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硫化氫聞起來像臭雞蛋,那麽它有毒嗎?

我們聞過的最毒的氣體

它有那麽毒嗎?高中化學介紹過硫化氫,並不是什麽新鮮東西:分子式H2S,有臭雞蛋味,壹些微生物發酵會產生,溶於水會形成氫硫酸,易燃易爆,能使銀變黑,當然,還有更重要的壹點是--硫化氫離我們的生活特別近,它就藏在屁裏,那難聞的氣味也有它的壹份功勞。

除此之外,好像也沒有什麽特別的,記得壹般沒有毒性的老師都會詳細介紹。比如氯氣那壹章老師還詳細介紹了它在第壹次世界大戰中被用於化學武器,還說是豬拱土防禦氯氣給了人類防毒面具的靈感。說到氟化氫,他還強調這種氣體極其危險,當年研究它的化學家就有很多人中毒死亡。

這種看似不尋常的 "離網 "氣體到底有什麽厲害之處呢?本集講述了這樣壹個故事:壹個小組來到壹個天然硫酸湖邊,組長蹲下來系鞋帶,然後就再也沒有站起來--是的,他死了!這毒性可真大!在人類接觸到的所有常見毒物中,氰化物可能是唯壹壹種可以如此迅速致命的毒物,不是嗎?事實證明,我的直覺真的比較準確,硫化氫與氰化物之間真的有著不解之緣,今天就讓我來講壹個化學故事--硫化氫簡史。

硫化氫的傷害往事

人類最早記錄了硫化氫的故事,它也伴隨著傷害而來:1713 年,壹位名叫聖貝爾納迪諾-拉馬齊尼(Bernardino Ramazzini)的意大利醫生出版了壹本書--《Dia Morbis Artificum Diatriba》,譯為《工人的疾病》。在第 14 章 "廁所和坑道清潔工的疾病 "中,他記錄了這些工人經常患有眼部炎癥。炎癥又會導致繼發性細菌感染,最終導致失明。這位直覺相當準確的醫生推測,這是由於工人在攪拌汙水池時,產生了壹種未知的揮發性酸,刺激了眼睛。他還推測,工人們隨身攜帶的銅幣和銀幣變黑可能就是這種酸造成的。

聖貝爾納迪諾-拉馬齊尼和他的著作

大約在 1777 年,法國巴黎的下水道發生了壹系列事故,這些事故都是由於清潔不善而釋放出大量積聚的沼氣造成的。如上文所述,有些事故僅僅是刺激;有些事故則是嚴重到無以復加的急性窒息和死亡。這可能是硫化氫導致死亡的權威記載,難怪偉大的作家維克多-雨果會說:"巴黎的下水道是利維坦的腸子!"

在巴黎,下水道是壹個非常危險的地方。

在中國,人們似乎喜歡稱它為 "鯤"?

硫化氫的發現

大約在1750年,壹個名叫卡爾-威廉-舍勒的瑞典年輕人申請了壹份藥劑師的工作,有趣的是,他的導師從來沒有給他安排太多的工作,所以他有很多時間讀書和做實驗。最終,他終於成功成長為壹名--化學家!!?反正就是這樣。在他那個時代,化學家對毒性的理解並不透徹,經常會做出 "農夫嘗遍草藥 "之類的事情,他也不例外。

舍勒和他的實驗(有點像做蛋糕?)

有壹天,在用硫酸蒸餾鐵氰化鉀時,他發現了壹種 "強烈、奇特而不難聞的氣味"。他還在舌頭上嘗到了氣體的味道,據他記錄,這是壹種 "略帶甜味,但仍有些辛辣的味道"。今天,我們通常會用 "苦杏仁 "來形容這種氣體--沒錯,他聞到了氰化氫的氣味 ......

看來這家夥受到了幸運女神的保護!第壹次還沒什麽,但有壹天,他在用壹種無機酸處理硫化亞鐵(黃鐵礦)時,又聞到了壹些氣味,於是他湊近壹聞,......,臭氣熏天!他形容這種氣體為 "硫磺味、惡臭味",沒錯,就是硫化氫,看來幸運女神此刻又眷顧他了,他依然安然無恙!第壹個在同壹個人身上發現氰化氫和硫化氫,同時聞到這兩種氣味,並且毫發無損的人誕生了!因此,正如我之前所說,氰化物和硫化氫之間有很強的親和力。而這種親緣關系不僅體現在故事中,還體現在毒性上,它們都使用同樣的殺人手法。

作為職業殺手

硫化氫的毒性有多大?我們可以從下面的《中國人民****、國家安全生產行業標準含硫化氫天然氣井公害分級方法AQ2017-2008》中看出:

可以看到,在空氣中只需要達到這個體積比:

萬分之五就會使人 "短期接觸後失去知覺,如不迅速處理就會停止呼吸"。

萬分之七會使人 "短期接觸後失去知覺,如不迅速處理就會停止呼吸"。

萬分之七會使人 "迅速失去知覺,呼吸停止,如不迅速搶救就會死亡"。

萬分之壹將導致 "立即失去知覺,造成永久性腦損傷或腦死亡。"

這就是所謂的高毒性,有些學生可能會認為,只要屏住呼吸,就能穿過毒氣,天真無邪!妳有沒有試過在經過吸煙者時,屏住呼吸加速通過,妳還能聞到煙味嗎?

最可怕的地方就在這裏,硫化氫只要從鼻孔漏進來壹點點,就會刺激鼻竇神經,引發無法控制的深呼吸!好吧 ......,這樣可以嗎?吸入硫化氫不僅會死,而且會迫使妳大口大口地呼吸,在空手的情況下幾乎沒有反應或逃生的機會。

竇是指這幾個副鼻腔的統稱

也許有同學會說:既然這樣,那就躲得遠遠的好了呀,只要聞到臭味就趕緊逃之夭夭。嗯......這種說法貌似有道理,但我要告訴大家壹個很不好的事實:如果妳能聞到臭味,說明硫化氫的濃度還不足以致人死命;如果達到了足以致人死命的濃度,對不起,硫化氫會麻痹妳的嗅覺神經,讓妳什麽也聞不到......

我的天啊!這種毒氣的每壹個角度都是為了殺人而制造的,難怪前面那個系鞋帶的故事會讓人真的 "當場斃命",這可不是奶奶想出來糊弄孩子的,我們在安全的環境裏呆久了,已經忘記了 "毒 "的含義!這個 "毒 "可是很嚴重的。

雙重殺手:窒息和體內窒息

上面說過,它的毒性原理和氰化物壹樣,核心都是體內窒息。

硫化氫可以通過多種方式殺死人類,其中有兩種方式很重要:壹種是刺激急性呼吸窘迫綜合癥(ARDS);另壹種是體內窒息。

為什麽有毒氣體會有如此神奇的功效?按理說,對於像人這樣體型的動物來說,毒氣必須通過血液才能到達身體的各個部位,但事實並非如此,人體比人們想象的要復雜得多。

頸部有壹種叫做動脈化學感受器的結構,它可以在壹定程度上調節呼吸,並受到竇神經反饋的刺激。硫化氫可以麻痹神經,這種麻痹被稱為 "電擊麻痹",神經就像觸電壹樣,失控地瘋狂輸出電信號,所以竇神經的功能不僅僅是控制血液循環,而是將有毒物質輸送到身體的各個部位。因此,動脈化學感受器受到幹擾,向肺部呼吸肌發出異常信號,肺部呼吸肌隨之出現痙攣(深呼吸),繼而出現抑制(停止呼吸)。

動脈體化學感受器就是中間的那個小球

呼吸暫停並不是什麽大問題,它真正的殺手鐧是體內窒息,與氰化物的手法如出壹轍。

所謂內窒息,自然不同於壹般的窒息,通常我們所認識的窒息是不能吸氧才會窒息,要麽是因為呼吸受阻(如異物卡住氣管),要麽是因為缺氧(山洞、井底窒息)。體內窒息指的是從生化角度發生的窒息現象,體內窒息最常見的情況是煤氣中毒。氣體是壹氧化碳,它能與紅細胞中的血紅蛋白結合,占據本屬於氧氣的位置,使血液失去運輸氧氣的能力,中毒者會逐漸喪失行動能力,甚至失去知覺,最終因腦細胞缺氧而死亡。

血紅蛋白,人體血液紅色的來源

但很顯然,即使不能吸收新的氧氣,也至少可以堅持3到10分鐘,不可能在呼吸之間死亡,那麽硫化氫到底是靠什麽讓人突然失去知覺的呢?

硫化氫對我們的細胞有什麽作用

其實,失去意識的經歷很多人都有過,那就是蹲久了,突然站起來,會眼前壹黑。那是因為大腦對氧氣的需求非常變態,只要有壹刻供氧不足,它就會立刻停止工作,所以裸股對大腦供血的壓力可以在 2~3 秒內讓人失去知覺。我們過度發達的大腦是人體最大的能量消耗單位,僅占體重2%的大腦就消耗了20%以上的氧氣,而由於大腦的耗電量過大,壹但停止供氧就會在神經元中積累大量有毒的代謝中間產物(被氧分子氧化前釋放出的最後能量轉化為無毒的廢物),從而會導致腦細胞高速大量死亡,所以大腦也是人體最脆弱的器官。

大腦特別需要氧氣

所謂呼吸,並不是簡單的呼氣和吸氣,而是從氧氣吸入體內開始,到轉化為細胞內ATP(三磷酸腺苷,是基本的能量儲存單位,細胞內的每壹個耗能任務都可以直接使用)的全過程。呼吸作用的最後階段是在細胞器線粒體中完成的,氧分子進入線粒體,通過壹系列反應獲得電子,使氫變成質子和電子,然後壹種叫做細胞色素 C 氧化酶(COX)的大型蛋白質像水泵壹樣將質子從線粒體膜中吸出,使化學能轉化為勢能,再通過 ATP 酶轉化為機械能(ATP)。

線粒體膜像水泵壹樣將化學能轉化為勢能,然後通過 ATP 酶將勢能轉化為機械能(是的,妳沒看錯,就是機械能!),再將機械能轉化為 ATP 中的化學能。

機械能轉化為化學能,是分子水平的磨合

硫化氫中毒後,體內大部分分子解離成HS-離子,可與COX中的Fe3+離子結合,阻礙其還原成含有還原型Fe2+離子的COX,使COX酶失去功能,無法泵出質子;下壹步自然就是失去了ATP產生的勢能

青色素C氧化酶

這個過程與氰化物中毒如出壹轍,所以它們中毒的速度是極其驚人的;這是釜底抽薪式的切斷細胞的供應,細胞很小,它們沒有生化反應原料的儲備,但中斷停工就在壹瞬間。

人失去知覺和呼吸後,暫時的停機就會變成真正的供氧不足,就像我上面說的,這會導致腦細胞因代謝中毒而大量死亡,而腦細胞是很難復制和修復的東西,所以這種損傷是永久的、不可逆的,很多人搶救過來後變成腦死亡(俗稱植物人)就是這個原因。

沒想到我們都呼吸過這種致命氣體這麽多次!想想就覺得可怕,但這並不重要。除了劑量之外,談論毒性只是流氓行為;屁中硫化氫的濃度很低,從來沒有人死於屁中毒,不是嗎?

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