H2S este formula chimică a compusului hidrogen sulfurat. Hidrogenul sulfurat este un compus covalent care este alcătuit din 2 atomi de hidrogen legați de un atom de sulf central. La fel ca și apa (H20), hidrogenul sulfurat este o calcogenură de hidrogen – un compus format din hidrogen și un element din grupa 16 (oxigen, sulf, seleniu, telur. Hidrogenul sulfurat este nepolar datorită legăturilor sale H-S nepolare. Diferența EN dintre hidrogen și sulf este de 0,4, astfel încât hidrogenul și sulful formează legături nepolare. Deși are o geometrie moleculară asimetrică, întreaga moleculă este nepolară datorită absenței oricăror legături polare.
Sulfura de hidrogen este cel mai frecvent întâlnită ca produs al respirației anaerobe a organismelor sulfidogene. De exemplu, unele bacterii care funcționează în absența oxigenului folosesc ionii de sulfat (SO4-) ca acceptor terminal de electroni în timpul respirației celulare care îl reduce în H2S. Cu alte cuvinte, organismele sulfidogene respiră sulf și expiră hidrogen sulfurat. În schimb, în organismele aerobe, oxigenul molecular (O2) acționează ca acceptor terminal de electroni în timpul respirației, care este redus în H2O. Este, de asemenea, produsul proceselor din vulcani și din formațiunile de gaze naturale.
Sulfura de hidrogen este cunoscută pentru mirosul său înțepător care este descris ca fiind de ouă în putrefacție. Este combustibil și va reacționa cu căldură și oxigen pentru a produce dioxid de sulf (SO2) și apă. Hidrogenul sulfurat este otrăvitor pentru oameni în cantități mari. nivelul său de toxicitate este comparabil cu cel al monoxidului de carbon (CO). Atunci când este inhalat, hidrogenul sulfurat se va lega de enzimele din mitocondrii, ceea ce împiedică respirația celulară.
Polaritatea pe scurt
În esență, polaritatea în chimie este o măsură a modului în care sunt distribuiți uniform electronii într-o moleculă. Atunci când doi atomi formează o legătură covalentă, ei fac acest lucru prin partajarea electronilor de valență. Fiecare element are o electronegativitate care este o măsură a cât de tare trag de electroni. Atunci când două elemente care diferă foarte mult în ceea ce privește electronegativitățile lor formează o legătură covalentă, elementul mai electronegativ va trage mai tare din electronii partajați decât elementul mai puțin electronegativ. Rezultatul este că electronii partajați sunt atrași mai aproape de elementul mai electronegativ.
Dezplasarea inegală a sarcinilor electrice în moleculă conferă elementului mai electronegativ o sarcină parțial negativă și elementului mai puțin electronegativ o sarcină parțial pozitivă. Aceasta este ceea ce înseamnă ca o moleculă să fie polară; ea are un dipol parțial încărcat în întreaga sa structură din cauza distribuției spațiale inegale a electronilor.
Dacă doi atomi vor forma sau nu o legătură polară sau nepolară depinde de electronegativitățile respective ale acestor elemente. Dacă două elemente au o diferență EN între 0,5 și 2, legătura este în general considerată polară. Dacă diferența este mai mică de 0,5, aceasta este considerată nepolară din punct de vedere funcțional. Dacă diferența este mai mare de 2, atunci legătura este complet polară și este menționată mai degrabă ca o legătură ionică.
De exemplu, o moleculă de apă este polară în virtutea legăturilor sale H-O. Hidrogenul are o valoare EN de 2,1, iar oxigenul are o valoare EN de 3,5. Diferența dintre aceste două valori este de 1,4, deci legăturile H-O sunt considerate polare, cu o sarcină parțial negativă pe oxigen.
Polaritatea hidrogenului sulfurat
Aplicând lecția anterioară despre polaritate, putem afla dacă hidrogenul sulfurat este un compus polar. Hidrogenul are o valoare EN de 2,1, iar sulful are o valoare EN de 2,5. diferența dintre aceste două valori este mai mică de 0,5, deci legăturile H-S sunt clasificate ca nepolare. Deoarece hidrogenul sulfurat este format în întregime din legături H-S nepolare, întreaga moleculă este nepolară.
Strict vorbind, legăturile H-S nu sunt complet nepolare. Sulful este puțin mai electronegativ decât hidrogenul, deci trage puțin mai tare de electronii comuni. Această polaritate este însă foarte slabă și, practic, este util să tratăm legăturile foarte slab polare ca și cum nu ar fi deloc polare. Așadar, chiar dacă legăturile H-S sunt, din punct de vedere tehnic, puțin polare, de cele mai multe ori este sigur să le tratăm ca și cum ar fi nepolare. Singurele legături cu adevărat nepolare se formează între atomi cu valori EN identice (cum ar fi moleculele diatomice) Polaritatea foarte slabă a hidrogenului sulfurat are efecte semnificative la scări mici, așa că, în anumite circumstanțe, ar fi indicat să tratăm legăturile H-S ca fiind polare.
Sulfura de hidrogen ca și compus
Sulfura de hidrogen este o moleculă triatomică (cu 3 atomi) care constă dintr-un atom de sulf central și 2 atomi de hidrogen terminali. La fel ca o moleculă de apă, hidrogenul sulfurat are o structură geometrică curbată, cu un unghi de legătură de 92,1° și lungimi de legătură de 136 picometri (1 picometru = 1 trilionime de metru). Este puțin mai densă decât aerul și este explozivă în prezența oxigenului și a căldurii. Hidrogenul sulfurat este ușor solubil în apă și se disociază într-un proton solitar (H+) și un ion hidrosulfură (HS-). Acest comportament face ca hidrogenul sulfurat să fie un acid slab.
Hidrogenul sulfurat este combustibil și va reacționa cu oxigen și căldură pentru a forma dioxid de sulf și apă. La temperaturi ridicate, dioxidul de sulf se va transforma în sulf elementar și apă, astfel încât arderea hidrogenului sulfurat este adesea folosită ca una dintre etapele de producere a sulfului elementar pur. Acesta reacționează cu ioni metalici pentru a forma sulfuri metalice, cel mai frecvent cu plumbul (Pb) pentru a forma sulfură de plumb(II) (PbS). Invers, tratarea sulfurilor metalice cu un acid puternic are ca rezultat producerea de hidrogen sulfurat.
Occesiuni de hidrogen sulfurat
Respirație anaerobă
Una dintre principalele surse naturale de hidrogen sulfurat este activitatea bacteriilor sulfidogene. Bacteriile sulfidogene folosesc sulful în loc de oxigen pentru metabolismul lor. În timpul respirației sulfidogene, bacteriile vor folosi ionii de sulfat ca agent reducător pentru a transporta electronii pe trenul de transport al electronilor. La sfârșitul acestei reacții, ionii de sulfat sunt reduși în hidrogen sulfurat, care este eliberat în mediul înconjurător. Activitatea bacteriilor sulfidogene și produsele lor de hidrogen sulfurat sunt responsabile de mirosul de putrefacție asociat cu locurile cu cantități mari de materie organică în descompunere, cum ar fi mlaștinile sau canalizările.
Activitatea bacteriilor sulfidogene este de o importanță crucială pentru ciclul sulfului pe Pământ. Astfel, hidrogenul sulfurat este unul dintre principalii constituenți ai ciclului sulfului. Ciclul sulfului este procesul prin care sulful este ciclat prin mediul înconjurător, în organismele vii și înapoi în mediul înconjurător. Sulful este un oligoelement necesar pentru organismele vii, astfel încât ciclul sulfului este cel care menține o rezervă constantă de sulf elementar pentru a fi utilizat de organismele vii. Producerea hidrogenului sulfurat de către bacteriile sulfidogene reprezintă un pas important în acest ciclu; producerea sulfului care va ajunge în cele din urmă în organismele vii.
Activitate geologică
Cantități mici de hidrogen sulfurat sunt, de asemenea, produse în reacțiile geochimice din scoarța terestră. Scoarța terestră;ă conține cantități mari de sulf și minerale care conțin sulf. În prezența căldurii și a presiunii, compușii de sulfură metalică vor suferi hidroliză cu apă pentru a forma un oxid metalic și hidrogen sulfurat gazos. Ca atare, hidrogenul sulfurat este un produs natural al procesului de creare a gazului natural. De fapt, o cantitate mare de hidrogen sulfurat este produsă prin separarea acestuia din depozitele de gaze naturale. Mecanisme similare duc, de asemenea, la formarea hidrogenului sulfurat în gurile termale ale oceanelor.
La oameni
Deși hidrogenul sulfurat este extrem de toxic pentru oameni în cantități mari, cantități mici de hidrogen sulfurat joacă un rol crucial în biologia umană. Hidrogenul sulfurat din organism acționează adesea ca o moleculă de semnalizare care reglează cantitatea de producție de ATP în timpul respirației celulare. De asemenea, hidrogenul sulfurat pare să fie implicat în vasoconstricția vaselor de sânge ale animalelor și în rata de germinare a semințelor la plante.
Toxicitatea hidrogenului sulfurat
În general, hidrogenul sulfurat este foarte toxic pentru cei care respiră obligatoriu oxigen. Mecanismele sale de acțiune sunt similare cu cele ale monoxidului de carbon. Hidrogenul sulfurat se va lega de enzimele și cofactorii importanți, împiedicându-i să-și facă treaba în timpul respirației celulare. Deoarece hidrogenul sulfurat este produs în mod natural în corpul uman, organismul are mecanisme de eliminare a hidrogenului sulfurat, deși aceste mecanisme pot fi depășite de o doză suficient de mare.
Simptomele otrăvirii cu hidrogen sulfurat sunt similare cu cele ale otrăvirii cu monoxid de carbon; oboseală, amețeli, incapacitate de concentrare, pierdere de memorie și iritabilitate. Deși inițial are un miros înțepător, organismul se obișnuiește rapid cu mirosul, ceea ce poate face ca oamenii să nu-și dea seama de prezența acestuia. Este ușor mai dens decât aerul, așa că are tendința de a se acumula în apropierea fundului spațiilor slab ventilate. Corpul uman poate tolera concentrații scăzute de hidrogen sulfurat pentru o anumită perioadă de timp. În concentrații ridicate, inhalarea hidrogenului sulfurat poate fi imediat fatală sau poate provoca leziuni cerebrale grave.
În mod istoric, medicii au diagnosticat cazurile extreme de otrăvire cu hidrogen sulfurat prin plasarea unei monede de cupru în buzunarul victimei. Dacă pacientul are cantități mari de hidrogen sulfurat în organism, acesta va reacționa cu moneda de cupru din buzunar, oxidând-o și transformând-o în verde.
.