HIPOKLORNA KISLINA (HCLO): STRUKTURA, LASTNOSTI, UPORABE, SINTEZA - KEMIJA - 2026

Hipoklorova kislina anorganska spojina s kemično formulo HCIO. Ujema z najmanj oksidirano klosovo kislino, saj vsebuje samo en atom kisika. Iz nje izhajajo hipokloritni anion, ClO ^- in njegove soli, ki se pogosto uporabljajo kot komercialna dezinfekcijska voda.

HClO je najmočnejše oksidacijsko in protimikrobno sredstvo, ki nastane pri raztapljanju plina klora v vodi. Njegovo antiseptično delovanje je znano že več kot stoletje, še preden so raztopine klora uporabljali za čiščenje ran vojakov v prvi svetovni vojni.

Molekula hipoklorne kisline, ki jo predstavlja model s kroglico in palico. Vir: Ben Mills in Jynto

Njeno odkritje v resnici sega v leto 1834 francoskega kemika Antoina Jérômeja Balarda, ki je delno oksidacijo klora dosegel tako, da ga je vpihnil v vodni suspenziji živosrebrovega oksida HgO. Od takrat se uporablja kot razkužilo in protivirusno sredstvo.

Kemično gledano je HClO oksidacijsko sredstvo, ki preneha svoj atom klora drugim molekulam; to pomeni, da lahko z njo sintetiziramo klorirane spojine, ki so kloroamini zelo pomembni pri razvoju novih antibiotikov.

V 70. letih prejšnjega stoletja so odkrili, da je telo sposobno naravno proizvajati to kislino z delovanjem encima mieloperoksidaza; encim, ki med fagocitozo deluje na perokside in kloridne anione. Tako lahko iz istega organizma izhaja ta "morilec" vsiljivcev, vendar v neškodljivem merilu za lastno počutje.

Struktura

Zgornja slika prikazuje strukturo HClO. Upoštevajte, da formula nasprotuje strukturi: molekula je HO-Cl in ne H-Cl-O; Vendar pa je le-ta običajno prednostno, da bi lahko primerjati neposredno s svojimi več oksidiranega kolegi: HCIO ₂ , HCIO ₃ in HCIO ₄ .

Kemična zgradba hipoklorne kisline.

Kisli vodik, H ⁺ , ki ga sprošča HClO, se nahaja v skupini OH, ki je vezana na atom klora. Upoštevajte tudi opazne razlike v dolžini vezi OH in Cl-O, pri čemer je slednja najdaljša zaradi manjše stopnje prekrivanja klorovih orbitalov, bolj razpršenih, s kisikovimi.

Molekula HOCl v normalnih pogojih komaj ostane stabilna; Iz vodnih raztopin ga ni mogoče izolirati, ne da bi bil nesorazmeren ali sproščen kot klor plin, Cl ₂ .

Zato ni brezvodnih kristalov (niti njihovih hidratov) hipoklorne kisline; In do danes tudi ni znakov, da bi jih lahko pripravili po ekstravagantnih metodah. Če bi lahko kristalizirali, bi molekule HClO medsebojno vplivale prek svojih trajnih dipolov (negativni naboji, usmerjeni v kisik).

Lastnosti

Kislost

HClO je monoprotska kislina; to pomeni, da lahko vodnemu mediju (kjer je ta tvorjen) podarite le en H ⁺ :

HCIO (aq) + H ₂ O ↔ Cio ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq) (pKa = 7,53)

Iz tega ravnovesne enačbe se ugotovi, da zmanjšanje H ₃ O ⁺ ionov (povečanje bazičnosti medija) podpira tvorbo bolj hipokloritnih anionov, clo ^- . Zato, če raztopino Cio ^- je treba hraniti relativno stabilna, mora biti pH osnovne, ki se doseže z NaOH.

Njegova konstantna disocijacija pKa dvomi, da je HClO šibka kislina. Zato pri ravnanju je koncentrirana, morate ne skrbi toliko o H ₃ O ⁺ ionov , temveč o HCIO samem (glede na svoje visoke reaktivnosti in ne zaradi svoje jedkosti).

Oksidacijsko sredstvo

Omenili smo, da ima atom klora v HClO oksidacijsko število +1. To pomeni, da komaj potrebuje pridobitev enega samega elektrona, da se vrne v osnovno stanje (Cl ⁰ ) in da lahko tvori molekulo Cl ₂ . Zato bo HCIO zniža na Cl ₂ in H ₂ O, hitreje oksidiramo z drugimi vrstami glede na enako Cl ₂ ali Cio ^- :

2HClO (aq) + 2H ⁺ + 2e ^- ↔ Cl ₂ (g) + 2H ₂ O (l)

Ta reakcija nam že omogoča, da vidimo, kako stabilen je HClO v njegovih vodnih raztopinah.

Njegova oksidacijska moč se ne meri le s tvorbo Cl ₂ , ampak tudi s tem, da se lahko odpove atomu klora. Na primer, lahko reagira z dušikovimi vrstami (vključno z amonijakom in dušikovimi bazami), da ustvari kloroamine:

HCIO + NH → N-Cl + H ₂ O

Upoštevajte, da se NH vez razpadla, amino skupine (NH ₂ ), katerega večji del, in se nadomesti z N-Cl. Enako se zgodi z OH vezmi hidroksilnih skupin:

HCIO + OH → O-C + H ₂ O

Te reakcije so ključne in razlagajo razkuževalno in antibakterijsko delovanje HClO.

Stabilnost

HClO je nestabilen skoraj povsod, kjer ga pogledate. Na primer, anionski hipoklorit je nesorazmeren pri vrstah klora z oksidacijskimi števili -1 in +5, bolj stabilnimi kot +1 v HClO (H ⁺ Cl ⁺ O ^2- ):

3ClO ^- (aq) ↔ 2Cl ^- (aq) + ClO ₃ ^- (aq)

Ta reakcija bi spet preusmerila ravnovesje proti izginotju HClO. Prav tako HClO neposredno sodeluje v vzporednem ravnovesju z vodo in plinom klora:

Cl ₂ (g) + H ₂ O (l) ↔ HCIO (aq) + H ⁺ (aq) + Cl ^- (aq)

Zato poskus segrevanja raztopine HClO, da jo koncentriramo (ali izoliramo), povzroči nastanek Cl ₂ , ki je identificiran kot rumen plin. Prav tako teh raztopin ni mogoče predolgo izpostaviti svetlobi niti prisotnosti kovinskih oksidov, saj razgradijo Cl ₂ (HClO izgine še bolj):

2Cl ₂ + 2H ₂ O → 4HCl + O ₂

HCl reagira s HClO, da ustvari več Cl ₂ :

HCIO + HCI → Cl ₂ + H ₂ O

In tako naprej, dokler ni več HClO.

Sinteza

Voda in klor

Eno od metod za pripravo ali sintezo hipoklorne kisline je bilo že implicitno razloženo: z raztapljanjem plina klora v vodi. Druga zelo podobna metodi v raztapljanje anhidrida te kisline v vodi: dikloro monoksida, Cl ₂ O:

Cl ₂ O (g) + H ₂ O (l) ↔ 2HClO (aq)

Spet ne obstaja način, da izolirati čisto HCIO, saj izhlapevanje vode bi se ravnotežje premakne oblikovanju Cl ₂ O, plin, da bi pobeg iz vode.

Po drugi strani pa je bilo mogoče pripraviti bolj koncentrirane raztopine HClO (20%) z uporabo živega oksida, HgO. V ta namen se klor raztopi v prostornini vode tik ob njegovi lediščni točki, tako da dobimo kloriran led. Nato se ta isti led meša in ko se topi, se meša s HgO:

2Cl ₂ + HgO + 12H ₂ O → 2HClO + HgCl ₂ + 11H ₂ O

20-odstotno raztopino HClO lahko končno destiliramo pod vakuumom.

Elektroliza

Enostavnejša in varnejša metoda priprave raztopin hipoklorne kisline je uporaba slanic kot surovine namesto klora. Slanice so bogate s kloridnimi anioni, Cl ^- , ki jih skozi postopek elektrolize lahko oksidira v Cl ₂ :

2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^-

2Cl ^- ↔ 2e ^- + Cl ₂

Ti dve reakciji se pojavita na anodi, kjer nastane klor, ki se takoj raztopi in nastane HClO; v katodnem predelu se voda zmanjša:

2H ₂ O + 2e ^- → 2OH ^- + H ₂

Na ta način je mogoče HClO sintetizirati v komercialnem do industrijskem obsegu; in te raztopine, pridobljene iz slanice, so v resnici komercialno dostopni proizvodi te kisline.

Prijave

Splošne značilnosti

HClO se lahko uporablja kot oksidacijsko sredstvo za oksidacijo alkoholov v ketone in za sintezo kloroaminov, kloroamidov ali klorohidrinov (začenši z alkeni).

Vendar je vse druge uporabe mogoče zajeti z eno besedo: biocid. Je ubijalec gliv, bakterij, virusov in nevtralizator toksinov, ki jih sproščajo patogeni.

Imunski sistem našega telesa sintetizira lastno HClO z delovanjem encima mieloperoksidaza, s pomočjo katerega bele krvničke izkoreninijo vsiljivce, ki povzročajo okužbo.

Nešteto študij kaže na različne mehanizme delovanja HClO na biološko matrico. Ta daje svoj atom klora amino skupinam nekaterih beljakovin in oksidira njihove SH skupine, ki so prisotne do SS disulfidnih mostov, kar povzroči njihovo denaturacijo.

Prav tako ustavi razmnoževanje DNK z reakcijo z dušikovimi bazami, vpliva na popolno oksidacijo glukoze in lahko tudi deformira celično membrano. Vsa ta dejanja na koncu povzročijo smrt mikrobov.

Dezinfekcija in čiščenje

Zato rešitve HClO na koncu uporabljajo za:

-Zzdravljenje nalezljivih in gangrenskih ran

-Disinficirajo zaloge vode

-Sterilizacijsko sredstvo za kirurški material ali orodja, ki se uporabljajo v veterini, medicini in zobozdravstvu

-Način razkuževanja katere koli vrste površine ali predmeta na splošno: palice, ograje, kavni avtomati, keramika, steklene mize, laboratorijski pulti itd.

-Sintetizirajte kloroamine, ki delujejo kot manj agresivni antibiotiki, a hkrati bolj trpežni, specifični in stabilni kot HClO sam

Tveganja

Raztopine HClO so lahko nevarne, če so visoko koncentrirane, saj lahko burno reagirajo z vrstami, nagnjenimi k oksidaciji. Poleg tega se ob destabiliziranju navadno sproščajo plinasti klor, zato jih je treba hraniti po strogem varnostnem protokolu.

HClO je tako reaktiven proti mikrobi, da tam, kjer ga zalivamo, takoj izgine, ne da bi kasneje predstavljal tveganje za tiste, ki se dotikajo površin, ki jih obdelujejo. Enako se zgodi znotraj organizma: hitro razpade ali pa ga nevtralizira katera koli vrsta v biološkem okolju.

Ko ga telo ustvari samo, je domnevno, da lahko prenaša nizke koncentracije HClO. Če pa je visoko koncentrirana (uporablja se v sintetične namene in ne razkužuje), ima lahko neželene učinke tudi z napadanjem zdravih celic (na primer kože).

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). Mc Graw Hill.
2. Gottardi, W., Debabov, D., & Nagl, M. (2013). N-kloramini, obetaven razred dobro prenašajo aktualne anti-infektivne snovi. Antimikrobna sredstva in kemoterapija, 57 (3), 1107–1114. doi: 10.1128 / AAC.02132-12
3. Avtorji: Jeffrey Williams, Eric Rasmussen in Lori Robins. (06.10.2017). Hipoklorna kislina: izkoriščanje prirojenega odziva. Pozdravljeno iz: infekcije.si
4. Hidro instrumenti. (sf). Osnovna kemija kloriranja. Pridobljeno: hydroinstruments.com
5. Wikipedija. (2019). Hipoklorna kislina. Pridobljeno: en.wikipedia.org
6. Serhan Sakarya in sod. (2014). Hipoklorna kislina: idealno sredstvo za nego ran z močnim mikrobicidnim, antibiofilmskim in potencilom zdravljenja ran. HMP rane. Pridobljeno od: woundsresearch.com
7. PrebChem. (2016). Priprava hipoklorne kisline. Pridobljeno od: prepchem.com