H2S je chemický vzorec sloučeniny sirovodíku. Sirovodík je kovalentní sloučenina, která se skládá ze 2 atomů vodíku vázaných na centrální atom síry. Stejně jako voda (H20) je sirovodík chalkogenid vodíku – sloučenina tvořená vodíkem a prvkem skupiny 16 (kyslík, síra, selen, tellur. Sirovodík je nepolární díky nepolárním H-S vazbám. Rozdíl EN mezi vodíkem a sírou je 0,4, takže vodík a síra tvoří nepolární vazby. Ačkoli má asymetrickou geometrii molekuly, celá molekula je nepolární díky absenci polárních vazeb.
Sulfid vodíku se nejčastěji vyskytuje jako produkt anaerobního dýchání sulfidogenních organismů. Například některé bakterie, které fungují za nepřítomnosti kyslíku, používají sulfátové ionty (SO4-) jako terminální akceptor elektronů během buněčné respirace, která je redukuje na H2S. Jinými slovy, sulfidogenní organismy dýchají síru a vydechují sirovodík. Naopak u aerobních organismů působí jako terminální akceptor elektronů během dýchání molekulární kyslík (O2), který se redukuje na H2O. Je také produktem procesů v sopkách a ložiscích zemního plynu.
Sírovodík je známý pro svůj štiplavý zápach, který je popisován jako hnijící vejce. Je hořlavý a reaguje s teplem a kyslíkem za vzniku oxidu siřičitého (SO2) a vody. Sirovodík je ve velkém množství pro člověka jedovatý. jeho toxicita je srovnatelná s toxicitou oxidu uhelnatého (CO). Při vdechování se sirovodík váže na enzymy v mitochondriích, což brání buněčnému dýchání.
Polarita v kostce
Polarita v chemii je v podstatě mírou toho, jak rovnoměrně jsou elektrony v molekule rozloženy. Když dva atomy tvoří kovalentní vazbu, dělají to tak, že sdílejí valenční elektrony. Každý prvek má elektronegativitu, která je mírou toho, jak silně přitahuje elektrony. Když dva prvky, které se výrazně liší svou elektronegativitou, vytvoří kovalentní vazbu, elektronegativnější prvek si bude sdílené elektrony přitahovat silněji než prvek méně elektronegativní. Výsledkem je, že sdílené elektrony jsou přitahovány blíže k elektronegativnějšímu prvku.
Nerovnoměrné přemístění elektrických nábojů v molekule dává elektronegativnějšímu prvku částečný záporný náboj a méně elektronegativnímu prvku částečný kladný náboj. To znamená, že molekula je polární; má částečně nabitý dipól v celé své struktuře na základě nerovnoměrného prostorového rozložení elektronů.
Zda dva atomy vytvoří polární nebo nepolární vazbu, závisí na elektronegativitě těchto prvků. Pokud mají dva prvky rozdíl EN mezi 0,5 a 2, vazba se obecně považuje za polární. Pokud je rozdíl menší než 0,5, považuje se za funkčně nepolární. Pokud je rozdíl větší než 2, pak je vazba zcela polární a správněji se označuje jako iontová vazba.
Například molekula vody je polární díky svým H-O vazbám. Vodík má EN hodnotu 2,1 a kyslík má EN hodnotu 3,5. Rozdíl mezi těmito dvěma hodnotami je 1,4, takže vazby H-O jsou považovány za polární, s částečným záporným nábojem na kyslíku.
Polarita sirovodíku
Podle předchozího učiva o polaritě můžeme zjistit, zda je sirovodík polární sloučeninou. Vodík má hodnotu EN 2,1 a síra má hodnotu EN 2,5. Rozdíl mezi těmito dvěma hodnotami je menší než 0,5, takže vazby H-S jsou klasifikovány jako nepolární. Protože se sirovodík skládá výhradně z nepolárních vazeb H-S, je celá molekula nepolární.
Přísně vzato, vazby H-S nejsou zcela nepolární. Síra je o něco elektronegativnější než vodík, takže si o něco více přitahuje sdílené elektrony. Tato polarita je však velmi slabá a prakticky je užitečné s velmi slabě polárními vazbami zacházet, jako by vůbec polární nebyly. Takže i když jsou H-S vazby technicky vzato trochu polární, většinou je bezpečné s nimi zacházet, jako by nebyly polární. Jediné skutečně nepolární vazby vznikají mezi atomy se stejnými hodnotami EN (jako dvouatomové molekuly) Velmi slabá polarita sirovodíku má významné účinky na malých škálách, takže za určitých okolností by bylo vhodné zacházet s vazbami H-S jako s polárními.
Sulfid vodíku jako sloučenina
Sulfid vodíku je triatomová (tříatomová) molekula, která se skládá z centrálního atomu síry a 2 koncových atomů vodíku. Stejně jako molekula vody má sirovodík ohnutou geometrickou strukturu s vazebným úhlem 92,1° a délkou vazby 136 pikometrů (1 pikometr = 1 biliontina metru). Je o něco hustší než vzduch a v přítomnosti kyslíku a tepla je výbušný. Sirovodík je málo rozpustný ve vodě a disociuje na osamělý proton (H+) a hydrosulfidový ion (HS-). Díky tomuto chování je sirovodík slabou kyselinou.
Sírovodík je hořlavý a reaguje s kyslíkem a teplem za vzniku oxidu siřičitého a vody. Za vysoké teploty se oxid siřičitý přemění na elementární síru a vodu, takže spalování sirovodíku se často používá jako jeden z kroků k výrobě čisté elementární síry. Reaguje s ionty kovů za vzniku sulfidů kovů, nejčastěji s olovem (Pb) za vzniku sulfidu olovnatého (II) (PbS). Naopak při působení na sulfidy kovů silnou kyselinou vzniká sirovodík.
Výskyt sirovodíku
Anaerobní respirace
Jedním z hlavních přírodních zdrojů sirovodíku je činnost sulfidogenních bakterií. Sulfidogenní bakterie využívají ke svému metabolismu místo kyslíku síru. Během sulfidogenní respirace budou bakterie používat síranové ionty jako redukční činidlo pro přenos elektronů na elektronovém transportním řetězci. Na konci této reakce se síranové ionty redukují na sirovodík, který se uvolňuje do prostředí. Činnost sulfidogenních bakterií a jejich produktů sirovodíku je zodpovědná za hnilobný zápach spojený s místy s velkým množstvím rozkládající se organické hmoty, jako jsou bažiny nebo kanály.
Činnost sulfidogenních bakterií má zásadní význam pro koloběh síry na Zemi. Sirovodík je tak jednou z hlavních složek koloběhu síry. Koloběh síry je proces, při kterém síra koluje v prostředí, do živých organismů a zpět do prostředí. Síra je pro živé organismy nezbytným stopovým prvkem, takže koloběh síry udržuje stálý přísun elementární síry, kterou mohou živé organismy využívat. Produkce sirovodíku sulfidogenními bakteriemi představuje důležitý krok v tomto cyklu; produkci síry, která se nakonec dostane do živých organismů.
Geologická činnost
Malá množství sirovodíku vznikají také při geochemických reakcích v zemské kůře. Zemská;kůra obsahuje velké množství síry a minerálů obsahujících síru. Za přítomnosti tepla a tlaku podléhají sloučeniny sulfidů kovů hydrolýze s vodou za vzniku oxidu kovu a plynného sirovodíku. Sirovodík jako takový je přirozeným produktem procesu, při kterém vzniká zemní plyn. Ve skutečnosti se velké množství sirovodíku vyrábí jeho oddělováním z ložisek zemního plynu. Podobným mechanismem vzniká sirovodík také v termálních oceánských průduších.
U člověka
Ačkoli je sirovodík pro člověka ve velkém množství extrémně toxický, malé množství sirovodíku hraje v biologii člověka zásadní roli. Sirovodík v těle často působí jako signální molekula, která reguluje množství produkce ATP při buněčném dýchání. Zdá se, že sirovodík se také podílí na vazokonstrikci cév živočichů a na rychlosti klíčení semen rostlin.
Toxičnost sirovodíku
Obecně je sirovodík velmi toxický pro obligátní dýchače kyslíku. Mechanismus jeho působení je podobný jako u oxidu uhelnatého. Sirovodík se naváže na důležité enzymy a kofaktory a zabrání jim v jejich práci při buněčném dýchání. Jelikož sirovodík přirozeně vzniká v lidském těle, má tělo mechanismy pro jeho odstraňování, i když tyto mechanismy mohou být překonány dostatečně velkou dávkou.
Příznaky otravy sirovodíkem jsou podobné jako u otravy oxidem uhelnatým; únava, závratě, neschopnost soustředění, ztráta paměti a podrážděnost. Ačkoli je zápach zpočátku štiplavý, tělo se na něj rychle aklimatizuje, takže lidé si jeho přítomnost mohou neuvědomovat. Je o něco hustší než vzduch, takže má tendenci se hromadit u dna špatně větraných prostor. Lidské tělo může po určitou dobu tolerovat nízké koncentrace sirovodíku. Ve vysokých koncentracích může být vdechnutí sirovodíku okamžitě smrtelné nebo může způsobit vážné poškození mozku.
V minulosti lékaři diagnostikovali extrémní případy otravy sirovodíkem tak, že oběti vložili do kapsy měděnou minci. Pokud má pacient v těle vysoké množství sirovodíku, bude reagovat s měděnou mincí v kapse, zoxiduje ji a změní barvu na zelenou.