HYPOCHLORSYRE (HCLO): STRUKTUR, EGENSKABER, ANVENDELSER, SYNTESE - KEMI - 2025

Den chlorundersyrling er en uorganisk forbindelse med den kemiske formel HCIO. Det svarer til det mindst oxiderede af oxidsyrerne af klor, da det kun indeholder et iltatom. Herfra henter de hypochlorit-anionen, ClO ^-, og salte deraf, der i vid udstrækning bruges som kommercielle vanddesinfektionsmidler.

HClO er det stærkeste oxiderende og antimikrobielle middel, der genereres, når klorgas opløses i vand. Dets antiseptiske virkning har været kendt i mere end et århundrede, allerede før kloropløsninger blev brugt til at rense sårene fra soldater i første verdenskrig.

Hypochlorsyremolekyle repræsenteret ved en kugle-og-stick-model. Kilde: Ben Mills og Jynto

Opdagelsen stammer faktisk tilbage til året 1834 af den franske kemiker Antoine Jérôme Balard, der opnåede den delvise oxidation af klor ved at bobler det i en vandig suspension af kviksølvoxid, HgO. Siden da er det blevet brugt som et desinfektionsmiddel og et antiviralt middel.

Kemisk set er HClO et oxidationsmiddel, der ender med at opgive sit kloratom til andre molekyler; det vil sige, med det kan klorerede forbindelser syntetiseres, da de er chloroaminer af stor relevans i udviklingen af ​​nye antibiotika.

I 1970'erne blev det opdaget, at kroppen er i stand til naturligt at producere denne syre ved hjælp af enzymet myeloperoxidase; enzym, der virker på peroxider og kloridioner under fagocytose. Fra den samme organisme kan denne "morder" af ubudne gæster opstå, men i en ufarlig skala for sit eget velbefindende.

Struktur

Det øverste billede viser strukturen af ​​HClO. Bemærk, at formlen er i modstrid med strukturen: molekylet er HO-Cl og ikke H-Cl-O; imidlertid sidstnævnte foretrækkes sædvanligvis at kunne sammenligne det direkte med sine mere oxiderede modstykker: HCIO ₂, HCIO ₃ og HCIO ₄.

Kemisk struktur af hypochlorsyre.

Det sure brint, H ⁺, frigivet af HClO, er placeret i OH-gruppen bundet til kloratomet. Bemærk også de bemærkelsesværdige længdeforskelle i OH- og Cl-O-bindingerne, idet sidstnævnte er den længste på grund af den mindre overlapningsgrad af chlororbitaler, mere diffuse med iltforhold.

HOCl-molekylet kan næppe forblive stabilt under normale forhold; Det kan ikke isoleres fra vandige opløsninger uden at være uforholdsmæssig eller frigivet som chlorgas, Cl ₂.

Derfor er der ingen vandfri krystaller (ikke engang hydrater deraf) af hypochlorsyre; Og indtil videre er der heller ikke noget, der tyder på, at de kan tilberedes ved ekstravagante metoder. Hvis de kunne krystallisere, ville HClO-molekylerne interagere med hinanden gennem deres permanente dipoler (negative ladninger orienteret mod ilt).

Ejendomme

Syreindhold

HClO er en monoprotinsyre; det vil sige, du kan kun donere en H ⁺ til det vandige medium (som det er her det dannes):

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

Fra denne ligevægt ligning ses det, at et fald i H ₃ O ⁺ ioner (en stigning i basicitet af mediet) begunstiger dannelsen af mere hypochlorit anioner, ClO ^-. Hvis en opløsning af ClO ^- skal holdes relativt stabil, skal pH derfor være basisk, hvilket opnås med NaOH.

Dens dissociationskonstant, pKa, gør det tvivlsomt, at HClO er en svag syre. Derfor, når du håndterer det koncentreret, skal du ikke bekymre dig så meget om H ₃ O ⁺ -ionerne, men om selve HClO (i betragtning af dens høje reaktivitet og ikke på grund af dens korrosivitet).

Oxiderende middel

Det blev nævnt, at kloratomet i HClO har et oxidationsnummer på +1. Det betyder, at det næppe kræver forstærkningen af en enkelt elektron til at vende tilbage til sin grundtilstand (Cl ⁰) og for at kunne danne Cl ₂ -molekylet. Følgelig vil HCIO reduceres til Cl ₂ og H ₂ O, oxiderende anden art hurtigere i forhold til samme Cl ₂ eller ClO ^-:

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

Denne reaktion giver os allerede mulighed for at se, hvor stabil HClO er i dens vandige opløsninger.

Dens oxiderende kraft måles ikke kun ved dannelsen af ​​Cl ₂, men også ved dens evne til at opgive sit kloratom. For eksempel kan den reagere med nitrogenholdige arter (inklusive ammoniak og nitrogenholdige baser) for at producere chloroaminer:

HCIO + NH → N-CI + H ₂ O

Bemærk, at en NH-binding brydes, af en aminogruppe (-NH ₂) for størstedelens vedkommende, og bliver erstattet af en N-Cl. Det samme sker med OH-bindingerne i hydroxylgrupper:

HCIO + OH → O-CI + H ₂ O

Disse reaktioner er afgørende og forklarer HClOs desinficering og antibakterielle virkning.

Stabilitet

HClO er ustabil næsten overalt, hvor du ser på det. For eksempel er hypochlorit-anionen uforholdsmæssig i klorearter med oxidationstal på -1 og +5, mere stabil end +1 i HClO (H ⁺ Cl ⁺ O ^2-):

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

Denne reaktion ville igen skifte ligevægten mod forsvinden af ​​HClO. Ligeledes deltager HClO direkte i en parallel ligevægt med vand og klorgas:

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

Det er derfor forsøger at opvarme en HCIO opløsning for at koncentrere det (eller isolere den) fører til produktionen af Cl ₂, der identificeres som en gul gas. Ligeledes kan disse opløsninger ikke udsættes for lys for længe eller for tilstedeværelsen af ​​metaloxider, da de nedbrydes Cl ₂ (HClO forsvinder endnu mere):

2Cl ₂ + 2H ₂ O → 4HCl + O ₂

HCI reagerer med HClO for at generere mere Cl ₂:

HCIO + HCI → Cl ₂ + H ₂ O

Og så videre, indtil der ikke er mere HClO.

syntese

Vand og klor

En af metoderne til fremstilling eller syntese af hypochlorsyre er allerede implicit forklaret: ved at opløse klorgas i vand. En anden helt lignende fremgangsmåde består i at opløse anhydridet af denne syre i vand: dichlor kulmonoxid, Cl ₂ O:

Cl ₂ O (g) + H ₂ O (l) ↔ 2HClO (aq)

Igen er der ingen måde at isolere det rene HCIO, eftersom fordampning af vandet ville forskyde ligevægten til dannelsen af Cl ₂ O, en gas, som ville undslippe fra vandet.

På den anden side har det været muligt at fremstille mere koncentrerede opløsninger af HClO (20%) under anvendelse af kviksuloxid, HgO. For at gøre dette opløses chlor i et volumen vand lige ved dens frysepunkt på en sådan måde, at der opnås kloreret is. Derefter omrøres den samme is, og når den smelter, blandes den med HgO:

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

20% HClO-opløsningen kan endelig destilleres under vakuum.

Elektrolyse

En enklere og mere sikker metode til fremstilling af hypochlorsyreopløsninger er at bruge saltvand som råmateriale i stedet for klor. Saltvand er rige på kloridioner, Cl ^-, som gennem en elektrolyseproces kan oxideres til Cl ₂:

2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^-

2Cl ^- ↔ 2e ^- + Cl ₂

Disse to reaktioner forekommer ved anoden, hvor der produceres chlor, der straks opløses for at give anledning til HCIO; mens det er i katodekammeret, reduceres vandet:

2H ₂ O + 2e ^- → 2OH ^- + H ₂

På denne måde kan HClO syntetiseres i kommerciel til industriel skala; og disse opløsninger opnået fra saltvand er faktisk de kommercielt tilgængelige produkter af denne syre.

Applikationer

Generelle egenskaber

HClO kan bruges som et oxidationsmiddel til at oxidere alkoholer til ketoner og til at syntetisere chloroaminer, chloroamider eller chlorohydriner (startende fra alkenerne).

Imidlertid kan alle dens andre anvendelser omfatte et ord: biocid. Det er en morder af svampe, bakterier, vira og en neutralisator af toksiner frigivet af patogener.

Vores krops immunsystem syntetiserer sit eget HClO ved hjælp af enzymet myeloperoxidase, hvilket hjælper de hvide blodlegemer med at udrydde de ubudne gæster, der forårsager infektionen.

Utallige studier antyder forskellige mekanismer for virkningen af ​​HClO på den biologiske matrix. Dette donerer sit kloratom til aminogrupperne i visse proteiner og oxiderer også deres SH-grupper, der er til stede i SS-disulfidbroer, hvilket resulterer i deres denaturering.

Det stopper også DNA-replikation ved at reagere med nitrogenholdige baser, påvirker den komplette oxidation af glukose og kan også deformere cellemembranen. Alle disse handlinger ender med at få bakterierne til at dø.

Desinfektion og rengøring

Derfor ender HClO-løsninger med at:

-Behandling af infektiøse og gangrenøse sår

-Desinficere vandforsyninger

-Steriliseringsmiddel til kirurgisk materiale eller værktøjer der anvendes i veterinærmedicin, medicin og tandpleje

-Desinfektionsmiddel til enhver form for overflade eller genstand generelt: stænger, gelændere, kaffemaskiner, keramik, glasborde, laboratorietællere osv.

-Syntetiserer chloroamines, der tjener som mindre aggressive antibiotika, men på samme tid mere holdbare, specifikke og stabile end HClO i sig selv

Risici

HClO-opløsninger kan være farlige, hvis de er stærkt koncentrerede, da de kan reagere voldsomt med arter, der er tilbøjelige til oxidation. Derudover har de en tendens til at frigive gasformigt klor, når de destabiliseres, så de skal opbevares under en streng sikkerhedsprotokol.

HClO er så reaktiv over for bakterier, at hvor det vandes, forsvinder det øjeblikkeligt uden at udgøre en risiko senere for dem, der berører de overflader, der er behandlet af det. Det samme sker inde i organismen: den nedbrydes hurtigt eller neutraliseres af enhver art i det biologiske miljø.

Når det genereres af kroppen selv, er det antagelig, at det tåler lave koncentrationer af HClO. Hvis det imidlertid er stærkt koncentreret (bruges til syntetiske formål og ikke til desinfektionsmidler), kan det have uønskede virkninger ved også at angribe sunde celler (for eksempel huden).

Referencer

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
2. Gottardi, W., Debabov, D., & Nagl, M. (2013). N-chloraminer, en lovende klasse af godt tolererede topiske anti-infektionsmidler. Antimikrobielle stoffer og kemoterapi, 57 (3), 1107–1114. doi: 10.1128 / AAC.02132-12
3. Af Jeffrey Williams, Eric Rasmussen & Lori Robins. (06. oktober 2017). Hypochlorsyre: Udnyttelse af en medfødt reaktion. Gendannes fra: infektionskontrol.tips
4. Hydroinstrumenter. (Sf). Grundlæggende kemi af klorering. Gendannes fra: hydroinstruments.com
5. Wikipedia. (2019). Hypochlorsyre. Gendannet fra: en.wikipedia.org
6. Serhan Sakarya et al. (2014). Hypochlorsyre: Et ideelt sårplejemiddel med kraftig mikrobicid, antibiofilm og sårhelingskraft. HMP-sår. Gendannes fra: woundsresearch.com
7. PrebChem. (2016). Fremstilling af hypochlorsyre. Gendannes fra: prepchem.com