Estructura molecular y propiedades físicas
En su geometría, la molécula de sulfuro de hidrógeno ($H_2S$) se asemeja en gran medida a la molécula de agua ($H_2O$), aunque presenta diferencias sustanciales. El ángulo de enlace en ella es notablemente menor y equivale a $93^\circ$. La diferencia fundamental radica en la interacción intermolecular: entre las moléculas de $H_2S$ no se forman enlaces de hidrógeno. Precisamente por esta razón, bajo condiciones estándar la sustancia se encuentra en estado gaseoso, mientras que el agua es un líquido.
El azufre divalente es capaz de formar compuestos estables con la gran mayoría de los elementos. La única excepción la constituyen el oxígeno y el flúor. Muchos compuestos organosulfurados en química se consideran tradicionalmente como derivados sustituidos del sulfuro de hidrógeno.
Reacciones químicas y obtención
En la práctica de laboratorio, el sulfuro de hidrógeno se obtiene habitualmente mediante la acción del ácido clorhídrico sobre sulfuro de hierro(II) sólido: $$FeS + 2HCl = FeCl_2 + H_2S\uparrow$$
En disoluciones acuosas, el gas manifiesta propiedades de un ácido débil dibásico, formando dos series de sales: neutras (sulfuros) y ácidas (hidrogenosulfuros).
El sulfuro de hidrógeno actúa como un fuerte agente reductor. Los productos de su oxidación dependen directamente de las condiciones en que transcurre la reacción:
- En caso de déficit de oxígeno, se produce una oxidación incompleta con desprendimiento de azufre elemental:
$$2H_2S + O_2 = 2H_2O + 2S\downarrow$$
- En caso de exceso de oxígeno, se forma óxido de azufre(IV):
$$2H_2S + 3O_2 = 2H_2O + 2SO_2$$
- Las reacciones con halógenos (por ejemplo, con yodo) también van acompañadas de la precipitación de azufre:
$$H_2S + I_2 = 2HI + S\downarrow$$ (Se observa un emurbio/turbidez similar de la disolución debido a la liberación de azufre al hacer pasar el gas a través de dicromato de potasio).
Sulfuros metálicos y sus características
Los sulfuros metálicos se pueden obtener mediante varios métodos básicos: neutralización del sulfuro de hidrógeno con hidróxidos, síntesis directa a partir de metales y azufre, así como a través de reacciones de intercambio.
Con respecto al agua, estas sales se dividen claramente en dos grupos. Los sulfuros de amonio y de metales alcalinos son muy solubles; no obstante, el sulfuro de amonio existe en disolución exclusivamente como sal ácida ($NH_4HS$). Las sales solubles experimentan una hidrólisis fuerte, razón por la cual sus disoluciones adquieren un característico olor a sulfuro de hidrógeno. Compuestos individuales, por ejemplo el $Al_2S_3$, se descomponen por el agua de forma completa e irreversible.
La mayoría de los demás sulfuros precipitan. Su coloración específica sirve como una excelente reacción cualitativa para cationes metálicos:
| Fórmula del precipitado | Color | Propiedades adicionales |
|---|---|---|
| FeS, CuS | Negro | — |
| CdS | Amarillo | Se utiliza como pigmento pictórico |
| ZnS | Blanco | Capaz de luminiscencia bajo un flujo de electrones |
Polisulfuros, tiosulfatos y compuestos de no metales
Los átomos de azufre poseen la capacidad de incrementar la cadena carbonada (o estructural) uniéndose a sulfuros ya existentes. Como resultado, se forman polisulfuros: $$Na_2S + (n - 1)S = Na_2S_n$$ En tales moléculas, $n$ puede tomar valores de 1 a 8. Estructuralmente, representan cadenas aniónicas en zigzag formadas por átomos de azufre con cargas negativas en los extremos.
Al hervir una disolución de sulfito de sodio con azufre, se sintetiza tiosulfato de sodio ($Na_2S_2O_3$). Su característica estructural radica en que, en el ión sulfato ($SO_4^{2-}$), un átomo de oxígeno es sustituido por azufre. De este modo, en lugar de un doble enlace $S=O$ aparece un enlace $S=S$.
El azufre también entra fácilmente en reacciones de combinación con no metales que poseen menor electronegatividad:
- Al calentar con carbono, se forma disulfuro de carbono ($CS_2$), empleado activamente como disolvente.
- La interacción con el fósforo conduce a la formación de sulfuros de fósforo ($P_2S_3$, $P_2S_5$), los cuales se utilizan como sustancias autoinflamables.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué sulfuros metálicos experimentan una hidrólisis completa e irreversible en disolución acuosa?
En disoluciones acuosas, algunos sulfuros metálicos sufren una hidrólisis completa e irreversible con formación de un precipitado de hidróxido y desprendimiento de sulfuro de hidrógeno gaseoso. Entre estos compuestos se encuentra el sulfuro de aluminio, el cual al añadir agua forma una mezcla turbia con un característico olor a sulfuro de hidrógeno.
- Sulfuro de aluminio (Al2S3): descomposición completa e irreversible por el agua con formación de hidróxido de aluminio y sulfuro de hidrógeno.
¿En qué enfermedades está indicado el tratamiento balneoterápico con aguas minerales sulfuradas?
El tratamiento balneoterápico con el uso de aguas minerales sulfuradas y baños medicinales se emplea en la rehabilitación integral y el tratamiento de spa de pacientes con diversas enfermedades del aparato locomotor. Dichos baños medicinales están indicados en las siguientes patologías:
- Gonartrosis (gonarthrosis): enfermedad de la articulación de la rodilla en la cual la balneoterapia presenta un alto nivel de recomendación.
- Enfermedades degenerativas de la columna vertebral (morbi degenerativi columnae vertebralis): patologías en las cuales los baños sulfurados se emplean en la etapa final del tratamiento conservador.
- Artritis psoriásica (arthritis psoriatica): afectación articular inflamatoria durante el periodo de mínima expresión de la artritis o su ausencia.
¿Cuál es el papel biológico de los grupos sulfhidrilo en la formación de la estructura terciaria de las proteínas?
Los grupos sulfhidrilo de los residuos de cisteína desempeñan un papel clave en la estabilización de la estructura espacial de las moléculas proteicas gracias a la formación de enlaces disulfuro covalentes. Durante el proceso de oxidación de los grupos tiol de dos residuos de aminoácidos de cisteína, se forma un puente disulfuro resistente. La presencia de tales enlaces S-S es muy característica de las proteínas secretoras que se exportan fuera de la célula, donde confieren una gran estabilidad a la molécula y la protegen frente a la desnaturalización en condiciones extracelulares.
Para recordar los colores de los precipitados de sulfuros: el hierro y el cobre son como el carbón (negros); el cadmio es brillante como el sol en un cuadro (pigmento amarillo); y el cinc es claro como la pantalla de un televisor antiguo (luminóforo blanco).
Preguntas de clases y exámenes
¿Por qué en condiciones normales el sulfuro de hidrógeno es un gas y el agua es un líquido?
A diferencia del agua, las moléculas de sulfuro de hidrógeno no forman enlaces de hidrógeno entre sí. Esto les priva de la capacidad de cohesionarse fuertemente entre ellas, lo que condiciona su estado de agregación gaseoso.
¿Cómo distinguir estructuralmente el ión tiosulfato del ión sulfato?
El ión tiosulfato ($S_2O_3^{2-}$) posee una geometría similar a la del ión sulfato ($SO_4^{2-}$, pero en él uno de los átomos de oxígeno está sustituido por un átomo de azufre, es decir, un enlace $S=O$ ha sido reemplazado por $S=S$.
¿Por qué las disoluciones acuosas de sulfuros solubles huelen a huevos podridos?
Los sulfuros solubles de metales alcalinos experimentan una hidrólisis fuerte en agua. Como resultado de este proceso, se forma sulfuro de hidrógeno gaseoso, el cual se volatiliza y produce un característico olor desagradable.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismos de las reacciones escalonadas de neutralización del sulfuro de hidrógeno
- Estructura y propiedades químicas de los compuestos organosulfurados
- Mecanismos fisiológicos de acción de los baños medicinales sulfurados
- Análisis detallado de la reacción de oxidación-reducción del sulfuro de hidrógeno con dicromato de potasio
- Termodinámica de la hidrólisis irreversible del sulfuro de aluminio en disoluciones acuosas
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