KWAS CYJANOWODOROWY: BUDOWA MOLEKULARNA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2025

Kwas cyjanowodorowy, cyjanek lub atom wodoru jest związkiem organicznym, którego wzór chemiczny jest HCN. Znany jest również jako metanonitryl lub formonitryl, a jeszcze kilka lat temu jako kwas pruski, chociaż w rzeczywistości jest to inny związek.

Kwas cyjanowodorowy jest niezwykle trującym, bezbarwnym gazem otrzymywanym w wyniku obróbki cyjanków kwasami. Kwas ten znajduje się w nasionach brzoskwiń, znanych również w wielu miejscach jako brzoskwinie.

Nasiona brzoskwini, które zawierają kwas cyjanowodorowy lub cyjanowodór HCN. An.ha. Źródło: Wikipedia Commons.

W temperaturze otoczenia poniżej 25 ° C jest cieczą, a powyżej tej temperatury jest gazem. W obu przypadkach jest niezwykle toksyczny dla ludzi, zwierząt, a nawet większości nie zaaklimatyzowanych do niego mikroorganizmów. Jest dobrym rozpuszczalnikiem dla jonów. Jest bardzo niestabilny, ponieważ łatwo ulega polimeryzacji.

Występuje w królestwie roślin włączonym do cząsteczek niektórych glikozydów, ponieważ po hydrolizie przez enzymy roślinne otrzymuje się HCN, glukozę i benzaldehyd.

Te glikozydy znajdują się w nasionach niektórych owoców, takich jak brzoskwinie, morele, wiśnie, śliwki oraz w gorzkich migdałach, więc nigdy nie powinny być spożywane.

Występuje również w glikozydach roślinnych, takich jak niektóre rodzaje sorgo. Ponadto niektóre bakterie wytwarzają go podczas metabolizmu. Wykorzystywany jest głównie do produkcji polimerów oraz w niektórych procesach metalurgicznych.

HCN jest śmiertelną trucizną przy wdychaniu, spożyciu i kontakcie. Występuje w dymie papierosowym oraz w dymie z pożarów tworzyw sztucznych i materiałów zawierających węgiel i azot. Jest uważany za zanieczyszczenie atmosfery, ponieważ powstaje podczas spalania materiału organicznego na dużych obszarach planety.

Struktura molekularna i konfiguracja elektroniczna

Cyjanowodór lub cyjanowodór jest kowalencyjnym, cząsteczkowym związkiem z jednym atomem wodoru, jednego węgla i jednego atomu azotu.

Atom węgla i atom azotu mają wspólne 3 pary elektronów, więc tworzą potrójne wiązanie. Wodór jest związany z węglem, który przy tym wiązaniu ma wartość cztero-elektronową i pełny bajt elektronu.

Azot ma wartościowość równą pięć i, aby uzupełnić swój oktet, ma parę niesparowanych lub pojedynczych elektronów umieszczonych z boku.

HCN jest zatem całkowicie liniową cząsteczką, z niesparowaną parą elektronów umieszczoną bocznie na azocie.

Reprezentacja Lewisa kwasu cyjanowodorowego, w której obserwuje się elektrony wspólne w każdym wiązaniu i samotną parę elektronów azotu. Autor: Marilú Stea.

Struktura kwasu cyjanowodorowego lub cyjanowodoru, w którym obserwuje się potrójne wiązanie między węglem a azotem. Autor: Marilú Stea.

Nomenklatura

- Kwas cyjanowodorowy

- Cyjanowodór

- Metanonitryl

- Formonitryl

- Kwas cyjanowodorowy

Nieruchomości

Stan fizyczny

Poniżej 25,6 ° C, jeśli jest bezwodny i stabilizowany, jest to bezbarwna lub bladoniebieska ciecz, która jest bardzo niestabilna i toksyczna. Jeśli jest powyżej tej temperatury, jest to niezwykle trujący, bezbarwny gaz.

Waga molekularna

27,03 g / mol

Temperatura topnienia

-13,28 ° C

Temperatura wrzenia

25,63 ºC (pamiętaj, że wrze tuż powyżej temperatury pokojowej).

Temperatura zapłonu

-18 ºC (metoda zamkniętego tygla)

Temperatura samozapłonu

538 ºC

Gęstość

0,6875 g / cm ³ w 20 ºC

Rozpuszczalność

Całkowicie mieszalny z wodą, alkoholem etylowym i eterem etylowym.

Stała dysocjacji

K = 2,1 x ^10-9

pK _a = 9,2 (jest to bardzo słaby kwas)

Niektóre właściwości chemiczne

HCN ma bardzo wysoką stałą dielektryczną (107 do 25 ºC). Dzieje się tak, ponieważ jego cząsteczki są bardzo polarne i łączą się poprzez wiązania wodorowe, jak w przypadku wody H ₂ O.

Ze względu na tak wysoką stałą dielektryczną HCN okazuje się być dobrym rozpuszczalnikiem jonizującym.

Płynny bezwodny HCN jest bardzo niestabilny, ma tendencję do gwałtownej polimeryzacji. Aby tego uniknąć, dodaje się stabilizatory, takie jak niewielki procent H ₂ SO ₄ .

W roztworze wodnym, w obecności amoniaku i pod wysokim ciśnieniem, tworzy adeninę, związek będący częścią DNA i RNA, czyli cząsteczką ważną biologicznie.

Jest to bardzo słaby kwas, ponieważ jego stała jonizacji jest bardzo mała, więc jonizuje on w wodzie tylko częściowo, dając anion cyjanku CN ^- . Tworzy sole z zasadami, ale nie z węglanami.

Jego wodne roztwory niechronione przed światłem rozkładają się powoli tworząc mrówczan amonu HCOONH ₄ .

W roztworze ma słaby zapach migdałów.

Korozyjność

Ponieważ jest to słaby kwas, generalnie nie powoduje korozji.

Jednak wodne roztwory HCN zawierające kwas siarkowy jako stabilizator silnie atakują stal w temperaturach powyżej 40 ° C i stal nierdzewną w temperaturach powyżej 80 ° C.

Ponadto rozcieńczone wodne roztwory HCN mogą powodować naprężenia stali węglowej nawet w temperaturze pokojowej.

Może również atakować niektóre rodzaje gum, tworzyw sztucznych i powłok.

Lokalizacja w przyrodzie

Występuje stosunkowo obficie w królestwie roślin jako część glikozydów.

Na przykład, jest generowany Amigdalina C ₆ H ₅ -CH (-CN) -O-glukozo-O-glukoza, związek obecny gorzkich migdałów. Amygdalina jest cyjanogennym beta-glukozydem, ponieważ po hydrolizie tworzy dwie cząsteczki glukozy, jedną z benzaldehydu i jedną z HCN. Enzym, który je uwalnia, to beta-glukoksydaza.

Amigdalinę można znaleźć w nasionach brzoskwiń, moreli, gorzkich migdałów, wiśni i śliwek.

Niektóre rodzaje roślin sorgo zawierają cyjanogenny glukozyd zwany durryną (tj. P-hydroksy- (S) -mandelonitryl-beta-D-glukozyd). Związek ten można rozkładać w dwuetapowej hydrolizie enzymatycznej.

Po pierwsze, enzym durrynaza, który jest endogenny w roślinach sorgo, hydrolizuje go do glukozy i p-hydroksy- (S) -mandelonitrylu. Ten ostatni jest następnie szybko przekształcany w wolny HCN i p-hydroksybenzaldehyd.

Roślina sorgo o wysokiej zawartości durryny. Nie podano autora do odczytu maszynowego. Zakładał Pethan (na podstawie roszczeń dotyczących praw autorskich). . Źródło: Wikipedia Commons.

HCN odpowiada za odporność roślin sorgo na szkodniki i patogeny.

Wyjaśnia to fakt, że durrin i enzym durrinaza mają różne lokalizacje w tych roślinach i wchodzą w kontakt tylko wtedy, gdy tkanki są uszkodzone lub zniszczone, uwalniając HCN i chroniąc roślinę przed infekcjami, które mogłyby przeniknąć przez uszkodzoną część. .

Cząsteczka Durrin, w której obserwuje się potrójne wiązanie CN, które w wyniku hydrolizy enzymatycznej wytwarza HCN. Edgar181. Źródło: Wikipedia Commons.

Ponadto niektóre ludzkie bakterie chorobotwórcze, takie jak Pseudomonas aeruginosa i P. gingivalis, wytwarzają ją podczas swojej aktywności metabolicznej.

Aplikacje

Do otrzymywania innych związków chemicznych i polimerów

Zastosowanie, które obejmuje większość HCN wytwarzanych na poziomie przemysłowym, to przygotowanie półproduktów do syntezy organicznej.

Wykorzystywany jest w syntezie adyponitrylu NC- (CH ₂ ) ₄ -CN, z którego wytwarza się nylon lub nylon, czyli poliamid. Służy również do przygotowania akrylonitrylu lub cyjanoetylenu CH ₂ = CH-CN, z których wytwarza się włókna akrylowe i tworzywa sztuczne.

Jego pochodna cyjanek sodu NaCN służy do odzyskiwania złota w wydobyciu tego metalu.

Inna z jego pochodnych, chlorek cyjanu ClCN, jest używany w formułach pestycydów.

HCN służy do otrzymywania czynników chelatujących, takich jak EDTA (etylenodiaminotetraoctan).

Służy do produkcji żelazocyjanków i niektórych produktów farmaceutycznych.

Różne zastosowania

Gaz HCN jest stosowany jako środek owadobójczy, grzybobójczy i dezynfekujący do odymiania statków i budynków. Również do odkażania mebli w celu ich przywrócenia.

HCN jest stosowany w polerowaniu metali, elektroosadzaniu metali, procesach fotograficznych i procesach metalurgicznych.

Ze względu na wyjątkowo wysoką toksyczność został uznany za chemiczny środek bojowy.

W rolnictwie

W sadach był używany jako herbicyd i pestycyd. Był używany do zwalczania łusek i innych patogenów na drzewach cytrusowych, ale niektóre z tych szkodników stały się odporne na HCN.

Służy również do fumigacji silosów zbożowych. Przygotowany na miejscu gaz HCN został użyty do fumigacji ziaren pszenicy w celu zabezpieczenia ich przed szkodnikami, takimi jak owady, grzyby i gryzonie. W tym celu istotne jest, aby nasiona, które mają być poddane fumigacji, tolerowały środek pestycydowy.

Testy przeprowadzono poprzez fumigację nasion pszenicy HCN i stwierdzono, że nie wpływa to negatywnie na ich potencjał kiełkowania, a raczej wydaje się mu sprzyjać.

Jednak wysokie dawki HCN mogą znacznie zmniejszyć długość małych liści wyrastających z nasion.

Z drugiej strony, ze względu na to, że jest silnym nematocydem, a niektóre rośliny sorgo mają go w swoich tkankach, badane są możliwości wykorzystania sorgo jako biobójczego zielonego nawozu.

Jego zastosowanie służyłoby poprawie gleby, zwalczaniu chwastów oraz zwalczaniu chorób i szkód powodowanych przez fitopasożytnicze nicienie.

Ryzyka

HCN jest śmiertelną trucizną dla ludzi na wszystkich drogach: przez wdychanie, połknięcie i kontakt.

Autor: Clker-Free-Vector-Images. Źródło: Pixabay.

Wdychanie może być śmiertelne. Szacuje się, że około 60-70% populacji może wykryć gorzki migdałowy zapach HCN, gdy znajduje się on w powietrzu w stężeniu 1-5 ppm.

Ale jest 20% populacji, które nie mogą go wykryć nawet w śmiertelnych stężeniach, ponieważ nie są do tego genetycznie niezdolni.

Połknięty jest trucizną o ostrym i natychmiastowym działaniu.

Jeśli ich roztwory wejdą w kontakt ze skórą, związany z nimi cyjanek może być śmiertelny.

HCN jest obecny w dymie papierosowym i wytwarzanym podczas spalania tworzyw sztucznych zawierających azot.

Mechanizm śmiertelnego działania w organizmie

Jest chemicznym środkiem duszącym i jest szybko toksyczny, często prowadząc do śmierci. Po wejściu do organizmu wiąże się z metaloenzymami (enzymami zawierającymi jon metalu), inaktywując je. Jest substancją toksyczną dla różnych narządów ludzkiego ciała

Jego główne działanie toksyczne polega na hamowaniu oddychania komórkowego, ponieważ dezaktywuje enzym wpływający na fosforylację w mitochondriach, czyli organellach, które między innymi wpływają na oddychanie komórek.

Ryzyko dymu papierosowego

HCN jest obecny w dymie papierosowym.

Chociaż wiele osób zna zatrucie HCN, niewiele osób zdaje sobie sprawę, że są narażone na jego szkodliwe działanie poprzez dym papierosowy.

HCN jest jedną z przyczyn zahamowania aktywności kilku komórkowych enzymów oddechowych. Ilość HCN obecna w dymie papierosowym ma szczególnie szkodliwy wpływ na układ nerwowy.

Stwierdzono, że poziomy HCN w dymie papierosowym wynoszą od 10 do 400 μg na papierosa w przypadku bezpośrednio wdychanego dymu i od 0,006 do 0,27 μg / papieros w przypadku inhalacji wtórnej (bierne palenie). HCN wywołuje efekty toksyczne od 40 µM wzwyż.

Autor: Alexas Fotos. Źródło: Pixabay.

Wdychany szybko dostaje się do krwiobiegu, gdzie jest uwalniany do osocza lub wiąże się z hemoglobiną. Niewielka część jest przekształcana w tiocyjanian i wydalana z moczem.

Ryzyko ogrzania HCN

Długotrwałe narażenie na ciepło ciekłego HCN w zamkniętych pojemnikach może spowodować nieoczekiwane gwałtowne pęknięcie pojemników. Może polimeryzować wybuchowo w temperaturze 50-60ºC w obecności śladów alkaliów i przy braku inhibitorów.

Obecność HCN w dymie pożarowym

HCN jest uwalniany podczas spalania polimerów zawierających azot, takich jak między innymi wełna, jedwab, poliakrylonitryle i nylon. Materiały te są obecne w naszych domach oraz w większości miejsc aktywności człowieka.

Z tego powodu podczas pożarów HCN może być potencjalnie przyczyną śmierci przez wdychanie.

Zanieczyszczenie atmosfery

HCN jest substancją zanieczyszczającą troposferę. Jest odporny na fotolizę iw otaczających warunkach atmosferycznych nie ulega hydrolizie.

Rodniki hydroksylowe OH • wytworzone fotochemicznie mogą reagować z HCN, ale reakcja jest bardzo powolna, dlatego okres półtrwania HCN w atmosferze wynosi 2 lata.

Podczas spalania biomasy, zwłaszcza torfu, HCN jest uwalniany do atmosfery, a także podczas działalności przemysłowej. Jednak spalanie torfu jest od 5 do 10 razy bardziej zanieczyszczające niż spalanie innych rodzajów biomasy.

Niektórzy badacze odkryli, że wysokie temperatury i susza wywołane zjawiskiem El Niño na niektórych obszarach planety nasilają sezonowe pożary na obszarach o dużej zawartości rozłożonej materii roślinnej.

Autor: Steve Buissinne. Źródło: Pixabay.

Prowadzi to do intensywnego spalania biomasy w porze suchej.

Zdarzenia te są źródłem wysokich stężeń HCN w troposferze, które ostatecznie są transportowane do niższych warstw stratosfery i pozostają przez bardzo długi czas.

Bibliografia

1. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
2. Amerykańska Narodowa Biblioteka Medyczna. (2019). Cyjanowodór. Odzyskany z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Gidlow, D. (2017). Cyjanowodór - aktualizacja. Medycyna Pracy 2017; 67: 662-663. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
4. Encyklopedia naukowa Van Nostranda. (2005). Cyjanowodór. 9 ^th Odzyskany z onlinelibrary.wiley.com.
5. Ren, Y.-L. et al. (1996). Wpływ cyjanowodoru i siarczku karbonylu na kiełkowanie i wigor pszenicy. Pestycydowe. Sci.1996, 47, 1-5. Odzyskany z onlinelibrary.wiley.com.
6. De Nicola, GR i in. (2011). Prosta metoda analityczna do oceny zawartości Dhurryny w roślinach cyjanogennych pod kątem ich wykorzystania w paszy i biofumigacji. J. Agric. Food Chem.2011, 59, 8065-8069. Odzyskany z pubs.acs.org.
7. Sheese, PE i in. (2017). Globalne zwiększenie stężenia cyjanowodoru w niższych warstwach stratosfery w 2016 r. Geophys. Res. Lett., 44, 5791-5797. Odzyskany z agupubs.onlinelibrary.wiley.com.
8. Surleva, AR i Drochioiu, G. (2013). Wizualizacja zagrożenia paleniem: proste spektrofotometryczne oznaczanie cyjanowodoru w dymie papierosowym i filtrach. J. Chem, Educ. 2013, 90, 1654-1657. Odzyskany z pubs.acs.org.
9. Alarie, Y. i in. (1990). Rola cyjanowodoru w śmierci ludzi w ogniu. W ogniu i polimerach. Rozdział 3. Seria sympozjów ACS. Odzyskany z pubs.acs.org.