H2S on rikkivety-yhdisteen kemiallinen kaava. Rikkivety on kovalenttinen yhdiste, joka koostuu kahdesta vetyatomista, jotka ovat sitoutuneet keskeiseen rikkiatomiin. Vetysulfidi on veden (H20) tavoin vetykalkogenidi – yhdiste, joka muodostuu vedystä ja jostakin 16. ryhmän alkuaineesta (happi, rikki, seleeni, telluuri). Rikkivety on pooliton, koska sen H-S-sidokset ovat poolittomia. Vedyn ja rikin EN-ero on 0,4, joten vety ja rikki muodostavat poolittomia sidoksia. Vaikka sillä on epäsymmetrinen molekyyligeometria, koko molekyyli on epäpolaarinen, koska siinä ei ole polaarisia sidoksia.

Sulfidivetyä tavataan yleisimmin sulfidogeenisten organismien anaerobisen hengityksen tuotteena. Esimerkiksi jotkin hapettomassa tilassa toimivat bakteerit käyttävät soluhengityksessä sulfaatti-ioneja (SO4-) pääteelektroniakseptorina, joka pelkistyy H2S:ksi. Toisin sanoen sulfidogeeniset organismit hengittävät rikkiä ja hengittävät rikkivetyä. Sitä vastoin aerobisissa eliöissä molekulaarinen happi (O2) toimii päätteellisenä elektroniakseptorina hengityksen aikana, jolloin se pelkistyy H2O:ksi. Rikkivety on myös tulivuorissa ja maakaasumuodostumissa tapahtuvien prosessien tuote.

Rikkivety tunnetaan pistävästä hajustaan, jota kuvataan mädäntyneeksi munaksi. Se on palavaa ja reagoi lämmön ja hapen kanssa tuottaen rikkidioksidia (SO2) ja vettä. Rikkivety on myrkyllistä ihmisille suurina määrinä. sen myrkyllisyys on verrattavissa hiilimonoksidin (CO) myrkyllisyyteen. Hengitettäessä rikkivety sitoutuu mitokondrioiden entsyymeihin, mikä estää soluhengityksen.

Polariteetti pähkinänkuoressa

Kemiassa polariteetti on pohjimmiltaan mitta, jolla mitataan sitä, kuinka tasaisesti molekyylin elektronit ovat jakautuneet. Kun kaksi atomia muodostaa kovalenttisen sidoksen, ne tekevät sen jakamalla valenssielektronit. Jokaisella alkuaineella on elektronegatiivisuus, joka on mitta siitä, kuinka voimakkaasti ne vetävät elektroneja puoleensa. Kun kaksi elektronegatiivisuudeltaan hyvin erilaista alkua muodostaa kovalenttisen sidoksen, elektronegatiivisempi alkuaine vetää jaettuja elektroneja kovemmin kuin vähemmän elektronegatiivinen alkuaine. Seurauksena on, että jaetut elektronit vedetään lähemmäs elektronegatiivisempaa alkuaineita.

Sähkövarausten epätasainen siirtyminen molekyylissä antaa elektronegatiivisemmalle alkuaineelle osittain negatiivisen varauksen ja vähemmän elektronegatiiviselle alkuaineelle osittain positiivisen varauksen. Tätä tarkoittaa, että molekyyli on polaarinen; sillä on osittain varattu dipoli koko rakenteessaan elektronien epätasaisen alueellisen jakautumisen vuoksi.

Se, muodostavatko kaksi atomia polaarisen vai ei-polaarisen sidoksen, riippuu kyseisten alkuaineiden elektronegatiivisuudesta. Jos kahden alkuaineen EN-ero on 0,5 ja 2 välillä, sidosta pidetään yleensä polaarisena. Jos ero on alle 0,5, sitä pidetään funktionaalisesti poolittomana. Jos ero on suurempi kuin 2, sidos on täysin polaarinen, ja sitä kutsutaan oikeammin ionisidokseksi.

Esimerkiksi vesimolekyyli on polaarinen H-O-sidostensa ansiosta. Vedyn EN-arvo on 2,1 ja hapen EN-arvo on 3,5. Näiden kahden arvon erotus on 1,4, joten H-O-sidoksia pidetään polaarisina, jolloin hapella on osittain negatiivinen varaus.

Vetysulfidin polaarisuus

Soveltamalla edellisen oppitunnin oppeja polaarisuudesta voimme selvittää, onko rikkivety polaarinen yhdiste. Vedyn EN-arvo on 2,1 ja rikin EN-arvo on 2,5. Näiden kahden arvon ero on alle 0,5, joten H-S-sidokset luokitellaan poolittomiksi. Koska rikkivety koostuu kokonaan poolittomista H-S-sidoksista, koko molekyyli on pooliton.

Tarkasti ottaen H-S-sidokset eivät ole täysin poolittomia. Rikki on hieman elektronegatiivisempi kuin vety, joten se vetää hieman kovemmin yhteisiä elektroneja. Tämä poolisuus on kuitenkin hyvin heikkoa, ja käytännössä on hyödyllistä käsitellä hyvin heikosti poolisia sidoksia ikään kuin ne eivät olisi lainkaan poolisia. Vaikka H-S-sidokset ovat teknisesti hieman poolisia, niitä on useimmiten turvallista käsitellä ikään kuin ne olisivat poolittomia. Ainoat aidosti poolittomat sidokset muodostuvat sellaisten atomien välille, joilla on identtiset EN-arvot (kuten kaksiatomiset molekyylit) Rikkivedyn hyvin vähäisellä poolisuudella on merkittäviä vaikutuksia pienissä mittakaavoissa, joten tietyissä olosuhteissa olisi tarkoituksenmukaista käsitellä H-S-sidoksia polaarisina.

Vetysulfidi yhdisteenä

Vetysulfidi on kolmiatominen (3-atominen) molekyyli, joka koostuu keskeisestä rikkiatomista ja kahdesta päätteellisestä vetyatomista. Vesimolekyylin tavoin rikkivedyllä on taivutettu geometrinen rakenne, jonka sidoskulma on 92,1° ja sidospituus 136 pikometriä (1 pikometri = metrin biljoonasosa). Se on hieman tiheämpää kuin ilma ja räjähtää hapen ja lämmön vaikutuksesta. Rikkivety liukenee hieman veteen, ja se hajoaa yksinäiseksi protoniksi (H+) ja rikkivetyioniksi (HS-). Tämä käyttäytyminen tekee rikkivedystä heikon hapon.

Rikkivety on palavaa ja reagoi hapen ja lämmön kanssa muodostaen rikkidioksidia ja vettä. Korkeassa lämpötilassa rikkidioksidi muuttuu alkuainerikiksi ja vedeksi, joten rikkivedyn polttoa käytetään usein yhtenä vaiheena puhtaan alkuainerikin tuottamiseksi. Se reagoi metalli-ionien kanssa muodostaen metallisulfideja, yleisimmin lyijyn (Pb) kanssa muodostaen lyijy(II)sulfidia (PbS). Vastaavasti metallisulfidien käsitteleminen vahvan hapon kanssa johtaa rikkivedyn muodostumiseen.

Rikkivedyn esiintyminen

Anaerobinen hengitys

Yksi tärkeimmistä luonnollisista rikkivedyn lähteistä on sulfidogeenisten bakteerien toiminta. Sulfidogeeniset bakteerit käyttävät aineenvaihdunnassaan hapen sijasta rikkiä. Sulfidogeenisen hengityksen aikana bakteerit käyttävät sulfaatti-ioneja pelkistävänä aineena kuljettamaan elektroneja elektroninkuljetusjunassa. Tämän reaktion lopussa sulfaatti-ionit pelkistyvät rikkivedyksi, joka vapautuu ympäristöön. Sulfidogeenisten bakteerien toiminta ja niiden rikkivetypäästötuotteet ovat vastuussa mätänevästä hajusta, joka liittyy paikkoihin, joissa on suuria määriä hajoavaa orgaanista ainesta, kuten suot tai viemärit.

Sulfidogeenisten bakteerien toiminnalla on ratkaiseva merkitys rikin kiertokululle maapallolla. Siten rikkivety on yksi rikin kierron tärkeimmistä ainesosista. Rikin kiertokulku on prosessi, jossa rikki kiertää ympäristön läpi, eläviin organismeihin ja takaisin ympäristöön. Rikki on eläville organismeille välttämätön hivenaine, joten rikin kiertokulku pitää yllä jatkuvaa alkuainerikkivarastoa elävien organismien käyttöön. Sulfidogeenisten bakteerien tuottama rikkivety edustaa tärkeää vaihetta tässä kiertokulussa; sen rikin tuottamista, joka lopulta päätyy eläviin organismeihin.

Geologinen toiminta

Pieniä määriä rikkivetyä syntyy myös geokemiallisissa reaktioissa maankuoressa. Maankuori sisältää suuria määriä rikkiä ja rikkipitoisia mineraaleja. Lämmön ja paineen vaikutuksesta metallisulfidiyhdisteet hydrolysoituvat veden kanssa muodostaen metallioksidia ja rikkivetykaasua. Näin ollen rikkivety on luonnollinen tuote prosessissa, jossa syntyy maakaasua. Itse asiassa suuri määrä rikkivetyä tuotetaan erottamalla sitä maakaasuesiintymistä. Samankaltaiset mekanismit johtavat myös rikkivedyn muodostumiseen lämpimissä valtamerten purkausaukoissa.

Ihmisessä

Vaikka rikkivety on suurina määrinä ihmiselle erittäin myrkyllistä, pienillä määrillä rikkivetyä on ratkaiseva merkitys ihmisen biologiassa. Kehossa oleva rikkivety toimii usein signaalimolekyylinä, joka säätelee ATP:n tuotannon määrää soluhengityksen aikana. Rikkivety näyttää myös olevan osallisena eläinten verisuonten verisuonten supistumisessa ja siementen itämisnopeudessa kasveissa.

Rikkivedyn myrkyllisyys

Yleisesti ottaen rikkivety on hyvin myrkyllistä pakollisille happihengittäjille. Sen vaikutusmekanismit ovat samanlaiset kuin hiilimonoksidin. Rikkivety sitoutuu tärkeisiin entsyymeihin ja kofaktoreihin estäen niitä tekemästä työtään soluhengityksen aikana. Koska rikkivetyä syntyy ihmiskehossa luonnostaan, elimistöllä on mekanismeja rikkivedyn poistamiseksi, joskin nämä mekanismit voidaan ohittaa riittävän suurella annoksella.

Rikkivedyn aiheuttaman myrkytyksen oireet ovat samankaltaisia kuin hiilimonoksidimyrkytyksen; väsymys, huimaus, keskittymiskyvyttömyys, muistin menetys ja ärtyneisyys. Vaikka aluksi haju on pistävä, elimistö tottuu nopeasti hajuun, minkä vuoksi ihminen voi olla tietämätön sen läsnäolosta. Se on hieman tiheämpää kuin ilma, joten sillä on taipumus kerääntyä huonosti tuuletettujen tilojen pohjalle. Ihmiskeho voi sietää alhaisia rikkivedyn pitoisuuksia jonkin aikaa. Suurina pitoisuuksina rikkivedyn hengittäminen voi olla välittömästi hengenvaarallista tai aiheuttaa vakavia aivovaurioita.

Historiallisesti lääkärit ovat diagnosoineet äärimmäiset rikkivety-myrkytystapaukset laittamalla kuparikolikon uhrin taskuun. Jos potilaan elimistössä on suuria määriä rikkivetyä, se reagoi taskussa olevan kuparikolikon kanssa hapettuen sen ja muuttaen sen vihreäksi.