H2S es la fórmula química del compuesto sulfuro de hidrógeno. El sulfuro de hidrógeno es un compuesto covalente formado por 2 átomos de hidrógeno unidos a un átomo de azufre central. Al igual que el agua (H20), el sulfuro de hidrógeno es un calcogenuro de hidrógeno, un compuesto formado por hidrógeno y un elemento del grupo 16 (oxígeno, azufre, selenio, telurio). El sulfuro de hidrógeno es apolar debido a sus enlaces H-S no polares. La diferencia EN entre el hidrógeno y el azufre es de 0,4, por lo que el hidrógeno y el azufre forman enlaces no polares. Aunque tiene una geometría molecular asimétrica, toda la molécula es no polar debido a la ausencia de enlaces polares.
El sulfuro de hidrógeno se encuentra más comúnmente como un producto de la respiración anaeróbica de los organismos sulfidogénicos. Por ejemplo, algunas bacterias que operan en ausencia de oxígeno utilizan iones de sulfato (SO4-) como el aceptor terminal de electrones durante la respiración celular que lo reduce a H2S. En otras palabras, los organismos sulfidogénicos respiran azufre y exhalan sulfuro de hidrógeno. Por el contrario, en los organismos aeróbicos, el oxígeno molecular (O2) actúa como aceptor terminal de electrones durante la respiración, que se reduce a H2O. También es el producto de procesos en volcanes y formaciones de gas natural.
El sulfuro de hidrógeno es conocido por su olor penetrante que se describe como huevos podridos. Es combustible y reacciona con el calor y el oxígeno para producir dióxido de azufre (SO2) y agua. El sulfuro de hidrógeno es venenoso para los seres humanos en grandes cantidades. Su nivel de toxicidad es comparable al del monóxido de carbono (CO). Cuando se inhala, el sulfuro de hidrógeno se une a las enzimas de la mitocondria, lo que impide la respiración celular.
La polaridad en una cáscara de nuez
Esencialmente, la polaridad en química es una medida de cómo están distribuidos uniformemente los electrones en una molécula. Cuando dos átomos forman un enlace covalente, lo hacen compartiendo electrones de valencia. Cada elemento tiene una electronegatividad, que es una medida de la fuerza que ejercen sobre los electrones. Cuando dos elementos que difieren mucho en sus electronegatividades forman un enlace covalente, el elemento más electronegativo tirará más de los electrones compartidos que el elemento menos electronegativo. El resultado es que los electrones compartidos se acercan al elemento más electronegativo.
El desplazamiento desigual de las cargas eléctricas en la molécula da al elemento más electronegativo una carga parcial negativa y al elemento menos electronegativo una carga parcial positiva. Esto es lo que significa que una molécula sea polar; tiene un dipolo parcialmente cargado a través de su estructura a causa de la distribución espacial desigual de los electrones.
El hecho de que dos átomos formen un enlace polar o no polar depende de las electronegatividades respectivas de esos elementos. Si dos elementos tienen una diferencia EN entre 0,5 y 2, el enlace se considera generalmente polar. Si la diferencia es inferior a 0,5, se considera funcionalmente no polar. Si la diferencia es superior a 2, entonces el enlace es completamente polar, y se denomina más propiamente enlace iónico.
Por ejemplo, una molécula de agua es polar en virtud de sus enlaces H-O. El hidrógeno tiene un EN de 2,1 y el oxígeno tiene un valor EN de 3,5. la diferencia entre estos dos valores es de 1,4, por lo que los enlaces H-O se consideran polares, con una carga parcial negativa en el oxígeno.
La polaridad del sulfuro de hidrógeno
Aplicando la lección anterior sobre la polaridad, podemos averiguar si el sulfuro de hidrógeno es un compuesto polar. El hidrógeno tiene un valor EN de 2,1 y el azufre tiene un valor EN de 2,5. La diferencia entre estos dos valores es inferior a 0,5, por lo que los enlaces H-S se clasifican como no polares. Dado que el sulfuro de hidrógeno está formado en su totalidad por enlaces H-S no polares, toda la molécula es no polar.
En sentido estricto, los enlaces H-S no son completamente no polares. El azufre es ligeramente más electronegativo que el hidrógeno, por lo que tira un poco más de los electrones compartidos. Sin embargo, esta polaridad es muy débil y, en la práctica, es útil tratar los enlaces débilmente polares como si no lo fueran en absoluto. Así, aunque los enlaces H-S son técnicamente un poco polares, la mayor parte del tiempo es seguro tratarlos como si fueran no polares. Los únicos enlaces verdaderamente no polares se forman entre átomos con valores de EN idénticos (como las moléculas diatómicas) La muy ligera polaridad del sulfuro de hidrógeno tiene efectos significativos a pequeñas escalas, por lo que en ciertas circunstancias, sería apropiado tratar los enlaces H-S como polares.
El sulfuro de hidrógeno como compuesto
El sulfuro de hidrógeno es una molécula triatómica (3 átomos) que consiste en un átomo de azufre central y 2 átomos de hidrógeno terminales. Al igual que una molécula de agua, el sulfuro de hidrógeno tiene una estructura geométrica doblada con un ángulo de enlace de 92,1° y longitudes de enlace de 136 picómetros (1 picómetro = 1 trillonésima parte de un metro). Es un poco más denso que el aire y es explosivo en presencia de oxígeno y calor. El sulfuro de hidrógeno es ligeramente soluble en agua y se disocia en un protón solitario (H+) y un ion hidrosulfuro (HS-). Este comportamiento hace que el sulfuro de hidrógeno sea un ácido débil.
El sulfuro de hidrógeno es combustible y reaccionará con oxígeno y calor para formar dióxido de azufre y agua. A alta temperatura, el dióxido de azufre se convertirá en azufre elemental y agua, por lo que la combustión del sulfuro de hidrógeno se utiliza a menudo como uno de los pasos para producir azufre elemental puro. Reacciona con iones metálicos para formar sulfuros metálicos, más comúnmente con el plomo (Pb) para formar sulfuro de plomo(II) (PbS). A la inversa, el tratamiento de sulfuros metálicos con un ácido fuerte resulta en la producción de sulfuro de hidrógeno.
Ocurrencias de sulfuro de hidrógeno
Respiración anaeróbica
Una de las principales fuentes naturales de sulfuro de hidrógeno es la actividad de las bacterias sulfidogénicas. Las bacterias sulfidogénicas utilizan azufre en lugar de oxígeno para sus metabolismos. Durante la respiración sulfidogénica, las bacterias utilizan iones de sulfato como agente reductor para transportar electrones en el tren de transporte de electrones. Al final de esta reacción, los iones de sulfato se reducen a sulfuro de hidrógeno que se libera al medio ambiente. La actividad de las bacterias sulfidogénicas y sus productos de sulfuro de hidrógeno son responsables del olor a podrido asociado a los lugares con grandes cantidades de materia orgánica en descomposición, como los pantanos o las alcantarillas.
La actividad de las bacterias sulfidogénicas es de crucial importancia para el ciclo del azufre en la tierra. Así, el sulfuro de hidrógeno es uno de los principales componentes del ciclo del azufre. El ciclo del azufre es el proceso por el cual el azufre pasa por el medio ambiente, llega a los organismos vivos y vuelve al medio ambiente. El azufre es un oligoelemento necesario para los organismos vivos, por lo que el ciclo del azufre es lo que mantiene un suministro constante de azufre elemental para que los organismos vivos lo utilicen. La producción de sulfuro de hidrógeno por parte de las bacterias sulfidogénicas representa un paso importante en este ciclo; la producción del azufre que eventualmente llegará a los organismos vivos.
Actividad geológica
También se producen pequeñas cantidades de sulfuro de hidrógeno en reacciones geoquímicas en la corteza terrestre. La corteza terrestre contiene grandes cantidades de azufre y minerales que lo contienen. En presencia de calor y presión, los compuestos de sulfuro metálico sufrirán una hidrólisis con el agua para formar un óxido metálico y gas de sulfuro de hidrógeno. Como tal, el sulfuro de hidrógeno es un producto natural del proceso que crea el gas natural. De hecho, una gran cantidad de sulfuro de hidrógeno se produce a través de la separación de éste de los depósitos de gas natural. Mecanismos similares también dan lugar a la formación de sulfuro de hidrógeno en los respiraderos oceánicos térmicos.
En los seres humanos
Aunque el sulfuro de hidrógeno es extremadamente tóxico para los seres humanos en grandes cantidades, pequeñas cantidades de sulfuro de hidrógeno desempeñan un papel crucial en la biología humana. El sulfuro de hidrógeno en el cuerpo a menudo actúa como una molécula de señalización que regula la cantidad de producción de ATP durante la respiración celular. El sulfuro de hidrógeno también parece estar implicado en la vasoconstricción de los vasos sanguíneos de los animales y en la tasa de germinación de las semillas en las plantas.
Toxicidad del sulfuro de hidrógeno
En general, el sulfuro de hidrógeno es muy tóxico para los respiradores obligados de oxígeno. Sus mecanismos de acción son similares a los del monóxido de carbono. El sulfuro de hidrógeno se une a importantes enzimas y cofactores, impidiéndoles realizar su trabajo durante la respiración celular. Dado que el sulfuro de hidrógeno se produce de forma natural en el cuerpo humano, éste dispone de mecanismos para eliminar el sulfuro de hidrógeno, aunque estos mecanismos pueden verse superados por una dosis suficientemente grande.
Los síntomas de la intoxicación por sulfuro de hidrógeno son similares a los de la intoxicación por monóxido de carbono; fatiga, mareos, incapacidad para concentrarse, pérdida de memoria e irritabilidad. Aunque inicialmente tiene un olor penetrante, el cuerpo se aclimata rápidamente al olor, lo que puede hacer que las personas no sean conscientes de su presencia. Es ligeramente más denso que el aire, por lo que tiene tendencia a acumularse cerca del fondo de los espacios mal ventilados. El cuerpo humano puede tolerar concentraciones bajas de sulfuro de hidrógeno durante algún tiempo. En altas concentraciones, la inhalación de sulfuro de hidrógeno puede ser inmediatamente mortal o causar graves daños cerebrales.
Históricamente, los médicos han diagnosticado casos extremos de intoxicación por sulfuro de hidrógeno colocando una moneda de cobre en el bolsillo de la víctima. Si el paciente tiene altas cantidades de sulfuro de hidrógeno en su cuerpo, reaccionará con la moneda de cobre en su bolsillo, oxidándola y volviéndola verde.