KWAS PODCHLORAWY (HCLO): BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA, SYNTEZA - CHEMIA - 2026

Kwas podchlorawy jest nieorganiczny związek o wzorze chemicznym HCIO. Odpowiada najmniej utlenionemu z oksokwasów chloru, ponieważ zawiera tylko jeden atom tlenu. Z niego pochodzą anion podchlorynowy ClO ^- i jego sole, szeroko stosowane jako komercyjne środki do dezynfekcji wody.

HClO jest najsilniejszym środkiem utleniającym i przeciwbakteryjnym, który powstaje, gdy gazowy chlor rozpuszcza się w wodzie. Jego działanie antyseptyczne jest znane od ponad wieku, jeszcze zanim roztwory chloru zostały użyte do czyszczenia ran żołnierzy podczas I wojny światowej.

Cząsteczka kwasu podchlorawego reprezentowana przez model kija i kulki. Źródło: Ben Mills i Jynto

Jego odkrycie faktycznie datuje się na rok 1834, przez francuskiego chemika Antoine Jérôme Balarda, który dokonał częściowego utlenienia chloru przez barbotowanie go w wodnej zawiesinie tlenku rtęci, HgO. Od tamtej pory jest stosowany jako środek dezynfekujący i przeciwwirusowy.

Z chemicznego punktu widzenia HClO jest utleniaczem, który oddaje swój atom chloru innym cząsteczkom; to znaczy, dzięki niemu mogą być syntetyzowane związki chlorowane, będące chloroaminami o wielkim znaczeniu w opracowywaniu nowych antybiotyków.

W latach siedemdziesiątych XX wieku odkryto, że organizm jest w stanie naturalnie wytwarzać ten kwas poprzez działanie enzymu mieloperoksydazy; enzym działający na nadtlenki i aniony chlorkowe podczas fagocytozy. W ten sposób z tego samego organizmu może się wyłonić ten „zabójca” intruzów, ale na nieszkodliwą skalę dla własnego dobra.

Struktura

Górny obraz przedstawia strukturę HClO. Zauważ, że wzór jest sprzeczny ze strukturą: cząsteczką jest HO-Cl, a nie H-Cl-O; jednak ten drugi jest zwykle preferowany, aby móc go bezpośrednio porównać z jego bardziej utlenionymi odpowiednikami: HClO ₂ , HClO ₃ i HClO ₄ .

Struktura chemiczna kwasu podchlorawego.

Uwalniany przez HClO kwaśny wodór H ⁺ znajduje się w grupie OH przyłączonej do atomu chloru. Należy również zwrócić uwagę na znaczne różnice w długości wiązań OH i Cl-O, przy czym to ostatnie jest najdłuższe ze względu na mniejszy stopień nakładania się orbitali chloru, bardziej rozproszone, z orbitaliami tlenu.

Cząsteczka HOCl ledwo pozostaje stabilna w normalnych warunkach; Nie można go wyodrębnić z jego wodnych roztworów bez nieproporcjonalności lub uwolnienia jako gazowy chlor, Cl ₂ .

Dlatego nie ma bezwodnych kryształów (nawet ich hydratów) kwasu podchlorawego; Do tej pory nic nie wskazuje na to, że można je przygotować ekstrawaganckimi metodami. Gdyby mogły się krystalizować, cząsteczki HClO oddziaływałyby ze sobą poprzez swoje stałe dipole (ładunki ujemne zorientowane na tlen).

Nieruchomości

Kwasowość

HClO to kwas monoprotonowy; to znaczy, możesz przekazać tylko jeden H ⁺ do ośrodka wodnego (czyli tam, gdzie powstaje):

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

Z tego równania równowagi wynika, że ​​spadek jonów H ₃ O ⁺ (wzrost zasadowości ośrodka) sprzyja tworzeniu się większej ilości anionów podchlorynowych, ClO ^- . W konsekwencji, jeśli roztwór ClO ^- ma być względnie stabilny, pH musi być zasadowe, co osiąga się za pomocą NaOH.

Jego stała dysocjacji pKa sprawia, że ​​wątpliwe jest, aby HClO był słabym kwasem. Dlatego obchodząc się z nim w stężeniu, nie należy martwić się tak bardzo o jony H ₃ O ⁺ , ale o sam HClO (biorąc pod uwagę jego wysoką reaktywność, a nie korozyjność).

Środek utleniający

Wspomniano, że atom chloru w HClO ma stopień utlenienia +1. Oznacza to, że prawie nie wymaga wzmocnienia pojedynczego elektronu, aby powrócić do stanu podstawowego (Cl ⁰ ) i móc utworzyć cząsteczkę Cl ₂ . W konsekwencji HClO zostanie zredukowany do Cl ₂ i H ₂ O, utleniając inne gatunki szybciej w porównaniu z tym samym Cl ₂ lub ClO ^- :

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

Ta reakcja już pozwala nam zobaczyć, jak stabilny jest HClO w jego roztworach wodnych.

Jego moc utleniająca jest mierzona nie tylko tworzeniem się Cl ₂ , ale także zdolnością do oddawania atomu chloru. Na przykład może reagować z formami azotu (w tym amoniakiem i zasadami azotowymi), tworząc chloroaminy:

HClO + NH → N-Cl + H ₂ O

Należy zauważyć, że wiązanie NH jest uszkodzony, grupy aminowej (-NH ₂ ), w przeważającej części, i zostaje zastąpiony przez N-Cl. To samo dzieje się z wiązaniami OH grup hydroksylowych:

HClO + OH → O-Cl + H ₂ O

Reakcje te są kluczowe i wyjaśniają dezynfekujące i przeciwbakteryjne działanie HClO.

Stabilność

HClO jest niestabilne prawie wszędzie, gdzie na niego spojrzysz. Na przykład anion podchlorynowy jest nieproporcjonalny w formach chloru o stopniach utlenienia -1 i +5, bardziej stabilny niż +1 w HClO (H ⁺ Cl ⁺ O ^2- ):

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

Ta reakcja ponownie przesunęłaby równowagę w kierunku zaniku HClO. Podobnie HClO uczestniczy bezpośrednio w równowadze równoległej z wodą i gazowym chlorem:

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

Dlatego próba podgrzania roztworu HClO w celu jego zatężenia (lub izolacji) prowadzi do wytworzenia Cl ₂ , który jest identyfikowany jako żółty gaz. Podobnie roztwory te nie mogą być zbyt długo wystawiane na działanie światła ani na obecność tlenków metali, ponieważ rozkładają Cl ₂ (jeszcze bardziej znika HClO):

2Cl ₂ + 2H ₂ o → 4HCl + O ₂

HCl reaguje z HClO, aby wytworzyć więcej Cl ₂ :

HClO + HCl → Cl ₂ + H ₂ O

I tak dalej, aż nie będzie już HClO.

Synteza

Woda i chlor

Jedna z metod przygotowania lub syntezy kwasu podchlorawego została już w sposób dorozumiany wyjaśniona: przez rozpuszczenie gazowego chloru w wodzie. Inna dość podobna metoda polega na rozpuszczeniu bezwodnika tego kwasu w wodzie: monotlenku dichloro, Cl ₂ O:

Cl ₂ O (g) + H ₂ O (l) ↔ 2 HClO (aq)

Ponownie nie ma sposobu, aby wyizolować czysty HClO, ponieważ odparowanie wody spowodowałoby przesunięcie równowagi do powstania Cl ₂ O, gazu, który uciekałby z wody.

Z drugiej strony możliwe było przygotowanie bardziej stężonych roztworów HClO (20%) przy użyciu tlenku rtęci, HgO. Aby to zrobić, chlor rozpuszcza się w pewnej objętości wody tuż w punkcie zamarzania, w taki sposób, że otrzymuje się chlorowany lód. Następnie ten sam lód jest mieszany i gdy się topi, miesza się z HgO:

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

Na koniec można destylować 20% roztwór HClO pod próżnią.

Elektroliza

Prostszą i bezpieczniejszą metodą przygotowania roztworów kwasu podchlorawego jest użycie solanek jako surowca zamiast chloru. Solanki są bogate w aniony chlorkowe, Cl ^- , które w procesie elektrolizy mogą zostać utlenione do Cl ₂ :

2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^-

2Cl ^- ↔ 2e ^- + Cl ₂

Te dwie reakcje zachodzą na anodzie, gdzie wytwarzany jest chlor, który natychmiast rozpuszcza się, tworząc HClO; podczas gdy w przedziale katodowym woda jest redukowana:

2H ₂ O + 2e ^- → 2OH ^- + H ₂

W ten sposób HClO można syntetyzować na skalę handlową lub przemysłową; a te roztwory otrzymane z solanek są w rzeczywistości komercyjnie dostępnymi produktami tego kwasu.

Aplikacje

Główne cechy

HClO może być stosowany jako środek utleniający do utleniania alkoholi do ketonów oraz do syntezy chloroamin, chloroamidów lub chlorohydryn (począwszy od alkenów).

Jednak wszystkie inne zastosowania można ująć jednym słowem: biocyd. Jest zabójcą grzybów, bakterii, wirusów oraz neutralizatorem toksyn uwalnianych przez patogeny.

Układ odpornościowy naszego organizmu syntetyzuje własny HClO poprzez działanie enzymu mieloperoksydazy, pomagając białym krwinkom w zwalczaniu intruzów, którzy powodują infekcję.

Liczne badania sugerują różne mechanizmy działania HClO na matrycę biologiczną. To przekazuje swój atom chloru grupom aminowym niektórych białek, a także utlenia ich grupy SH obecne w mostkach dwusiarczkowych SS, powodując ich denaturację.

Podobnie, hamuje replikację DNA, reagując z zasadami azotowymi, wpływa na całkowite utlenianie glukozy, a także może deformować błonę komórkową. Wszystkie te działania powodują śmierć zarazków.

Dezynfekcja i czyszczenie

Dlatego rozwiązania HClO są wykorzystywane do:

-Leczenie ran zakaźnych i zgorzelinowych

-Dezynfekuj źródła wody

-Środek sterylizujący materiał chirurgiczny lub narzędzia stosowane w weterynarii, medycynie i stomatologii

-Dezynfekujący wszelkiego rodzaju powierzchnie lub przedmioty ogólnie: bary, poręcze, ekspresy do kawy, ceramika, szklane stoły, lady laboratoryjne itp.

-Syntetyzuj chloroaminy, które służą jako mniej agresywne antybiotyki, ale jednocześnie trwalsze, specyficzne i stabilne niż sam HClO

Ryzyka

Roztwory HClO mogą być niebezpieczne, jeśli są silnie stężone, ponieważ mogą gwałtownie reagować z substancjami podatnymi na utlenianie. Ponadto w przypadku destabilizacji mają tendencję do uwalniania gazowego chloru, dlatego muszą być przechowywane zgodnie z rygorystycznym protokołem bezpieczeństwa.

HClO jest tak reaktywny w stosunku do zarazków, że gdy jest podlewany, znika natychmiastowo, nie stwarzając później zagrożenia dla tych, którzy dotkną traktowanych przez niego powierzchni. To samo dzieje się w organizmie: szybko się rozkłada lub jest neutralizowany przez dowolny gatunek w środowisku biologicznym.

Przypuszcza się, że gdy jest wytwarzany przez sam organizm, może tolerować niskie stężenia HClO. Jednakże, jeśli jest silnie skoncentrowany (używany do celów syntetycznych, a nie środków dezynfekujących), może mieć niepożądane skutki, atakując również zdrowe komórki (na przykład skóry).

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
2. Gottardi, W., Debabov, D. i Nagl, M. (2013). N-chloraminy, obiecująca klasa dobrze tolerowanych miejscowych środków przeciwinfekcyjnych. Środki przeciwbakteryjne i chemioterapia, 57 (3), 1107–1114. doi: 10.1128 / AAC.02132-12
3. Autorzy: Jeffrey Williams, Eric Rasmussen i Lori Robins. (06 października 2017). Kwas podchlorawy: wykorzystywanie odpowiedzi wrodzonej. Odzyskany z: Infekcjacontrol.tips
4. Instrumenty wodne. (sf). Podstawy chemii chlorowania. Odzyskany z: hydroinstruments.com
5. Wikipedia. (2019). Kwas podchlorawy. Odzyskane z: en.wikipedia.org
6. Serhan Sakarya i in. (2014). Kwas podchlorawy: idealny środek do pielęgnacji ran o silnym działaniu bakteriobójczym, antybiofilmowym i gojeniu ran. Rany HMP. Odzyskany z: woundsresearch.com
7. PrebChem. (2016). Przygotowanie kwasu podchlorawego. Odzyskany z: prepchem.com