Ácido sulfhídrico (H2S)

¿Qué es el ácido sulfhídrico?

El ácido sulfhídrico, o sulfuro de hidrógeno, es un gas incoloro, inflamable y tóxico, formado por la unión de un átomo de azufre (S) y dos átomos de hidrógeno (H). Su fórmula química es H₂S. También se conoce como gas sulfhídrico. Tiene un olor característico a huevos podridos.

Está presente en los volcanes y en las aguas termales sulfurosas, en el gas natural y en el petróleo crudo. También se forma durante la descomposición anaeróbica (sin oxígeno) de la materia orgánica vegetal y animal. Se produce de forma natural en el organismo de los mamíferos, mediante la acción de ciertas enzimas sobre la cisteína, un aminoácido no esencial.

Las soluciones acuosas de H₂S son corrosivas para metales como el acero. El H₂S es un compuesto reductor que, al reaccionar con el SO₂ , se oxida a azufre elemental mientras reduce al SO₂ también a azufre.

A pesar de ser un compuesto altamente tóxico y fatal para el ser humano y animales, desde hace algunos años se está estudiando su relevancia en una serie de procesos importantes en el organismo.

Regula mecanismos relacionados con la generación de nuevos vasos sanguíneos y el funcionamiento del corazón. Protege las neuronas y se ha pensado en su acción contra enfermedades como el párkinson y el alzhéimer.

Por su capacidad química reductora puede combatir especies oxidantes actuando contra el envejecimiento celular. Por ello, se está estudiando la posibilidad de producir fármacos que al ser suministrados a los pacientes, lo puedan liberar lentamente dentro del organismo.

Esto serviría para tratar patologías como isquemia, diabetes y enfermedades neurodegenerativas. Sin embargo, su mecanismo de acción y su seguridad deben ser aún investigados en profundidad.

Estructura del ácido sulfhídrico

La molécula de H₂S es análoga a la del agua, es decir, se parecen en su forma, pues los hidrógenos se ubican formando un ángulo con el azufre.

El azufre en el H₂S posee la siguiente configuración electrónica:

1s², 2s² 2p⁶, 3s² 3p⁶,

Pues toma prestado un electrón de cada hidrógeno para completar su capa de valencia.

Nomenclatura del ácido sulfhídrico

• Ácido sulfhídrico.
• Sulfuro de hidrógeno.
• Hidruro de azufre.

Propiedades físicas del ácido sulfhídrico

• Estado físico. Gas incoloro de olor muy desagradable.
• Peso molecular. 34,08 g/mol.
• Punto de fusión. -85,60 °C.
• Punto de ebullición. -60,75 °C.
• Densidad. 1,1906 g/L.
• Solubilidad. Moderadamente soluble en agua: 2,77 volúmenes en 1 de agua a 20 °C. Puede desalojarse de la solución acuosa de forma completa sometiéndola a ebullición.

Propiedades químicas del ácido sulfhídrico

• En solución acuosa, Cuando el sulfuro de hidrógeno está en solución acuosa se le asigna el nombre de ácido sulfhídrico. Es un ácido débil. Posee dos protones ionizables: H₂S + H₂O ⇔ H₃O⁺ + HS^–,       K_a1 = 8,9 x 10^-8, HS^– + H₂O ⇔ H₃O⁺ + S^2–,     K_a2 ∼ 10^-14. El primer protón se ioniza ligeramente, como puede deducirse de su primera constante de ionización. El segundo protón se ioniza muy poco, pero las soluciones de H₂S contienen algo del anión sulfuro S^2–. Si la solución de H₂S se expone al aire, el O₂ oxida al anión sulfuro y precipita azufre: 2 S^2– + 4 H⁺ + O₂ → 2 H₂O + 2 S⁰↓   (1). En presencia de cloro Cl₂, bromo Br₂ y yodo I₂ se forma el haluro de hidrógeno correspondiente y azufre: H₂S + Br₂ → 2 HBr + S⁰↓    (2). Las soluciones acuosas de H₂S son corrosivas, producen agrietamiento por estrés con sulfuro en aceros de alta dureza. Los productos de corrosión son sulfuro de hierro e hidrógeno.
• Reacción con el oxígeno. El H₂S reacciona con el oxígeno del aire y pueden ocurrir las siguientes reacciones: 2 H₂S + 3 O₂ → 2 H₂O + 2 SO₂    (3). 2 H₂S + O₂ → 2 H₂O + 2 S⁰↓    (4).
• Reacción con los metales. Reacciona con diversos metales que desplazan al hidrógeno y se forma el sulfuro del metal: H₂S + Pb → PbS + H₂↑         (5).
• Reacción con el dióxido de azufre. En los gases volcánicos están presentes el H₂S y el SO₂, los cuales reaccionan entre sí y se forma azufre sólido: H₂S + SO₂ → 2 H₂O + 3 S⁰↓    (6).
• Descomposición con la temperatura. El sulfuro de hidrógeno no es muy estable, se descompone fácilmente al calentarse: H₂S → H₂↑ + S⁰↓      (7).

Ubicación del ácido sulfhídrico en la naturaleza

Este gas se encuentra de forma natural en los manantiales de aguas termales sulfhídricas o sulfurosas, en los gases volcánicos, en el petróleo crudo y en el gas natural.

Cuando el petróleo (o el gas) contiene trazas significativas de H₂S se dice que es “agrio”, en contraste a “dulce”, que es cuando no lo contiene.

Pequeñas cantidades de H₂S en el petróleo o en el gas son perjudiciales económicamente debido a que se debe instalar una planta de lavado para removerlo, tanto para prevenir la corrosión como para hacer que el gas residual sea seguro para uso doméstico como combustible.

Se produce siempre que se descompone la materia orgánica que contiene azufre bajo condiciones anaeróbicas (ausencia de aire), como, por ejemplo, los desechos humanos, animales y vegetales.

Las bacterias presentes en la boca y en el tracto gastrointestinal lo producen a partir de los materiales degradables que contienen los vegetales o las proteínas animales.

Su olor característico hace que se advierta su presencia en los huevos podridos.

El H₂S también se produce en ciertas actividades industriales, como en las refinerías de petróleo, los hornos de coque, las fábricas de papel, las tenerías y en el procesamiento de alimentos.

Síntesis del ácido sulfhídrico en el organismo de los mamíferos

El H₂S endógeno se puede producir en los tejidos de los mamíferos, como el ser humano, por dos caminos, uno enzimático y otro no enzimático.

El camino no enzimático consiste en la reducción del azufre elemental S⁰ a H₂S mediante la oxidación de la glucosa:

2 C₆H₁₂O₆ (glucosa) + 6 S⁰ (azufre) + 3 H₂O → 3 C₃H₆O₃ + 6 H₂S + 3 CO₂         (8)

El camino enzimático consiste en la producción de H₂S a partir de la L-cisteína, un aminoácido sintetizado por el organismo. El proceso es asegurado por varias enzimas, como la cistationina-β-sintasa y cistationina-γ-liasa, entre otras.

Obtención del ácido sulfhídrico en el laboratorio o industrialmente

El hidrógeno (H₂) y el azufre (S) no reaccionan a temperaturas normales ambientales, pero por encima de estas comienzan a combinarse, siendo 310 °C la temperatura óptima.

El proceso es, sin embargo, demasiado lento, por lo que se utilizan otros métodos para obtenerlo, como el siguiente.

Se hacen reaccionar sulfuros metálicos (como el sulfuro ferroso) con ácidos (como el clorhídrico) en solución diluida.

FeS + 2 HCl → FeCl₂ + H₂S↑              (9)

De esta forma se obtiene el gas H₂S el cual, dada su toxicidad, debe ser recolectado de forma segura.

Uso industrial del H₂S para producir azufre

El almacenamiento y transporte en grandes cantidades del H₂S que se separa del gas natural por lavado con aminas es dificultoso, por ello se utiliza el proceso Claus para convertirlo en azufre.

En dicho proceso ocurren dos reacciones. En la primera, el H₂S reacciona con el oxígeno para dar SO₂, tal como se mencionó anteriormente (ver reacción 3).

La segunda es una reacción catalizada por óxido de hierro, donde el SO₂ se reduce y el H₂S se oxida, y los dos producen azufre S (ver reacción 6).

De esta forma se obtiene azufre, el cual puede ser fácilmente almacenado y transportado, y destinado a múltiples usos.

Utilidad o importancia del H₂S endógeno en el organismo

El H₂S endógeno es el que se produce de forma natural en el organismo como parte del metabolismo normal en el ser humano, mamíferos y otros seres vivientes.

A pesar de su reputación de larga data de ser un gas tóxico y venenoso asociado a la descomposición de la materia orgánica, varios estudios recientes desde la década del 2000 hasta el presente han determinado que el H₂S endógeno es un regulador importante de ciertos mecanismos y procesos en el ser vivo.

El H₂S presenta alta lipofilicidad, o afinidad hacia las grasas, por lo que cruza las membranas celulares con facilidad, penetrando en todo tipo de células.

• Sistema cardiovascular. En los mamíferos, el ácido sulfhídrico promueve o regula una serie de señales que modulan el metabolismo, la función cardíaca y la supervivencia de la célula. Ejerce un efecto poderoso en el corazón, vasos sanguíneos y elementos circulantes de la sangre. Modula el metabolismo celular y la función mitocondrial. Defiende los riñones de los daños producidos por isquemia.
• Sistema gastrointestinal. Juega un rol importante como factor protector contra el daño a la mucosa gástrica. Se calcula que pueda ser un importante mediador de la motilidad gastrointestinal. Es probable que esté involucrado en el control de la secreción de la insulina.
• Sistema nervioso central. Actúa también en funciones importantes del sistema nervioso central y protege las neuronas del estrés oxidativo. Se piensa que puede proteger contra enfermedades neurodegenerativas como el párkinson, el alzhéimer y la enfermedad de Huntington.
• Órgano de la visión. Protege las células fotorreceptoras de la retina de la degeneración inducida por la luz.
• Contra el envejecimiento. El H₂S, por ser una especie reductora, puede consumirse por una variedad de agentes oxidantes que circulan en el organismo. Combate las especies oxidantes como las especies de oxígeno reactivo y las especies de nitrógeno reactivo en el organismo. Limita las reacciones de los radicales libres a través de la activación de enzimas antioxidantes que protegen contra los efectos del envejecimiento.
• Potencial curativo del H₂S suministrado exógenamente. La biodisponibilidad del H₂S endógeno depende de ciertas enzimas involucradas en la biosíntesis de la cisteína en los mamíferos. Algunos estudios sugieren que una terapia de fármacos donadores de H₂S podría ser beneficiosa para ciertas patologías. Por ejemplo, podría ser útil en pacientes diabéticos, pues se ha observado que los vasos sanguíneos de animales diabéticos mejoran con fármacos que suministran H₂S exógeno. El H₂S suministrado exógenamente aumenta la angiogénesis o formación de vasos sanguíneos, por lo que podría servir para el tratamiento de enfermedades crónicas de isquemia. Se están ideando fármacos que puedan liberar H₂S de forma lenta para actuar de forma beneficiosa sobre diversas enfermedades. Sin embargo, la eficacia, seguridad y mecanismos de su acción aún deben ser investigados.

Riesgos del ácido sulfhídrico

El H₂S es un veneno fatal si se inhala puro o incluso diluido 1 parte de gas en 200 partes de aire. Los pájaros son muy sensibles al H₂S y mueren aun en dilución de 1 en 1500 partes de aire.

Es un inhibidor potente de ciertas enzimas y procesos de fosforilación oxidativa, lo que conduce a la asfixia celular. La mayoría de las personas lo percibe olfatoriamente en concentraciones mayores a 5 ppb (partes por billón). Las concentraciones de 20-50 ppm (partes por millón) son irritantes para los ojos y el tracto respiratorio.

Una inhalación de 100-250 ppm por pocos minutos puede generar falta de coordinación, trastornos de la memoria y trastornos motores. Cuando la concentración es de unos 150-200 ppm ocurre la fatiga olfatoria o anosmia, lo que significa que después no se puede detectar el olor característico del H₂S. Si se inhala una concentración de 500 ppm por 30 minutos se puede producir edema pulmonar y neumonía.

Las concentraciones de más de 600 ppm pueden ser fatales dentro de los primeros 30 minutos, ya que se paraliza el sistema respiratorio. Y 800 ppm es la concentración que resulta inmediatamente letal para el ser humano.

Deben, por lo tanto, evitarse escapes de H₂S en laboratorios, locales o en cualquier lugar o situación.

Es importante alertar que muchas muertes ocurren porque las personas entran en espacios confinados a rescatar compañeros de trabajo o familiares que han colapsado debido a envenenamiento con H₂S, falleciendo ellos también.

Es un gas inflamable.

Referencias

1. Panthi, S. Physiological Importance of Hydrogen Sulfide: Emerging Potent Neuroprotector and Neuromodulator. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. Recuperado de hindawi.com.
2. Tabassum, R. Therapeutic importance of hydrogen sulfide in age-associated neurodegenerative diseases. Neural Regen. Res. Recuperado de nrronline.org.
3. Dalefield, R. Smoke and Other Inhaled Toxicants. Hydrogen Sulfide. In Veterinary Toxicology for Australia and New Zealand. Recuperado de sciencedirect.com.
4. Hydrogen sulfide. Recuperado de pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
5. Babor, J.A., Ibarz, J. Química General Moderna. 7ª Edición. Editorial Marín, S.A.