H2S est la formule chimique du composé sulfure d’hydrogène. Le sulfure d’hydrogène est un composé covalent qui se compose de deux atomes d’hydrogène liés à un atome de soufre central. Comme l’eau (H20), le sulfure d’hydrogène est un chalcogénure d’hydrogène – un composé constitué d’hydrogène et d’un élément du groupe 16 (oxygène, soufre, sélénium, tellure). Le sulfure d’hydrogène est non polaire en raison de ses liaisons H-S non polaires. La différence EN entre l’hydrogène et le soufre étant de 0,4, l’hydrogène et le soufre forment des liaisons non polaires. Bien qu’elle ait une géométrie moléculaire asymétrique, la molécule entière est non polaire en raison de l’absence de toute liaison polaire.
Le sulfure d’hydrogène est le plus souvent rencontré comme produit de la respiration anaérobie des organismes sulfidogènes. Par exemple, certaines bactéries qui fonctionnent en l’absence d’oxygène utilisent des ions sulfate (SO4-) comme accepteur terminal d’électrons pendant la respiration cellulaire qui le réduit en H2S. En d’autres termes, les organismes sulfidogènes respirent du soufre et expirent du sulfure d’hydrogène. À l’inverse, chez les organismes aérobies, l’oxygène moléculaire (O2) joue le rôle d’accepteur terminal d’électrons pendant la respiration, qui le réduit en H2O. Il est également le produit de processus dans les volcans et les formations de gaz naturel.
Le sulfure d’hydrogène est connu pour son odeur piquante qui est décrite comme des œufs pourris. Il est combustible et réagit avec la chaleur et l’oxygène pour produire du dioxyde de soufre (SO2) et de l’eau. Le sulfure d’hydrogène est toxique pour les humains en grandes quantités. Son niveau de toxicité est comparable à celui du monoxyde de carbone (CO). Lorsqu’il est inhalé, le sulfure d’hydrogène se lie aux enzymes de la mitochondrie, ce qui empêche la respiration cellulaire.
Polarité en bref
Essentiellement, la polarité en chimie est une mesure de la répartition uniforme des électrons dans une molécule. Lorsque deux atomes forment une liaison covalente, ils le font en partageant des électrons de valence. Chaque élément a une électronégativité, qui est une mesure de la force avec laquelle il attire les électrons. Lorsque deux éléments dont l’électronégativité est très différente forment une liaison covalente, l’élément le plus électronégatif tire davantage sur les électrons partagés que l’élément le moins électronégatif. Le résultat est que les électrons partagés sont tirés plus près de l’élément plus électronégatif.
Le déplacement inégal des charges électriques dans la molécule donne à l’élément plus électronégatif une charge négative partielle et à l’élément moins électronégatif une charge positive partielle. C’est ce que signifie pour une molécule d’être polaire ; elle a un dipôle partiellement chargé à travers sa structure en raison de la distribution spatiale inégale des électrons.
La question de savoir si deux atomes formeront ou non une liaison polaire ou non polaire dépend des électronégativités respectives de ces éléments. Si deux éléments ont une différence d’EN entre 0,5 et 2, la liaison est généralement considérée comme polaire. Si la différence est inférieure à 0,5, elle est considérée comme fonctionnellement non polaire. Si la différence est supérieure à 2, alors la liaison est complètement polaire, et on parle plutôt de liaison ionique.
Par exemple, une molécule d’eau est polaire en vertu de ses liaisons H-O. L’hydrogène a une valeur EN de 2,1 et l’oxygène a une valeur EN de 3,5. La différence entre ces deux valeurs est de 1,4, donc les liaisons H-O sont considérées comme polaires, avec une charge négative partielle sur l’oxygène.
La polarité du sulfure d’hydrogène
En appliquant la leçon précédente sur la polarité, nous pouvons savoir si le sulfure d’hydrogène est un composé polaire. L’hydrogène a une valeur EN de 2,1 et le soufre a une valeur EN de 2,5. La différence entre ces deux valeurs est inférieure à 0,5, donc les liaisons H-S sont classées comme non polaires. Puisque l’hydrogène sulfuré est entièrement constitué de liaisons H-S non polaires, la molécule entière est non polaire.
Strictement parlant, les liaisons H-S ne sont pas complètement non polaires. Le soufre est légèrement plus électronégatif que l’hydrogène, donc il tire un peu plus fort sur les électrons partagés. Cette polarité est cependant très faible et, en pratique, il est utile de traiter les liaisons très faiblement polaires comme si elles n’étaient pas polaires du tout. Ainsi, même si les liaisons H-S sont techniquement un peu polaires, la plupart du temps, il est prudent de les traiter comme si elles étaient non polaires. Les seules liaisons vraiment non polaires sont formées entre des atomes ayant des valeurs EN identiques (comme les molécules diatomiques) La très légère polarité du sulfure d’hydrogène a des effets significatifs à petite échelle, donc dans certaines circonstances, il serait approprié de traiter les liaisons H-S comme polaires.
Sulfure d’hydrogène en tant que composé
Le sulfure d’hydrogène est une molécule triatomique (3 atomes) qui consiste en un atome de soufre central et 2 atomes d’hydrogène terminaux. Comme une molécule d’eau, le sulfure d’hydrogène a une structure géométrique coudée avec un angle de liaison de 92,1° et des longueurs de liaison de 136 picomètres (1 picomètre = 1 trillionième de mètre). Il est un peu plus dense que l’air et est explosif en présence d’oxygène et de chaleur. Le sulfure d’hydrogène est légèrement soluble dans l’eau et se dissocie en un proton solitaire (H+) et un ion hydrosulfure (HS-). Ce comportement fait du sulfure d’hydrogène un acide faible.
Le sulfure d’hydrogène est combustible et réagira avec l’oxygène et la chaleur pour former du dioxyde de soufre et de l’eau. Sous une température élevée, le dioxyde de soufre se transformera en soufre élémentaire et en eau, de sorte que la combustion du sulfure d’hydrogène est souvent utilisée comme l’une des étapes pour produire du soufre élémentaire pur. Il réagit avec les ions métalliques pour former des sulfures métalliques, le plus souvent avec le plomb (Pb) pour former du sulfure de plomb(II) (PbS). Inversement, le traitement des sulfures métalliques avec un acide fort entraîne la production de sulfure d’hydrogène.
Occurrences de sulfure d’hydrogène
Respiration anaérobie
L’une des principales sources naturelles de sulfure d’hydrogène est l’activité des bactéries sulfidogènes. Les bactéries sulfidogènes utilisent le soufre au lieu de l’oxygène pour leurs métabolismes. Lors de la respiration sulfidogène, les bactéries vont utiliser les ions sulfates comme agent réducteur pour transporter les électrons sur le train de transport d’électrons. À la fin de cette réaction, les ions sulfate sont réduits en sulfure d’hydrogène qui est libéré dans l’environnement. L’activité des bactéries sulfidogènes et leurs produits à base de sulfure d’hydrogène sont responsables de l’odeur de pourriture associée aux endroits où se trouvent de grandes quantités de matières organiques en décomposition, comme les marais ou les égouts.
L’activité des bactéries sulfidogènes est d’une importance cruciale pour le cycle du soufre sur terre. Ainsi, le sulfure d’hydrogène est l’un des principaux constituants du cycle du soufre. Le cycle du soufre est le processus par lequel le soufre passe dans l’environnement, dans les organismes vivants et retourne dans l’environnement. Le soufre étant un oligo-élément nécessaire aux organismes vivants, le cycle du soufre permet de maintenir un approvisionnement constant en soufre élémentaire pour les organismes vivants. La production de sulfure d’hydrogène par les bactéries sulfidogènes représente une étape importante de ce cycle ; la production du soufre qui se retrouvera éventuellement dans les organismes vivants.
Activité géologique
De petites quantités de sulfure d’hydrogène sont également produites lors de réactions géochimiques dans la croûte terrestre. La croûte terrestre contient de grandes quantités de soufre et de minéraux contenant du soufre. En présence de chaleur et de pression, les composés de sulfure métallique subissent une hydrolyse avec l’eau pour former un oxyde métallique et du sulfure d’hydrogène gazeux. En tant que tel, le sulfure d’hydrogène est un produit naturel du processus qui crée le gaz naturel. En fait, une grande quantité de sulfure d’hydrogène est produite par la séparation de celui-ci des gisements de gaz naturel. Des mécanismes similaires entraînent également la formation de sulfure d’hydrogène dans les évents thermiques des océans.
Chez les humains
Bien que le sulfure d’hydrogène soit extrêmement toxique pour les humains en grandes quantités, de petites quantités de sulfure d’hydrogène jouent un rôle crucial dans la biologie humaine. Le sulfure d’hydrogène dans le corps agit souvent comme une molécule de signalisation qui régule la quantité de production d’ATP pendant la respiration cellulaire. Le sulfure d’hydrogène semble également être impliqué dans la vasoconstriction des vaisseaux sanguins des animaux et dans le taux de germination des graines chez les plantes.
Toxicité du sulfure d’hydrogène
En général, le sulfure d’hydrogène est très toxique pour les respirateurs obligatoires d’oxygène. Ses mécanismes d’action sont similaires à ceux du monoxyde de carbone. Le sulfure d’hydrogène se lie aux enzymes et aux cofacteurs importants, les empêchant de faire leur travail pendant la respiration cellulaire. Comme le sulfure d’hydrogène est produit naturellement dans le corps humain, celui-ci dispose de mécanismes pour éliminer le sulfure d’hydrogène, bien que ces mécanismes puissent être dépassés par une dose suffisamment importante.
Les symptômes de l’empoisonnement au sulfure d’hydrogène sont similaires à ceux de l’empoisonnement au monoxyde de carbone ; fatigue, vertiges, incapacité à se concentrer, perte de mémoire et irritabilité. Bien qu’il s’agisse initialement d’une odeur piquante, le corps s’habitue rapidement à l’odeur, ce qui peut rendre les gens inconscients de sa présence. Il est légèrement plus dense que l’air, il a donc tendance à s’accumuler au fond des espaces mal ventilés. Le corps humain peut tolérer de faibles concentrations de sulfure d’hydrogène pendant un certain temps. A forte concentration, l’inhalation de sulfure d’hydrogène peut être immédiatement mortelle ou provoquer de graves lésions cérébrales.
Historiquement, les médecins ont diagnostiqué les cas extrêmes d’empoisonnement au sulfure d’hydrogène en plaçant une pièce de cuivre dans la poche de la victime. Si le patient a de grandes quantités de sulfure d’hydrogène dans son corps, il réagira avec la pièce de cuivre dans sa poche, l’oxydant et la faisant devenir verte.