KYSELINA CHLÓRNA (HCLO): ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, POUŽITIE, SYNTÉZA - CHÉMIA - 2026

Kyselina chlórna je anorganická zlúčenina s chemickým vzorcom HClO. Zodpovedá najmenej oxidovaným oxokyselinám chlóru, pretože obsahuje iba jeden atóm kyslíka. Z toho odvodzujú anión chlórnanu, ClO ^- a jeho soli, ktoré sa bežne používajú ako komerčné dezinfekčné prostriedky na vodu.

HClO je najsilnejšie oxidačné a antimikrobiálne činidlo, ktoré vzniká pri rozpustení plynného chlóru vo vode. Jeho antiseptické pôsobenie je známe už viac ako storočie, ešte predtým, ako sa v prvej svetovej vojne použili roztoky chlóru na čistenie rán vojakov.

Molekula kyseliny chlórnej predstavovaná modelom typu „stick and stick“. Zdroj: Ben Mills a Jynto

Jej objav sa datuje do roku 1834 francúzskym chemikom Antoine Jérôme Balardom, ktorý dosiahol čiastočnú oxidáciu chlóru jeho prebublávaním vo vodnej suspenzii oxidu ortuti HgO. Odvtedy sa používa ako dezinfekčný prostriedok a antivírusový prostriedok.

Chemicky vzaté, HClO je oxidačné činidlo, ktoré nakoniec vzdá svoj atóm chlóru iným molekulám; to znamená, že sa tým môžu syntetizovať chlórované zlúčeniny, čo sú chlóramíny, ktoré majú veľký význam pri vývoji nových antibiotík.

V 70. rokoch 20. storočia sa zistilo, že telo je schopné túto kyselinu prirodzene produkovať pôsobením enzýmu myeloperoxidázy; enzým, ktorý počas fagocytózy pôsobí na peroxidy a chloridové anióny. Z toho istého organizmu sa teda môže objaviť tento „zabijak“ votrelcov, ale v neškodnom meradle pre jeho vlastnú pohodu.

štruktúra

Horný obrázok ukazuje štruktúru HClO. Všimnite si, že vzorec je v rozpore so štruktúrou: molekula je HO-Cl a nie H-Cl-O; však, je tento obvykle dáva prednosť, aby bolo možné porovnať ju priamo s viacerými oxidovaným náprotivkami: HClO ₂ , HClO ₃ a HClO ₄ .

Chemická štruktúra kyseliny chlórnej.

Kyslý vodík, H ⁺ , uvoľňovaný HCI, sa nachádza v skupine OH pripojenej k atómu chlóru. Zaznamenajte tiež pozoruhodné rozdiely v dĺžke väzieb OH a Cl-O, ktoré sú najdlhšie kvôli menšiemu stupňu prekrývania orbitálov chlóru, viac rozptýleným s väzbami kyslíka.

Molekula HOC1 môže za normálnych podmienok sotva zostať stabilná; Nemôže byť izolované zo svojich vodných roztokov bez neprimerané alebo uvoľnená ako plynného chlóru, Cl ₂ .

Preto neexistujú žiadne bezvodé kryštály (ani ich hydráty) kyseliny chlórnej; K dnešnému dňu tiež nič nenasvedčuje tomu, že by sa dali pripraviť extravagantnými metódami. Ak by mohli kryštalizovať, molekuly HClO by vzájomne interagovali prostredníctvom svojich stálych dipólov (záporné náboje orientované na kyslík).

vlastnosti

kyslosť

HClO je monoprotická kyselina; to znamená, že môžete dať iba jeden H ⁺ do vodného média (v ktorom sa vytvára):

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

Z tejto rovnice rovnováhy bolo zistené, že pokles H ₃ O ⁺ ióny (zvýšenie zásaditosti prostredia) podporuje tvorbu viac chlórnanu anióny, CLO ^- . V dôsledku toho, ak sa roztok CIO ^- je potrebné mať relatívne stabilné, pH musí byť základné, ktoré je dosiahnuté pomocou NaOH.

Jeho disociačná konštanta pKa spôsobuje pochybnosti o tom, že HClO je slabá kyselina. Preto, pri manipulácii so koncentruje, je potrebné sa báť toľko o H ₃ O ⁺ ióny , ale o samotnej HClO (vzhľadom k jeho vysokú reaktivitu a to z dôvodu jeho koróznej agresivity).

Oxidačné činidlo

Bolo uvedené, že atóm chlóru v HClO má oxidačné číslo +1. To znamená, že len ťažko si vyžaduje zisk jedného elektrónu sa vrátiť do svojho základného stavu (Cl ⁰ ), a aby bol schopný tvoriť Cl ₂ molekulu . V dôsledku toho bude HClO byť znížená na Cl ₂ a H ₂ O, oxidačné iných druhov rýchlejšie v porovnaní s rovnakým Cl ₂ alebo CIO ^- :

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

Táto reakcia nám už umožňuje vidieť, ako stabilný je HClO vo svojich vodných roztokoch.

Jeho oxidačné sila je nielen meria tvorba CL ₂ , ale aj jej schopnosť poskytovať svoj atóm chlóru. Napríklad môže reagovať s dusíkatými látkami (vrátane amoniaku a dusíkatých zásad) za vzniku chlóramínov:

HClO + NH → N-CI + H ₂ O

Všimnite si, že NH väzba je prerušené, aminoskupiny (-NH ₂ ), z väčšej časti, a je nahradená N-Cl. To isté sa stane s OH väzbami hydroxylových skupín:

HClO + OH → O-CI + H ₂ O

Tieto reakcie sú rozhodujúce a vysvetľujú dezinfekčné a antibakteriálne pôsobenie HClO.

stabilita

HClO je nestabilný takmer všade, kam sa na to pozeráte. Napríklad anión chlórnanu je neúmerný v druhoch chlóru s oxidačnými číslami -1 a +5, stabilnejší ako +1 v HClO (H ⁺ Cl ⁺ O ^2- ):

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

Táto reakcia by opäť posunula rovnováhu smerom k vymiznutiu HClO. Podobne sa HClO priamo podieľa na paralelnej rovnováhe s vodou a plynným chlórom:

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

To je dôvod, prečo sa snažia ohrievať HClO riešenie je koncentrovať (alebo izolovať) vedie k produkcii Cl ₂ , ktorý je identifikovaný ako žltý plyn. Rovnako tak tieto riešenia nemôžu byť vystavené svetlu príliš dlho, ani na prítomnosti oxidov kovov, ako sa rozkladajú Cl ₂ (HClO zmizne i viac):

2cl ₂ + 2 H ₂ O → 4HCl + O ₂

HCl reaguje s HClO generovať viac Cl ₂ :

HClO + HCl → Cl ₂ + H ₂ O

A tak ďalej, až už nebude viac HClO.

syntéza

Voda a chlór

Jeden zo spôsobov prípravy alebo syntézy kyseliny chlórnej už bol implicitne vysvetlený: rozpustením plynného chlóru vo vode. Ďalšou veľmi podobný spôsob spočíva v rozpustení anhydridu tejto kyseliny vo vode: dichlór uhoľnatého, Cl ₂ O:

Cl ₂ O (g) + H ₂ O (l) ↔ 2HClO (aq)

Opäť neexistuje žiadny spôsob, ako izolovať čistý HClO, pretože odparovanie vody sa posunúť rovnováhu k tvorbe Cl _2, O, plyn, ktorý unikne z vody.

Na druhej strane je možné pripraviť koncentrovanejšie roztoky HClO (20%) s použitím oxidu ortutnatého, HgO. Aby sa to dosiahlo, chlór sa rozpustí v objeme vody práve pri svojom bode mrazu tak, že sa získa chlórovaný ľad. Potom sa ten istý ľad premieša a keď sa topí, mieša sa s HgO:

2cl ₂ + HgO + 12H ₂ O → 2HClO + HgCI ₂ + 11 H ₂ O

20% roztok HCI sa môže nakoniec destilovať vo vákuu.

elektrolýza

Jednoduchšou a bezpečnejšou metódou prípravy roztokov kyseliny chlórnej je použitie soľanky ako suroviny namiesto chlóru. Soľanky sú bohaté na chloridové anióny, Cl ^- , ktorý prostredníctvom procesu elektrolýzy sa môžu oxidovať na Cl ₂ :

2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^-

2C ^- ↔ 2e ^- + Cl ₂

Tieto dve reakcie sa vyskytujú na anóde, kde sa vytvára chlór, ktorý sa okamžite rozpúšťa za vzniku HClO; v katódovom priestore sa voda znižuje:

2H ₂ O + 2e ^- → 2OH ^- + H ₂

Týmto spôsobom môže byť HCIO syntetizovaný v komerčnom až priemyselnom meradle; a tieto roztoky získané zo soľanky sú v skutočnosti komerčne dostupnými produktmi tejto kyseliny.

aplikácia

Všeobecné vlastnosti

HClO sa môže použiť ako oxidačné činidlo na oxidáciu alkoholov na ketóny a na syntézu chlóramínov, chlóramidov alebo chlórhydrínov (vychádzajúc z alkénov).

Všetky ostatné použitia sa však dajú zahrnúť do jedného slova: biocíd. Zabíja huby, baktérie, vírusy a neutralizuje toxíny uvoľňované patogénmi.

Imunitný systém nášho tela syntetizuje vlastný HClO pôsobením enzýmu myeloperoxidázy, ktorý pomáha bielym krvinkám eradikovať narušiteľov spôsobujúcich infekciu.

Nespočetné štúdie naznačujú rôzne mechanizmy pôsobenia HClO na biologickú matricu. Toto daruje svoj atóm chlóru aminoskupinám určitých proteínov a tiež oxiduje ich SH skupiny prítomné v disulfidových mostíkoch SS, čo vedie k ich denaturácii.

Podobne zastavuje replikáciu DNA reakciou s dusíkatými bázami, ovplyvňuje úplnú oxidáciu glukózy a môže tiež deformovať bunkovú membránu. Všetky tieto akcie nakoniec spôsobia, že baktérie zomrú.

Dezinfekcia a čistenie

Preto sa roztoky HClO nakoniec používajú na:

- Liečba infekčných a gangrenóznych rán

-Dezinfikujte zásoby vody

- stabilizačné činidlo pre chirurgický materiál alebo nástroje používané vo veterinárnej medicíne, medicíne a zubnom lekárstve

-Dezinfekčný prostriedok akéhokoľvek typu povrchu alebo predmetu všeobecne: tyče, zábradlia, kávovary, keramika, sklenené stoly, laboratórne pulty, atď.

- Syntetizujte chlóramíny, ktoré slúžia ako menej agresívne antibiotiká, ale zároveň trvanlivejšie, špecifickejšie a stabilnejšie ako samotný HClO

riziká

Roztoky HClO môžu byť nebezpečné, ak sú vysoko koncentrované, pretože môžu prudko reagovať s druhmi náchylnými na oxidáciu. Okrem toho majú tendenciu uvoľňovať plynný chlór, keď je destabilizovaný, a preto sa musia skladovať pod prísnym bezpečnostným protokolom.

HClO je tak reaktívny voči choroboplodným zárodkom, že tam, kde je napojený, okamžite zmizne, bez toho, že by neskôr predstavoval riziko pre tých, ktorí sa dotýkajú ním ošetrených povrchov. To isté sa deje vo vnútri organizmu: rýchlo sa rozkladá alebo je neutralizovaný akýmkoľvek druhom v biologickom prostredí.

Ak je generovaný samotným telom, dá sa predpokladať, že dokáže tolerovať nízke koncentrácie HClO. Ak je však vysoko koncentrovaný (používa sa na syntetické účely a nie na dezinfekčné prostriedky), môže mať nežiaduce účinky aj napadnutím zdravých buniek (napríklad kože).

Referencie

1. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
2. Gottardi, W., Debabov, D., & Nagl, M. (2013). N-chlóramíny, sľubná skupina dobre tolerovaných lokálnych antiinfekčných liekov. Antimikrobiálne látky a chemoterapia, 57 (3), 1107–1114. doi: 10,1128 / AAC.02132-12
3. Autor: Jeffrey Williams, Eric Rasmussen a Lori Robins. (06.10.2017). Kyselina chlórna: Využitie vrodenej reakcie. Obnovené z: infekcecontrol.tips
4. Hydro Instruments. (SF). Základná chémia chlóru. Získané z: hydroinstruments.com
5. Wikipedia. (2019). Kyselina chlórna. Obnovené z: en.wikipedia.org
6. Serhan Sakarya a kol. (2014). Kyselina chlórna: Ideálny prostriedok na ošetrovanie rán s účinnou mikrobicídnou, antibiofilmovou a hojivou schopnosťou rany. HMP rany. Obnovené z: woundsresearch.com
7. PrebChem. (2016). Príprava kyseliny chlórnej. Získané z: prepchem.com