CIANOVODIKOVA KISLINA: MOLEKULARNA STRUKTURA, LASTNOSTI, UPORABE - KEMIJA - 2025

Kislina cianovodikove ali vodikov cianid organska spojina, katerega kemijska formula je HCN. Znan je tudi kot metanonitril ali formonitril in do pred nekaj leti kot prusična kislina, čeprav je to pravzaprav druga spojina.

Cianovodikova kislina je izjemno strupen, brezbarven plin, ki ga dobimo z obdelavo cianidov s kislinami. Ta kislina najdemo v semenih breskev, ki jih v mnogih krajih poznamo tudi kot breskve.

Seme breskev, ki vsebuje cianovodikovo kislino ali vodikov cianid, HCN. An.ha. Vir: Wikipedia Commons.

Pri temperaturi okolice, nižji od 25 ° C, je tekočina, nad to temperaturo pa plin. V obeh primerih je izjemno strupen za ljudi, živali in celo večino mikroorganizmov, ki se nanj niso aklimatizirali. Je dobro topilo za ione. Je zelo nestabilen, saj se na preprost način polimerizira.

Najdemo ga v rastlinskem kraljestvu, ki je vgrajeno v molekule nekaterih glikozidov, ker jih hidrolizirajo encimi rastline in pridobivajo HCN, glukozo in benzaldehid.

Ti glikozidi najdemo v semenih nekaterih plodov, kot so breskve, marelice, češnje, slive in v grenkih mandljih, zato jih nikoli ne bi smeli zaužiti.

Najdemo ga tudi v rastlinskih glikozidih, kot so nekatere vrste sireka. Tudi nekatere bakterije ga proizvajajo med presnovo. Uporablja se predvsem pri proizvodnji polimerov in v nekaterih metalurških procesih.

HCN je smrtonosen strup pri vdihavanju, zaužitju in stiku. Prisoten je v cigaretnem dimu in v dimu iz požarov plastike in materialov, ki vsebujejo ogljik in dušik. Velja za onesnaževalo ozračja, ker nastaja med zgorevanjem organskega materiala na velikih območjih planeta.

Molekularna struktura in elektronska konfiguracija

Cikanovodik ali vodikov cianid je kovalentna molekularna spojina z enim vodikovim, enim ogljikovim in enim dušikovim atomom.

Ogljikov atom in atom dušika delita 3 pare elektronov, tako da tvorijo trojno vez. Vodik je vezan na ogljik, ki ima s to vezjo valenco štirih in svoj polni bajt elektronov.

Dušik ima valenco pet in za dokončanje okteta ima par neparnih ali samotnih elektronov, ki se nahajajo bočno.

HCN je torej popolnoma linearna molekula, ki ima parni par elektronov, ki se nahajata bočno na dušiku.

Lewisova predstavitev cianovodikove kisline, kjer so opaženi elektroni, ki se delijo v vsaki vezi, in dušik osamljenega elektrona. Avtor: Marilú Stea.

Struktura cianovodikove kisline ali vodikovega cianida, kjer opazimo trojno vez med ogljikom in dušikom. Avtor: Marilú Stea.

Nomenklatura

- Cianovodikova kislina

- Vodikov cianid

- metanonitril

- Formonitril

- Cianovodikova kislina

Lastnosti

Fizično stanje

Če je brezvodna in stabilizirana pod 25,6 ° C, je brezbarvna ali bledo modra tekočina, ki je zelo nestabilna in strupena. Če je nad to temperaturo, gre za izjemno strupen brezbarven plin.

Molekularna teža

27,03 g / mol

Tališče

-13,28 ° C

Vrelišče

25,63 ° C (upoštevajte, da vre malo nad sobno temperaturo).

Plamenišče

-18 ºC (metoda zaprtega kozarca)

Temperatura samovžiga

538 ° C

Gostota

0,6875 g / cm ³ pri 20 ° C

Topnost

Popolnoma se meša z vodo, etilnim alkoholom in etil etrom.

Konstanta disociacije

K = 2,1 x 10 ^-9

pK _a = 9,2 (gre za zelo šibko kislino)

Nekatere kemijske lastnosti

HCN ima zelo visoko dielektrično konstanto (107 do 25 ºC). To je zato, ker so njegove molekule zelo polarne in se povezujejo skozi vodikove vezi, kot v primeru vodne H ₂ O.

Ker ima tako visoko dielektrično konstanto, se HCN izkaže za dobro ionizirajoče topilo.

Tekoči brezvodni HCN je zelo nestabilen, nagiba se k polimerizaciji. Da bi se temu izognili, dodamo stabilizatorje, kot je majhen odstotek H ₂ SO ₄ .

V vodni raztopini in ob prisotnosti amoniaka in visokega tlaka tvori adenin, spojino, ki je del DNK in RNK, torej biološko pomembna molekula.

Je zelo šibka kislina, saj je njena ionizacijska konstanta zelo majhna, zato jo le delno ionizira v vodi, kar daje cianidnemu anionu CN ^- . Z bazami tvori soli, ne pa karbonatov.

Njegove vodne raztopine, ki niso zaščitene pred svetlobo, počasi razpadejo, pri čemer nastane amonijev format HCOONH ₄ .

V raztopini ima rahlo mandljev vonj.

Jedkost

Ker gre za šibko kislino, na splošno ni jedko.

Vendar vodne raztopine HCN, ki vsebujejo žveplovo kislino kot stabilizator, močno napadajo jeklo pri temperaturah nad 40 ° C, nerjavno jeklo pa pri temperaturah nad 80 ° C.

Poleg tega lahko razredčene vodne raztopine HCN povzročijo stres ogljikovemu jeklu tudi pri sobni temperaturi.

Prav tako lahko napade nekatere vrste gum, plastike in premazov.

Lokacija v naravi

V rastlinskem kraljestvu ga najdemo relativno veliko kot del glikozidov.

Na primer, se ustvari iz amygdalin C ₆ H ₅ -CH (-CN) -O-glukoza-O-glukoze, je spojina prisotna v grenkih mandljev. Amigdalin je cianogeni beta-glukozid, saj ob hidrolizi tvori dve molekuli glukoze, eno benzaldehida in eno HCN. Encim, ki jih sprošča, je beta-glukoksidaza.

Amigdalin najdemo v semenih breskev, marelic, grenkih mandljev, češenj in sliv.

Nekatere vrste rastlin sirka vsebujejo cianogeni glukozid, imenovan durrin (tj. P-hidroksi- (S) -mandelonitril-beta-D-glukozid). To spojino lahko razgradimo z dvostopenjsko encimsko hidrolizo.

Prvič, encim durrinaza, ki je endogen v rastlinah sirka, ga hidrolizira v glukozo in p-hidroksi- (S) -mandelonitril. Slednji se nato hitro pretvori v prosti HCN in p-hidroksibenzaldehid.

Rastlina sorga z visoko vsebnostjo durrina. Avtor ni na voljo za branje avtorja. Pethan domneval (na podlagi trditev o avtorskih pravicah). . Vir: Wikipedia Commons.

HCN je odgovoren za odpornost rastlin sirka na škodljivce in patogene.

To je razloženo z dejstvom, da imata durrin in encim durrinaza v teh rastlinah različne lokacije, v stik pa prideta šele, ko se tkiva poškodujejo ali uničijo, sprostijo HCN in zaščitijo rastlino pred okužbami, ki bi lahko prodrle skozi poškodovani del. .

Durrina molekula, kjer opazimo trojno vez CN, ki z encimsko hidrolizo proizvaja HCN. Edgar181. Vir: Wikipedia Commons.

Poleg tega nekatere človeške patogene bakterije, kot sta Pseudomonas aeruginosa in P. gingivalis, proizvajajo med presnovno aktivnostjo.

Prijave

Pri pripravi drugih kemičnih spojin in polimerov

Uporaba večine HCN, proizvedenega na industrijski ravni, je priprava intermediatov za organsko sintezo.

Uporablja se pri sintezi adiponitrilu NC- (CH ₂ ) ₄ -CN, ki se uporablja za pripravo najlona ali najlon, poliamida. Uporablja se tudi za pripravo akrilonitril ali cianoetilen CH ₂ = CH-CN, ki se uporablja za pripravo akrilnih vlaken in plastike.

Njegov derivat natrijev cianid NaCN se uporablja za pridobivanje zlata pri pridobivanju te kovine.

Za njene pesticidne formule se uporablja še en njegov derivat, cianogenklorid ClCN.

HCN se uporablja za pripravo kelatnih sredstev, kot je EDTA (etilen-diamin-tetra-acetat).

Uporablja se za proizvodnjo ferocianidov in nekaterih farmacevtskih izdelkov.

Različne uporabe

Plin HCN se uporablja kot insekticid, fungicid in razkužilo za zaplinjevanje ladij in zgradb. Tudi za zaplinjanje pohištva, da bi ga obnovili.

HCN se uporablja pri poliranju kovin, kovinskih elektrodepozicijah, fotografskih procesih in metalurških postopkih.

Zaradi izredno visoke strupenosti je bil označen kot kemično vojno sredstvo.

V kmetijstvu

Uporabljajo ga kot herbicid in pesticide v sadovnjakih. Uporabljali so ga za zatiranje lusk in drugih patogenov na agrumih, vendar so nekateri od teh škodljivcev postali odporni na HCN.

Uporabljali so ga tudi za zaplinjevanje silosov zrna. Plin HCN, pripravljen na kraju samem, je bil uporabljen pri zaplinjevanju pšeničnih zrn za zaščito pred škodljivci, kot so žuželke, glive in glodalci. Za to uporabo je nujno, da seme, ki ga gnojimo, prenaša pesticidno sredstvo.

Testiranje je bilo opravljeno z uplinjavanjem pšeničnih semen s HCN. Ugotovljeno je bilo, da ne vpliva negativno na njihov potencial za kalitev, temveč se zdi, da mu to daje prednost.

Vendar lahko visoki odmerki HCN znatno zmanjšajo dolžino majhnih listov, ki kalijo iz semena.

Po drugi strani pa zaradi dejstva, da je močan nematikid in da ga nekatere rastline sorge imajo v svojih tkivih, preiskujejo možnosti rastlin sirka, ki se uporabljajo kot biocidni zeleni gnoj.

Njegova uporaba bi izboljšala tla, zatirala plevel in zatirala bolezni in škodo, ki jo povzročajo fitoparazitske ogorčice.

Tveganja

Za ljudi je HCN smrtonosni strup po vseh poteh: vdihavanju, zaužitju in stiku.

Avtor: Clker-Free-Vector-Images. Vir: Pixabay.

Vdihavanje je lahko usodno. Ocenjujejo, da lahko približno 60-70% populacije zazna grenki mandeljni vonj HCN, ko je v zraku v koncentraciji 1-5 ppm.

Toda 20% prebivalstva tega ne more zaznati niti v smrtnih koncentracijah, ker tega genetsko ne zmore.

Zaužitje je akutni in s takojšnjim delovanjem strup.

Če njihove raztopine pridejo v stik s kožo, je lahko povezan cianid smrtonosen.

HCN je prisoten v cigaretnem dimu, ki nastane pri zgorevanju plastike, ki vsebuje dušik.

Mehanizem smrtonosnega delovanja znotraj telesa

Je kemični asfiksator in je hitro strupen, kar pogosto vodi v smrt. Ob vstopu v telo se veže na metaloencime (encime, ki vsebujejo kovinski ion) in jih inaktivira. Je strupeno sredstvo za različne organe človeškega telesa

Njegov glavni toksični učinek je zaviranje celičnega dihanja, saj deaktivira encim, ki vpliva na fosforilacijo v mitohondrijih, to so organele, ki med drugim posegajo v dihalno funkcijo celic.

Nevarnost cigaretnega dima

HCN je prisoten v cigaretnem dimu.

Čeprav mnogi ljudje poznajo zastrupitveni učinek HCN, le malo ljudi spozna, da so izpostavljeni njegovim škodljivim učinkom skozi cigaretni dim.

HCN je eden od vzrokov zaviranja več celičnih dihalnih encimov. Količina HCN v cigaretnem dimu ima posebno škodljiv učinek na živčni sistem.

Poročali so o koncentracijah HCN v cigaretnem dimu med 10 in 400 μg na cigareto za neposredno vdihani dim in 0,006 do 0,27 μg / cigaret za sekundarno vdihavanje (rabljen dim). HCN povzroča strupene učinke od 40 µM naprej.

Avtor: Alexas Fotos. Vir: Pixabay.

Pri vdihavanju hitro vstopi v krvni obtok, kjer se sprosti v plazmo ali se veže na hemoglobin. Majhen del se pretvori v tiocianat in se izloči z urinom.

Tveganja ogrevanja HCN

Dolgotrajna izpostavljenost toploti tekočega HCN v zaprtih posodah lahko povzroči nepričakovano nasilno razpadanje posod. Eksplozivno lahko polimerizira pri 50-60 ° C v prisotnosti alkalijskih sledi in v odsotnosti zaviralcev.

Prisotnost HCN v ognjenem dimu

HCN se sprošča med zgorevanjem polimerov, ki vsebujejo dušik, kot so volna, svila, poliakrilonitrili in najlon. Ti materiali so prisotni v naših domovih in v večini krajev človeške dejavnosti.

Zaradi tega je med požari lahko HCN vzrok smrti pri vdihavanju.

Onesnaževalo ozračja

HCN je onesnaževalec troposfere. Odporen je na fotolizo in v zunanjih atmosferskih pogojih ne hidrolizira.

Fotokemično proizvedeni OH • hidroksilni radikali lahko reagirajo s HCN, vendar je reakcija zelo počasna, zato je razpolovni čas HCN v atmosferi 2 leti.

Ko se biomasa, zlasti šota, zgore, se HCN sprosti v ozračje in tudi med industrijskimi dejavnostmi. Vendar je zgorevanje šote 5 do 10-krat bolj onesnaževalno kot kurjenje drugih vrst biomase.

Nekateri raziskovalci so ugotovili, da visoke temperature in suša, ki jih povzroča pojav El Niño na nekaterih območjih planeta, zaostrijo sezonske požare na območjih z visoko vsebnostjo razpadle rastlinske snovi.

Avtor: Steve Buissinne Vir: Pixabay.

To vodi v intenzivno izgorevanje biomase v sušnih letnih časih.

Ti dogodki so vir visokih koncentracij HCN v troposferi, ki se sčasoma prevažajo v spodnjo stratosfero in ostanejo zelo dolgo.

Reference

1. Cotton, F. Albert in Wilkinson, Geoffrey. (1980). Napredna anorganska kemija. Četrta izdaja. John Wiley & Sons.
2. Ameriška nacionalna medicinska knjižnica. (2019). Cikanovodik vodik. Obnovljeno iz pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Gidlow, D. (2017). Vodikov cianid - posodobitev. Medicina dela 2017; 67: 662-663. Pridobljeno iz ncbi.nlm.nih.gov.
4. Van Nostrandova znanstvena enciklopedija. (2005). Cikanovodik vodik. 9 ^th opomogla od onlinelibrary.wiley.com.
5. Ren, Y.-L. et al. (devetnajst devetinšestdeset). Vpliv vodikovega cianida in karbonil sulfida na kalitev pljuve in živahnost pšenice. Pestic. Sci. 1996, 47, 1–5. Pridobljeno iz spletnega spletnega naslova.wiley.com.
6. De Nicola, GR in sod. (2011). Preprosta analitična metoda za vrednotenje vsebnosti Dhurrina v cianogenih rastlinah za njihovo uporabo v krmi in biofumigaciji. J. Agric. Food Chem. 2011, 59, 8065-8069. Pridobljeno iz pubs.acs.org.
7. Sheese, PE et al. (2017). Globalno povečanje vodikovega cianida v spodnji stratosferi v celotnem letu 2016. Geophys. Res. Lett., 44, 5791–5797. Obnovljeno iz agupubs.onlinelibrary.wiley.com.
8. Surleva, AR in Drochioiu, G. (2013). Vizualiziranje nevarnosti kajenja: Preprosta spektrofotometrična določitev cianida vodika v cigaretnem dimu in filtrih. J. Chem., 2013. 2013, 90, 1654-1657. Pridobljeno iz pubs.acs.org.
9. Alarie, Y. et al. (1990). Vloga vodikovega cianida v smrti ljudi v požaru. V požaru in polimerih. Poglavje 3. Serija ACS Symposium. Pridobljeno iz pubs.acs.org.