H2S to wzór chemiczny dla związku siarkowodoru. Siarkowodór jest związkiem kowalencyjnym, który składa się z 2 atomów wodoru związanych z centralnym atomem siarki. Podobnie jak woda (H20), siarkowodór jest chalkogenidem wodoru – związkiem wykonanym z wodoru i pierwiastków grupy 16 (tlen, siarka, selen, tellur). Siarkowodór jest niepolarny ze względu na niepolarne wiązania H-S. Różnica PL między wodorem a siarką wynosi 0,4, więc wodór i siarka tworzą wiązania niepolarne. Chociaż ma asymetryczną geometrię molekularną, cała cząsteczka jest niepolarna ze względu na brak jakichkolwiek wiązań polarnych.
Siarkowodór jest najczęściej spotykany jako produkt oddychania beztlenowego organizmów sulfidogenicznych. Na przykład, niektóre bakterie, które działają w nieobecności tlenu używają jonów siarczanowych (SO4-) jako końcowego akceptora elektronów podczas oddychania komórkowego, które redukuje je do H2S. Innymi słowy, organizmy sulfidogenne wdychają siarkę i wydychają siarkowodór. I odwrotnie, u organizmów tlenowych, tlen cząsteczkowy (O2) pełni rolę terminalnego akceptora elektronów podczas oddychania, który jest redukowany do H2O. Jest on również produktem procesów zachodzących w wulkanach i naturalnych formacjach gazowych.
Siarkowodór jest znany ze swojego ostrego zapachu, który jest opisywany jako gnijące jajka. Jest łatwopalny i będzie reagować z ciepłem i tlenem do produkcji dwutlenku siarki (SO2) i wody. Siarkowodór jest trujący dla ludzi w dużych ilościach. jego poziom toksyczności jest porównywalny z tlenkiem węgla (CO). Po wdychaniu, siarkowodór wiąże się z enzymami w mitochondriach, co uniemożliwia oddychanie komórkowe.
Polaryzacja w pigułce
Podstawowo, polaryzacja w chemii jest miarą tego, jak równomiernie rozmieszczone są elektrony w cząsteczce. Kiedy dwa atomy tworzą wiązanie kowalencyjne, robią to poprzez dzielenie się elektronami walencyjnymi. Każdy element ma elektronegatywność, która jest miarą tego, jak mocno przyciągają one elektrony. Kiedy dwa elementy, które różnią się znacznie pod względem elektroujemności tworzą wiązanie kowalencyjne, bardziej elektroujemny element będzie mocniej przyciągał współdzielone elektrony niż element mniej elektroujemny. Wynik jest taki, że wspólne elektrony są ciągnięte bliżej bardziej electronegative element.
Nierównomierne przesunięcie ładunków elektrycznych w cząsteczce daje bardziej electronegative element częściowy ładunek ujemny i mniej electronegative element częściowy ładunek dodatni. To właśnie oznacza, że cząsteczka jest polarna; ma ona częściowo naładowany dipol w całej swojej strukturze ze względu na nierównomierne rozmieszczenie przestrzenne elektronów.
To, czy dwa atomy utworzą wiązanie polarne czy niepolarne, zależy od elektroujemności tych pierwiastków. Jeśli dwa elementy mają PL różnicę między 0,5 i 2, wiązanie jest ogólnie uważane za polarne. Jeśli różnica jest mniejsza niż 0,5, jest ono uważane za funkcjonalnie niepolarne. Jeśli różnica jest większa niż 2, wtedy wiązanie jest całkowicie polarne i jest bardziej prawidłowo określane jako wiązanie jonowe.
Na przykład, cząsteczka wody jest polarna na mocy jej wiązań H-O. Wodór ma wartość EN równą 2,1, a tlen ma wartość EN równą 3,5. różnica między tymi dwiema wartościami wynosi 1,4, więc wiązania H-O są uważane za polarne, z częściowym ujemnym ładunkiem na tlenie.
The Polarity Of Hydrogen Sulfide
Stosując poprzednią lekcję na temat polarności, możemy dowiedzieć się, czy siarkowodór jest związkiem polarnym. Wodór ma wartość EN równą 2,1, a siarka ma wartość EN równą 2,5. różnica między tymi dwoma wartościami jest mniejsza niż 0,5, więc wiązania H-S są klasyfikowane jako niepolarne. Ponieważ siarkowodór składa się w całości z niepolarnych wiązań H-S, cała cząsteczka jest niepolarna.
Ściśle mówiąc, wiązania H-S nie są całkowicie niepolarne. Siarka jest nieco bardziej elektronegatywna niż wodór, więc nieco mocniej przyciąga wspólne elektrony. Ta polarność jest jednak bardzo słaba, i praktycznie, użyteczne jest traktowanie bardzo słabo polarnych wiązań tak jakby w ogóle nie były polarne. Więc nawet jeśli wiązania H-S są technicznie trochę polarne, przez większość czasu bezpiecznie jest traktować je tak, jakby były niepolarne. Jedyne prawdziwie niepolarne wiązania są tworzone pomiędzy atomami o identycznych wartościach EN (jak cząsteczki dwuatomowe) Bardzo niewielka polarność siarkowodoru ma znaczące efekty w małych skalach, więc w pewnych okolicznościach właściwe byłoby traktowanie wiązań H-S jako polarnych.
Siarkowodór jako związek
Siarkowodór jest trójatomową (3-atomową) cząsteczką, która składa się z centralnego atomu siarki i 2 końcowych atomów wodoru. Podobnie jak cząsteczka wody, siarkowodór ma wygiętą strukturę geometryczną z kątem wiązania 92,1° i długością wiązania 136 pikometrów (1 pikometr = 1 trylionowa część metra). Jest on nieco gęstszy od powietrza i jest wybuchowy w obecności tlenu i ciepła. Siarkowodór jest słabo rozpuszczalny w wodzie i ulega dysocjacji na samotny proton (H+) i jon wodorosiarczkowy (HS-). To zachowanie sprawia, że siarkowodór jest słabym kwasem.
Siarkowodór jest łatwopalny i będzie reagował z tlenem i ciepłem tworząc dwutlenek siarki i wodę. W wysokiej temperaturze dwutlenek siarki przekształci się w siarkę elementarną i wodę, więc spalanie siarkowodoru jest często stosowane jako jeden z etapów produkcji czystej siarki elementarnej. Reaguje on z jonami metali tworząc siarczki metali, najczęściej z ołowiem (Pb) tworząc siarczek ołowiu(II) (PbS). I odwrotnie, traktowanie siarczków metali silnym kwasem powoduje produkcję siarkowodoru.
Występowanie siarkowodoru
Odddychanie beztlenowe
Jednym z podstawowych naturalnych źródeł siarkowodoru jest działalność bakterii sulfidogennych. Bakterie sulfidogenne wykorzystują do swojego metabolizmu siarkę zamiast tlenu. Podczas oddychania sulfidogennego, bakterie używają jonów siarczanowych jako czynnika redukującego do przenoszenia elektronów w łańcuchu transportu elektronów. Na końcu tej reakcji jony siarczanowe są redukowane do siarkowodoru, który jest uwalniany do środowiska. Aktywność bakterii sulfidogennych i ich produktów siarkowodoru jest odpowiedzialna za gnilny zapach związany z miejscami o dużej ilości rozkładającej się materii organicznej, takimi jak bagna czy kanały ściekowe.
Aktywność bakterii sulfidogennych ma kluczowe znaczenie dla cyklu siarki na Ziemi. Tak więc, siarkowodór jest jednym z głównych składników cyklu siarkowego. Cykl siarkowy jest procesem, w którym siarka przechodzi przez środowisko, do organizmów żywych i z powrotem do środowiska. Siarka jest niezbędnym pierwiastkiem śladowym dla organizmów żywych, więc cykl siarkowy jest tym, co utrzymuje stały dopływ siarki elementarnej do wykorzystania przez organizmy żywe. Produkcja siarkowodoru przez bakterie sulfidogenne stanowi ważny krok w tym cyklu; produkcja siarki, która w końcu trafi do organizmów żywych.
Aktywność geologiczna
Niewielkie ilości siarkowodoru są również produkowane w reakcjach geochemicznych w skorupie ziemskiej. Skorupa ziemska zawiera duże ilości siarki i minerałów zawierających siarkę. W obecności ciepła i ciśnienia, związki siarczku metalu ulegają hydrolizie z wodą tworząc tlenek metalu i gazowy siarkowodór. Jako taki, siarkowodór jest naturalnym produktem procesu, w wyniku którego powstaje gaz ziemny. W rzeczywistości, duża ilość siarkowodoru jest produkowana poprzez oddzielanie go od złóż gazu ziemnego. Podobne mechanizmy powodują również powstawanie siarkowodoru w termicznych otworach oceanicznych.
W człowieku
Aczkolwiek siarkowodór jest niezwykle toksyczny dla ludzi w dużych ilościach, małe ilości siarkowodoru odgrywają kluczową rolę w biologii człowieka. Siarkowodór w organizmie często działa jako cząsteczka sygnalizacyjna, która reguluje ilość produkcji ATP podczas oddychania komórkowego. Siarkowodór wydaje się być również zaangażowany w zwężanie naczyń krwionośnych zwierząt i szybkość kiełkowania nasion u roślin.
Toksyczność siarkowodoru
Ogólnie, siarkowodór jest bardzo toksyczny dla osób oddychających tlenem. Jego mechanizm działania jest podobny do mechanizmu działania tlenku węgla. Siarkowodór będzie wiązał się z ważnymi enzymami i kofaktorami, uniemożliwiając im wykonywanie ich pracy podczas oddychania komórkowego. Ponieważ siarkowodór jest naturalnie wytwarzany w organizmie człowieka, organizm posiada mechanizmy usuwania siarkowodoru, chociaż mechanizmy te mogą zostać prześcignięte przez wystarczająco dużą dawkę.
Objawy zatrucia siarkowodorem są podobne do objawów zatrucia tlenkiem węgla; zmęczenie, zawroty głowy, niezdolność do koncentracji, utrata pamięci i drażliwość. Choć początkowo jest to ostry zapach, organizm szybko się do niego przyzwyczaja, co może sprawić, że ludzie nie zdają sobie sprawy z jego obecności. Jest nieco gęstszy od powietrza, więc ma tendencję do gromadzenia się w pobliżu dna słabo wentylowanych pomieszczeń. Organizm ludzki może przez pewien czas tolerować niskie stężenia siarkowodoru. W wysokich stężeniach, wdychanie siarkowodoru może być natychmiast śmiertelne lub spowodować poważne uszkodzenia mózgu.
Historycznie, lekarze zdiagnozowali skrajne przypadki zatrucia siarkowodorem poprzez umieszczenie miedzianej monety w kieszeni ofiary. Jeśli pacjent ma duże ilości siarkowodoru w organizmie, wejdzie on w reakcję z miedzianą monetą w kieszeni, utleniając ją i zmieniając jej kolor na zielony.
.