Είναι το H2S πολικό ή μη πολικό;
H2 S είναι ο χημικός τύπος για την ένωση υδρόθειο. Το υδρόθειο είναι μια ομοιοπολική ένωση που αποτελείται από 2 άτομα υδρογόνου συνδεδεμένα με ένα κεντρικό άτομο θείου. Όπως το νερό (H2 0), το υδρόθειο είναι ένα υδρογόνο χαλκογονίδιο—μια ένωση που αποτελείται από υδρογόνο και ένα στοιχείο της ομάδας 16 (οξυγόνο, θείο, σελήνιο, τελλούριο. Το υδρόθειο είναι μη πολικό λόγω των μη πολικών δεσμών του H–S. Η διαφορά EN μεταξύ υδρογόνου και θείου είναι 0,4, επομένως το υδρογόνο και το θείο σχηματίζουν μη πολικούς δεσμούς. Αν και έχει ασύμμετρη μοριακή γεωμετρία, ολόκληρο το μόριο είναι μη πολικό λόγω της απουσίας πολικών δεσμών.
Το υδρόθειο απαντάται συχνότερα ως προϊόν της αναερόβιας αναπνοής των σουλφιδογενών οργανισμών. Για παράδειγμα, ορισμένα βακτήρια που λειτουργούν απουσία οξυγόνου χρησιμοποιούν θειικά ιόντα (SO4 ) ως τερματικός δέκτης ηλεκτρονίων κατά τη διάρκεια της κυτταρικής αναπνοής που τον μειώνει σε H2 Σ. Με άλλα λόγια, οι σουλφιδογενείς οργανισμοί αναπνέουν θείο και εκπνέουν υδρόθειο. Αντίθετα, στους αερόβιους οργανισμούς, το μοριακό οξυγόνο (O2 ) δρα ως τερματικός δέκτης ηλεκτρονίων κατά την αναπνοή, ο οποίος ανάγεται σε H2 Ο. Είναι επίσης προϊόν διεργασιών σε ηφαίστεια και σχηματισμούς φυσικού αερίου.
Το υδρόθειο είναι γνωστό για την έντονη μυρωδιά του που περιγράφεται ως σάπια αυγά. Είναι εύφλεκτο και θα αντιδράσει με τη θερμότητα και το οξυγόνο για να παράγει διοξείδιο του θείου (SO2 ) και νερό. Το υδρόθειο είναι δηλητηριώδες για τον άνθρωπο σε μεγάλες ποσότητες. Το επίπεδο τοξικότητάς του είναι συγκρίσιμο με αυτό του μονοξειδίου του άνθρακα (CO). Όταν εισπνέεται, το υδρόθειο θα συνδεθεί με ένζυμα στα μιτοχόνδρια, γεγονός που εμποδίζει την κυτταρική αναπνοή.
Πολικότητα με λίγα λόγια
Ουσιαστικά, η πολικότητα στη χημεία είναι ένα μέτρο του πόσο ομοιόμορφα είναι κατανεμημένα τα ηλεκτρόνια σε ένα μόριο. Όταν δύο άτομα σχηματίζουν έναν ομοιοπολικό δεσμό, το κάνουν μοιράζοντας ηλεκτρόνια σθένους. Κάθε στοιχείο έχει μια ηλεκτραρνητικότητα που είναι ένα μέτρο του πόσο σκληρά έλκουν τα ηλεκτρόνια. Όταν δύο στοιχεία που διαφέρουν πολύ ως προς την ηλεκτραρνητικότητά τους σχηματίζουν έναν ομοιοπολικό δεσμό, το πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο θα τραβήξει περισσότερο από τα κοινά ηλεκτρόνια από το λιγότερο ηλεκτραρνητικό στοιχείο. Το αποτέλεσμα είναι ότι τα κοινά ηλεκτρόνια έλκονται πιο κοντά στο πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο.
Η ανομοιόμορφη μετατόπιση των ηλεκτρικών φορτίων στο μόριο δίνει στο πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο ένα μερικό αρνητικό φορτίο και στο λιγότερο ηλεκτραρνητικό στοιχείο ένα μερικό θετικό φορτίο. Αυτό σημαίνει για ένα μόριο να είναι πολικό. έχει ένα μερικώς φορτισμένο δίπολο σε όλη τη δομή του λόγω της ανομοιόμορφης χωρικής κατανομής των ηλεκτρονίων.
Το αν δύο άτομα θα σχηματίσουν έναν πολικό ή μη δεσμό εξαρτάται από τις αντίστοιχες ηλεκτραρνητικότητες αυτών των στοιχείων. Εάν δύο στοιχεία έχουν διαφορά EN μεταξύ 0,5 και 2, ο δεσμός θεωρείται γενικά πολικός. Εάν η διαφορά είναι μικρότερη από 0,5, θεωρείται λειτουργικά μη πολική. Εάν η διαφορά είναι μεγαλύτερη από 2, τότε ο δεσμός είναι εντελώς πολικός και πιο σωστά αναφέρεται ως ιονικός δεσμός.
Για παράδειγμα, ένα μόριο νερού είναι πολικό λόγω των δεσμών του Η-Ο. Το υδρογόνο έχει τιμή EN 2,1 και το οξυγόνο έχει τιμή EN 3,5. η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο τιμών είναι 1,4, επομένως οι δεσμοί H-O θεωρούνται πολικοί, με μερικό αρνητικό φορτίο στο οξυγόνο.
Η πολικότητα του υδρόθειου
Εφαρμόζοντας το προηγούμενο μάθημα για την πολικότητα, μπορούμε να μάθουμε εάν το υδρόθειο είναι μια πολική ένωση. Το υδρογόνο έχει τιμή EN 2,1 και το θείο έχει τιμή EN 2,5. η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο τιμών είναι μικρότερη από 0,5, επομένως οι δεσμοί H-S ταξινομούνται ως μη πολικοί. Εφόσον το υδρόθειο αποτελείται εξ ολοκλήρου από μη πολικούς δεσμούς H-S, ολόκληρο το μόριο είναι μη πολικό.
Αυστηρά μιλώντας, οι δεσμοί H-S δεν είναι εντελώς μη πολικό. Το θείο είναι ελαφρώς πιο ηλεκτραρνητικό από το υδρογόνο, επομένως έλκεται ελαφρώς πιο δυνατά στα κοινά ηλεκτρόνια. Ωστόσο, αυτή η πολικότητα είναι πολύ ασθενής, και πρακτικά, είναι χρήσιμο να αντιμετωπίζουμε τους πολύ ασθενώς πολικούς δεσμούς σαν να μην είναι καθόλου πολικοί. Έτσι, παρόλο που οι δεσμοί H-S είναι τεχνικά λίγο πολικοί, τις περισσότερες φορές είναι ασφαλές να τους αντιμετωπίζουμε σαν να είναι μη πολικοί. Οι μόνοι αληθινά μη πολικοί δεσμοί σχηματίζονται μεταξύ ατόμων με ίδιες τιμές EN (όπως τα διατομικά μόρια) Η πολύ μικρή πολικότητα του υδρόθειου έχει σημαντικά αποτελέσματα σε μικρές κλίμακες, επομένως σε ορισμένες περιπτώσεις, θα ήταν σκόπιμο να αντιμετωπίζονται οι δεσμοί H-S ως πολικοί .
Το υδρόθειο ως ένωση
Το υδρόθειο είναι ένα τριατομικό μόριο (3 ατόμων) που αποτελείται από ένα κεντρικό άτομο θείου και 2 τερματικά άτομα υδρογόνου. Όπως ένα μόριο νερού, το υδρόθειο έχει λυγισμένη γεωμετρική δομή με γωνία δεσμού 92,1° και μήκη δεσμού 136 πικόμετρα (1 πικόμετρο =1 τρισεκατομμυριοστό του μέτρου). Είναι λίγο πιο πυκνό από τον αέρα και είναι εκρηκτικό παρουσία οξυγόνου και θερμότητας. Το υδρόθειο είναι ελαφρώς διαλυτό στο νερό και θα αποσυνδεθεί σε ένα μόνο πρωτόνιο (H) και ένα υδροσουλφιδικό ιόν (HS). Αυτή η συμπεριφορά καθιστά το υδρόθειο ασθενές οξύ.
Το υδρόθειο είναι εύφλεκτο και θα αντιδράσει με το οξυγόνο και τη θερμότητα για να σχηματίσει διοξείδιο του θείου και νερό. Κάτω από υψηλή θερμοκρασία, το διοξείδιο του θείου θα μετατραπεί σε στοιχειακό θείο και νερό, επομένως η καύση του υδρόθειου χρησιμοποιείται συχνά ως ένα από τα βήματα για την παραγωγή καθαρού στοιχειακού θείου. Αντιδρά με μεταλλικά ιόντα για να σχηματίσει θειούχα μετάλλων, συνηθέστερα με τον μόλυβδο (Pb) για να σχηματίσει θειούχο μόλυβδο (II) (PbS). Αντίθετα, η επεξεργασία θειούχων μετάλλων με ισχυρό οξύ έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή υδρόθειου.
Εμφανίσεις υδρόθειου
Αναερόβια αναπνοή
Μία από τις κύριες φυσικές πηγές υδρόθειου είναι η δραστηριότητα των σουλφιδογόνων βακτηρίων. Τα σουλφιδογόνα βακτήρια χρησιμοποιούν θείο αντί για οξυγόνο για το μεταβολισμό τους. Κατά τη διάρκεια της σουλφιδογενούς αναπνοής, τα βακτήρια θα χρησιμοποιήσουν θειικά ιόντα ως αναγωγικό παράγοντα για τη μεταφορά ηλεκτρονίων στο τρένο μεταφοράς ηλεκτρονίων. Στο τέλος αυτής της αντίδρασης, τα θειικά ιόντα ανάγεται σε υδρόθειο το οποίο απελευθερώνεται στο περιβάλλον. Η δραστηριότητα των σουλφιδογόνων βακτηρίων και των προϊόντων τους υδρόθειου είναι υπεύθυνη για τη μυρωδιά της σήψης που σχετίζεται με μέρη με μεγάλες ποσότητες οργανικής ύλης σε αποσύνθεση, όπως έλη ή υπονόμους.
Η δραστηριότητα των σουλφιδογόνων βακτηρίων είναι ζωτικής σημασίας για τον κύκλο του θείου στη γη. Έτσι, το υδρόθειο είναι ένα από τα κύρια συστατικά του κύκλου του θείου. Ο κύκλος του θείου είναι η διαδικασία με την οποία το θείο ανακυκλώνεται μέσω του περιβάλλοντος, σε ζωντανούς οργανισμούς και πίσω στο περιβάλλον. Το θείο είναι απαραίτητο ιχνοστοιχείο για τους ζωντανούς οργανισμούς, επομένως ο κύκλος του θείου είναι αυτός που διατηρεί μια σταθερή παροχή στοιχειακού θείου για χρήση από τους ζωντανούς οργανισμούς. Η παραγωγή υδρόθειου από σουλφιδογόνα βακτήρια αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα σε αυτόν τον κύκλο. την παραγωγή του θείου που θα ανοίξει τελικά το δρόμο του στους ζωντανούς οργανισμούς.
Γεωλογική δραστηριότητα
Μικρές ποσότητες υδρόθειου παράγονται επίσης σε γεωχημικές αντιδράσεις στον φλοιό της Γης. Ο φλοιός της γης περιέχει μεγάλες ποσότητες θείου και ορυκτών που περιέχουν θείο. Υπό την παρουσία θερμότητας και πίεσης, οι θειούχες ενώσεις μετάλλων θα υποβληθούν σε υδρόλυση με νερό για να σχηματίσουν ένα οξείδιο μετάλλου και ένα αέριο υδρόθειο. Ως εκ τούτου, το υδρόθειο είναι ένα φυσικό προϊόν της διαδικασίας που δημιουργεί φυσικό αέριο. Στην πραγματικότητα, μια μεγάλη ποσότητα υδρόθειου παράγεται μέσω του διαχωρισμού του από τα κοιτάσματα φυσικού αερίου. Παρόμοιοι μηχανισμοί έχουν επίσης ως αποτέλεσμα το σχηματισμό υδρόθειου σε θερμικούς αεραγωγούς των ωκεανών.
Στους ανθρώπους
Αν και το υδρόθειο είναι εξαιρετικά τοξικό για τον άνθρωπο σε μεγάλες ποσότητες, μικρές ποσότητες υδρόθειου διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην ανθρώπινη βιολογία. Το υδρόθειο στο σώμα συχνά ενεργεί ως μόριο σηματοδότησης που ρυθμίζει την ποσότητα της παραγωγής ATP κατά τη διάρκεια της κυτταρικής αναπνοής. Το υδρόθειο φαίνεται επίσης να εμπλέκεται στην αγγειοσύσπαση των αιμοφόρων αγγείων των ζώων και στον ρυθμό βλάστησης των σπόρων στα φυτά.
Τοξικότητα του υδρόθειου
Γενικά, το υδρόθειο είναι πολύ τοξικό για την υποχρεωτική αναπνοή οξυγόνου. Οι μηχανισμοί δράσης του είναι παρόμοιοι με αυτόν του μονοξειδίου του άνθρακα. Το υδρόθειο θα συνδεθεί με σημαντικά ένζυμα και συμπαράγοντες, εμποδίζοντάς τους να κάνουν τη δουλειά τους κατά την κυτταρική αναπνοή. Δεδομένου ότι το υδρόθειο παράγεται φυσικά στο ανθρώπινο σώμα, το σώμα διαθέτει μηχανισμούς για την απομάκρυνση του υδρόθειου, αν και αυτοί οι μηχανισμοί μπορούν να ξεπεραστούν από μια αρκετά μεγάλη δόση.
Τα συμπτώματα της δηλητηρίασης από υδρόθειο είναι παρόμοια με εκείνα της δηλητηρίασης από μονοξείδιο του άνθρακα. κόπωση, ζάλη, αδυναμία συγκέντρωσης, απώλεια μνήμης και ευερεθιστότητα. Αν και αρχικά μια έντονη μυρωδιά, το σώμα εγκλιματίζεται γρήγορα στη μυρωδιά, η οποία μπορεί να κάνει τους ανθρώπους να αγνοούν την παρουσία της. Είναι ελαφρώς πιο πυκνό από τον αέρα, επομένως έχει την τάση να συσσωρεύεται κοντά στο κάτω μέρος των χώρων που δεν αερίζονται καλά. Το ανθρώπινο σώμα μπορεί να ανεχθεί χαμηλές συγκεντρώσεις υδρόθειου για κάποιο χρονικό διάστημα. Σε υψηλές συγκεντρώσεις, η εισπνοή υδρόθειου μπορεί να είναι άμεσα θανατηφόρα ή να προκαλέσει σοβαρή εγκεφαλική βλάβη.
Ιστορικά, οι γιατροί έχουν διαγνώσει ακραίες περιπτώσεις δηλητηρίασης από υδρόθειο τοποθετώντας ένα χάλκινο νόμισμα στην τσέπη του θύματος. Εάν ο ασθενής έχει υψηλές ποσότητες υδρόθειου στο σώμα του, θα αντιδράσει με το χάλκινο νόμισμα στην τσέπη του, οξειδώνοντάς το και πρασινίζοντας το.
