Сульфиды и гидросульфиды. Гидросульфид и сульфид аммония
К сульфидам относятся органические и неорганические химические соединения, атом серы в их молекуле соединен с металлами или некоторыми неметаллами. Для неорганических сульфидов характерными соединениями являются сероводород (H2S), относящийся к классу кислот, и сульфид аммония (формула (NH4)2S), принадлежащий к классу солей. Также сульфиды металлов и неметаллов c общей формулой KxSy (где K — это катион металла или неметалла, а S — кислотный остаток сероводородной кислоты, x и y — количество катионов металла и анионов кислотного остатка в молекуле, соответственно), относятся к классу солей. Например, сульфид железа (II) FeS. Органические сульфиды — это химические вещества, атом серы в их молекуле связан с углеводородными радикалами. Это меркаптиды (тиоэфиры), их общая формула RSR′, а R и R′ — углеводородные радикалы.
Все химические соединения, в молекулах которых атом металла, а также атомы некоторых неметаллов (бор В, фосфор Р, кремний Si, мышьяк As), связаны с атомом серы (S) со степенью окисления, равной минус 2, обычно считаются солями сероводородной кислоты H2S. Неорганические сульфиды (кроме H2S), например, сульфид аммония или сульфид бора, следует относить к средним солям, так как в сероводородной кислоте оба водородных атома замещены другими катионами. Если в сероводородной кислоте только один атом замещен на катионы (что характерно для щелочноземельных и щелочных металлов), то образованная соль будет являться кислой солью. Примерами неорганических гидросульфидов (иначе бисульфидов) могут быть такие соединения, как гидросульфид аммония (формула NH4HS) или гидросульфид натрия (NaHS). В молекулах гидросульфидов, в отличие от сульфидов, кислотным остатком или анионом является HS-. К органическим гидросульфидам можно отнести меркаптаны (тиоспирты и тиолы) с общей формулой RSH, где R — радикал углеводородный. Меркаптиды и меркаптаны характеризуются обширной номенклатурой, поэтому они требуют дополнительного рассмотрения.
Большинство сульфидов имеют яркую окраску. В воде хорошо растворяются только сульфид аммония и сульфиды щелочных металлов. Практически не растворяются в воде сульфиды остальных металлов. Так как сульфиды являются солями слабой сероводородной кислоты, то их растворимые в воде представители могут подвергаться гидролизу. Для сульфидов, образованных металлами с высокой степенью окисления или, если их гидроксиды относятся к слабым основаниям (например, Cr2S3, Al2S3 и другие), чаще гидролиз протекает необратимо. Сульфиды являются умеренными восстановителями, вступают в реакцию с кислородом воздуха при повышенных температурах с образованием солей, в которых атом серы имеет более высокую степень окисления, например, сульфаты и диоксид серы. Сульфид аммония используется в фотографии, в текстильном производстве. Сульфиды применяются в качестве полупроводниковых материалов, люминофоров, в медицине, в сельском хозяйстве.
Сульфиды можно получать различными методами. Сульфид аммония (известно также другое название этой соли — сульфид диаммония) получают взаимодействием сероводорода с избыточным количеством аммиака: H2S + 2 NH3 → (NH4) 2S. Более стойкой солью сероводородной кислоты является сульфид железа FeS, который может разлагаться только при нагревании в вакууме, получается он (это один из многих известных способов) в результате необратимой реакции серы с железом: Fe + S → FeS.
Молекулярная масса сульфида аммония составляет 68,14 а. е. м. Брутто-формула по системе Хилла записывается в виде: H8N2S. По внешнему виду соль напоминает бесцветные кристаллы. Сульфид аммония при 20 °С хорошо растворим в воде. Растворим в этиловом спирте. Это гигроскопичное вещество, способное поглощать влагу. В свободном состоянии сульфид аммония не получен. Так как (NH4)2S является неустойчивой солью, то водные растворы его приближены гидросульфиду и, таким образом, состоят в основном из смеси NH3 и NH4HS, а водные растворы (NH4)2S представляют собой бесцветную жидкость с запахом аммиака и сероводорода. Реакция раствора щелочная с рН до 9,3. Кристаллы твердой соли невозможно выделить, даже при сильном охлаждении раствора. В результате окисления кислородом воздуха и образования полисульфидов, раствор сульфида аммония быстро желтеет. Поэтому раствор сульфида следует хранить в склянке, заполненной до самой пробки, а также плотно закупоренной.
Молекулярная масса гидросульфида аммония составляет 51,11 а. е. м. Брутто-формула по системе Хилла записывается в виде: H5NS. Соль по внешнему виду представляет собой бесцветные кристаллы ромбической формы. Плотность соли равняется 0,89 г/см3. Температура плавления составляет 120 °С (под давлением). При комнатной температуре наблюдается испарение и возгонка паров реактива. Это соединение является летучим при комнатной температуре. Вещество хорошо растворяется в этиловом спирте и холодной воде, в горячей воде или при незначительном нагревании разлагается. Реакция водного раствора соли щелочная. На воздухе гидросульфид аммония способен окисляется, поэтому раствор его из бесцветного при хранении быстро становится желтым из-за образования полисульфидов. Гидросульфид аммония можно получить прямым взаимодействием аммиака с сероводородом в диэтиловом (серном) эфире или пропусканием при 0 °С через раствор аммиака избытка сероводорода по уравнению реакции: NH3 + H2S → NH4HS.