de la composición del H2S en 1789, reconociendo su naturaleza ácida.

Preparación y Producción y Aplicación

El sulfuro de hidrógeno se genera como subproducto de la respiración anaeróbica, particularmente en el contexto de la fermentación. La respiración anaeróbica, empleada principalmente por bacterias y otros microorganismos, les permite satisfacer sus necesidades energéticas utilizando sulfato, azufre elemental y compuestos de azufre como aceptores de electrones en lugar de oxígeno.

Una representación simplificada de la respiración anaeróbica se articula de la siguiente manera:

El sulfuro de hidrógeno producido puede sufrir oxidación de nuevo a sulfato o azufre elemental cuando se expone a la atmósfera o a un entorno oxidante. Además, el sulfuro de hidrógeno puede reaccionar con otras sustancias en sedimentos o suelos, dando lugar a la formación de minerales de azufre, como la pirita (FeS_2), donde el sulfuro de hidrógeno reacciona con monosulfuro de hierro:

El método principal para eliminar el sulfuro de hidrógeno del gas natural ácido implica el uso de soluciones de amina. Estas soluciones, que contienen principales aminas como la monoetanolamina y la dietanolamina, absorben el sulfuro de hidrógeno. El azufre elemental posteriormente puede recuperarse utilizando el proceso Claus, donde el H2S extraído con amina se oxida térmicamente a dióxido de azufre:

El azufre se produce luego por la combinación de dióxido de azufre y sulfuro de hidrógeno:

El proceso Claus logra una recuperación del azufre elemental del 60 al 70%, y para recuperar la mayor parte del azufre restante, el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de azufre se combinan catalíticamente utilizando alúmina activada (Al_2O_3) o catalizadores de titanio.

El sulfuro de hidrógeno encuentra aplicaciones comerciales limitadas, empleándose principalmente en la producción de azufre elemental, ácido sulfúrico y agua pesada para reactores nucleares. El agua pesada, D_2O, se produce mediante el proceso de intercambio de agua-hidrógeno sulfuroso (proceso Girdler-Sulfide o G-S), que implica el intercambio de hidrógeno y deuterio en el agua y sulfuro de hidrógeno a diferentes temperaturas. El equilibrio resultante favorece la formación de agua semi-pesada (HDO) a temperaturas más frías y la variedad de isótopos pesados de hidrógeno sulfuroso (HDS) a temperaturas más altas. Este intercambio ocurre en una serie de torres, lo que permite la producción de agua pesada de grado reactor enriquecida hasta aproximadamente un 30% en deuterio.

A pesar de sus aplicaciones comerciales, el sulfuro de hidrógeno representa un riesgo significativo para la salud debido a su naturaleza altamente tóxica. Se deben tomar medidas de precaución, especialmente contra la inhalación, dado su toxicidad. Los trabajadores en varias industrias, incluidas la del petróleo y el gas y la agricultura, pueden enfrentar exposición, lo que convierte al sulfuro de hidrógeno en la principal causa de muerte por inhalación ocupacional de productos químicos tóxicos. Incluso a concentraciones bajas detectables por el olfato (0,02 ppm), es necesaria precaución, ya que las alteraciones en el sentido del olfato ocurren a concentraciones cercanas a 100 ppm. Concentraciones superiores a 100 ppm representan riesgos graves para la salud, con 250 ppm que potencialmente pueden causar pérdida del conocimiento y 500-700 ppm que pueden resultar en fatalidad después de una exposición prolongada. Aunque la exposición al sulfuro de hidrógeno generalmente no es una preocupación doméstica, la plomería defectuosa o las fuentes de agua subterránea pueden llevar a una exposición no intencionada. El gas también es producido por bacterias intestinales en el tracto digestivo, lo que contribuye al olor asociado con los gases intestinales y el mal aliento.

Referencia

Richard L. Myers (2009). Los 100 Compuestos Químicos Más Importantes: Una Guía de Referencia. Greenwood Publishing Group. 1 de octubre de 2009. https://doi.org/10.1021/ed086p1182