Disulfaan

Diwaterstofdisulfide is een anorganische verbinding met de formule $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}{\phantom{A}}_2$. Deze waterstofverbinding uit de zuurstofgroep is een bleekgele, vluchtige vloeistof met een kamfer-achtige geur. De verbinding ontleedt makkelijk in waterstofsulfide en elementaire zwavel.

Structuur

De verbindingen tussen de atomen in $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}{\phantom{A}}_2$ kan geschreven worden als $\mathrm{H}-\mathrm{S}-\mathrm{S}-\mathrm{H}$. Daarmee is de structuur van het molecuul goed vergelijkbaar met die van waterstofperoxide. Beide moleculen zijn duidelijk niet vlak en hebben symmetrie C₂. De tweevlakshoek tussen $\mathrm{H}{\phantom{A}}^a-\mathrm{S}-\mathrm{S}$ en $\mathrm{S}-\mathrm{S}-\mathrm{H}{\phantom{A}}^b$ is 90,6°. Dit is veel minder dan de 111,5° die voor $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$ gevonden wordt. De bindingshoek $\mathrm{H}-\mathrm{S}-\mathrm{S}$ is 92°, heel dicht bij de 90° van ongehybridiseerde divalente zwavel.

Synthese

Diwaterstofdisulfide kan gesynthetiseerd worden door het kraken van polysulfanen $(\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}{\phantom{A}}_n)$ volgens de vergelijking:

$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}{\phantom{A}}_n⟶\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+\mathrm{S}{\phantom{A}}_{\mathrm{n}-2}$

De voornaamste verontreiniging die hierbij ontstaat is trisulfaan $(\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}{\phantom{A}}_3)$. Het benodigde polysulfaan wordt gemaakt in de reactie van zoutzuur met een oplossing van een nattriumpolysulfide in water. Het polysulfaan scheidt zich als een olie (zwaarder dan water) af uit het reactiemedium.

Reacties

Bij contact met water of alcoholen ontleed $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}{\phantom{A}}_2$ snel en onder milde condities tot waterstofsulfide en elementaire zwavel.

$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}{\phantom{A}}_2$ is zuurder dan $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}$, hoewel er geen waarde voor K_z of pKz genoemd worden in de literatuur.

In de organische chemie addeert waterstofdisulfide aan alkenenwaarbij disulfides en thiolen ontstaan.

Quantumtunneling en onderdrukking daarvan in dideuteriumdisulfide

Kijkend langs de as van de zwavel-zwavelbinding maken bindingen naar de waterstofatomen een hoek van ongeveer 90° met elkaar. Het achterste waterstofatoom kan echter met de klok mee verdraaid zijn, of juist ertegenin. De verbinding vertoont zodoende chiraliteit. Het is een van de lichtste chirale moleculen. Hoewel de structuur dus een duidelijk chirale component heeft, treedt interconversie (tunneling) tussen de twee vormen zeer makkelijk op. Dit gebeurt minder snel als beide waterstofatomen worden vervangen door het zwaardere deuterium: bij een geïsoleerd dideuteriumdisulfide-molecuul $\mathrm{D}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}{\phantom{A}}_2$ treedt bij een temperatuur van circa 10 K de wisseling tussen beide vormen op met een periode van ongeveer 5,6 ms. Door het toevoegen van een klein beetje inert heliumgas wordt de chirale toestand van het molecuul tijdens botsingen gestabiliseerd, en daarmee het tunnelen naar de andere stand geblokkeerd. Dit maakt deuteriumsulfide gedoteerd met helium een geschikte kandidaat voor onderzoek naar het Kwantum Zeno-effect.

Gezondheid

$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}{\phantom{A}}_2$ kan in hoge concentraties duizeligheid veroorzaken, desoriëntatie en bij hogere concentraties bewusteloosheid.