KWAS JODOWODOROWY (HI): BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIE - CHEMIA - 2025

Kwas jodowodorowy jest wodnym roztworem jodku wodoru, który charakteryzuje się wysoką kwasowość. Definicja bliższa terminologii chemicznej i IUPAC polega na tym, że jest to wodorek, którego wzór chemiczny to HI.

Jednak aby odróżnić go od cząsteczek gazowego jodowodoru, HI (g) jest oznaczony jako HI (aq). Z tego powodu w równaniach chemicznych ważne jest, aby zidentyfikować ośrodek lub fazę fizyczną, w której znajdują się reagenty i produkty. Mimo to powszechne jest mylenie jodowodoru z kwasem jodowodorowym.

Jony kwasu jodowodorowego. Źródło: Gabriel Bolívar.

Jeśli zaobserwuje się cząsteczki zaangażowane w ich tożsamość, zauważalne będą różnice między HI (g) i HI (ac). W HI (g) występuje wiązanie HI; podczas gdy w HI (ac) są w rzeczywistości parą jonów I ^- i H ₃ O ⁺ oddziałujących elektrostatycznie (górne zdjęcie).

Z drugiej strony, HI (ac) jest źródłem HI (g), ponieważ pierwszy jest przygotowywany przez rozpuszczenie drugiego w wodzie. Z tego powodu, o ile nie występuje w równaniu chemicznym, HI może być również używany w odniesieniu do kwasu jodowodorowego. HI jest silnym środkiem redukującym i doskonałym źródłem jonów I ^- w środowisku wodnym.

Struktura kwasu jodowodorowego

Kwas jodowodorowy, jak właśnie wyjaśniono, składa się z roztworu HI w wodzie. Będąc w wodzie, cząsteczki HI ulegają całkowitej dysocjacji (silny elektrolit), tworząc jony I ^- i H ₃ O ⁺ . Dysocjację tę można przedstawić za pomocą następującego równania chemicznego:

HI (g) + H ₂ O (l) => I ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq)

Co byłoby równoważne, gdyby zostało zapisane jako:

HI (g) + H ₂ O (l) => HI (aq)

Jednak HI (ac) w ogóle nie ujawnia tego, co stało się z cząsteczkami gazowego HI; wskazuje tylko, że są w środowisku wodnym.

Dlatego prawdziwa struktura HI (ac) składa się z jonów I ^- i H ₃ O ⁺ otoczonych cząsteczkami wody, które je nawilżają; im bardziej stężony kwas jodowodorowy, tym mniejsza liczba nieprotonowanych cząsteczek wody.

Faktycznie, komercyjnie stężenie HI w wodzie wynosi od 48 do 57%; bardziej stężony byłby równoważny z posiadaniem kwasu, który jest zbyt dymiący (a nawet bardziej niebezpieczny).

Na zdjęciu widać, że anion I ^- jest reprezentowany przez fioletową kulę, a H ₃ O ⁺ z białymi i czerwonymi kulkami dla atomu tlenu. Kation H ₃ O ⁺ ma geometrię molekularną piramidy trygonalnej (widzianej z wyższej płaszczyzny na zdjęciu).

Nieruchomości

Opis fizyczny

Bezbarwna ciecz; ale może mieć żółtawe i brązowe odcienie, jeśli jest w bezpośrednim kontakcie z tlenem. Dzieje się tak, ponieważ jony I ^- utleniają się do jodu cząsteczkowego I ₂ . Jeśli jest dużo I ₂ , jest bardziej niż prawdopodobne, że ^powstaje trójjodkowy anion I ₃ ^- , który zmienia kolor na brązowy.

Masa cząsteczkowa

127,91 g / mol.

Zapach

Akr.

Gęstość

Gęstość wynosi 1,70 g / ml dla 57% roztworu HI; ponieważ gęstości różnią się w zależności od różnych stężeń HI. Przy tym stężeniu tworzy się azeotrop (jest destylowany jako pojedyncza substancja, a nie jako mieszanina), którego względna stabilność może wynikać z jego komercjalizacji w stosunku do innych roztworów.

Temperatura wrzenia

Azeotrop o stężeniu 57% HI wrze w temperaturze 127 ° C pod ciśnieniem 1,03 bara (PRZEJDŹ DO ATM).

pKa

-1,78.

Kwasowość

Jest to niezwykle mocny kwas, do tego stopnia, że ​​powoduje korozję wszystkich metali i tkanin; nawet dla gum.

Dzieje się tak, ponieważ wiązanie HI jest bardzo słabe i łatwo pęka podczas jonizacji w wodzie. Ponadto wiązania wodorowe I ^- - HOH ₂ ⁺ są słabe, więc nie ma nic, co mogłoby zakłócać reakcję H ₃ O ⁺ z innymi związkami; to znaczy, że H ₃ O ⁺ stało się „wolne”, podobnie jak ja ^- które nie przyciąga swojego przeciwjonu ze zbyt dużą siłą.

Środek redukujący

HI jest silnym środkiem redukującym, którego głównym produktem reakcji jest I ₂ .

Nomenklatura

Nazewnictwo kwasu jodowodorowego wywodzi się z faktu, że jod „działa” na jednym stopniu utlenienia: -1. A także ta sama nazwa wskazuje, że ma wodę w swoim wzorze strukturalnym. To jedyna nazwa, ponieważ nie jest to czysty związek, ale rozwiązanie.

Aplikacje

Źródło jodu w syntezach organicznych i nieorganicznych

HI jest doskonałym źródłem jonów I ^- do syntezy nieorganicznej i organicznej, a także jest silnym reduktorem. Na przykład jego 57% wodny roztwór jest używany do syntezy jodków alkilu (takich jak CH ₃ CH ₂ I) z alkoholi pierwszorzędowych. Podobnie, grupę OH można zastąpić I.

Środek redukujący

Kwas jodowodorowy został użyty do redukcji np. Węglowodanów. Jeśli glukoza rozpuszczona w tym kwasie zostanie podgrzana, straci ona wszystkie swoje grupy OH, otrzymując jako produkt węglowodorowy n-heksan.

Został również wykorzystany do zredukowania grup funkcjonalnych arkuszy grafenowych, aby można było je sfunkcjonalizować na potrzeby urządzeń elektronicznych.

Cativa Process

Diagram cyklu katalitycznego dla procesu Cativa. Źródło: Ben Mills.HI jest również używany do przemysłowej produkcji kwasu octowego w procesie Cativa. Obejmuje to cykl katalityczny, w którym zachodzi karbonylowanie metanolu; to znaczy, grupę karbonylową, C = O, wprowadza się do CH ₃ OH w cząsteczce , aby przekształcić go do chlorku kwasowego ₃ COOH.

Kroki

Proces rozpoczyna się (1) od kompleksu organiczno-irydowego ^- płaskiej geometrii kwadratu. Ten związek „” otrzymuje się jodek metylowy, CH ₃ I, produkt zakwaszania CH ₃ OH HI w 57%. W tej reakcji wytwarzana jest również woda, dzięki której ostatecznie uzyskuje się kwas octowy, umożliwiając jednocześnie odzysk HI w ostatnim etapie.

Na tym etapie obie grupy –CH ₃ i –I łączą się z centrum metalu irydu (2), tworząc oktaedryczny kompleks z fasetką złożoną z trzech ligandów I. Jeden z jodów zostaje zastąpiony przez cząsteczkę tlenku węgla , CO; a teraz (3), oktaedryczny kompleks ma aspekt złożony z trzech ligandów CO.

Następnie przegrupowanie zachodzi: -CH ₃ grupa „pozwala go” Ir i wiąże się z sąsiednim CO (4), aby utworzyć grupę acetylową, -COCH ₃ . Ta grupa jest uwalniana z kompleksu irydu, aby związać się z jonami jodkowymi i dać CH ₃ COI, jodek acetylu. Tutaj odzyskuje się katalizator irydowy, gotowy do udziału w innym cyklu katalitycznym.

Ostatecznie CH ₃ COI ulega zamianie I ^- przez cząsteczkę H ₂ O, której mechanizm kończy się uwalnianiem HI i kwasu octowego.

Niedozwolone syntezy

Reakcja redukcji efedryny z kwasem jodowodorowym i czerwonym fosforem do metamfetaminy. Źródło: Methamphetamine_from_ephedrine_with_HI_ru.svg: Praca pochodna Ring0: materiałoznawca (dyskusja) Kwas jodowodorowy został użyty do syntezy substancji psychotropowych, wykorzystując jego wysoką moc redukcyjną. Na przykład w obecności czerwonego fosforu można zredukować efedrynę (lek stosowany w leczeniu astmy) do metamfetaminy (górne zdjęcie).

Można zauważyć, że podstawienie grupy OH przez I następuje najpierw, a następnie następuje drugie podstawienie przez H.

Bibliografia

1. Wikipedia. (2019). Kwas jodowodorowy. Odzyskane z: en.wikipedia.org
2. Andrews, Natalie. (24 kwietnia 2017). Zastosowania kwasu jodowodorowego. Nauka. Odzyskany z: sciencing.com
3. Alfa Aesar, Thermo Fisher Scientific. (2019). Kwas jodowodorowy. Pobrane z: alfa.com
4. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2019). Kwas jodowodorowy. Baza danych PubChem., CID = 24841. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Steven A. Hardinger. (2017). Ilustrowany słownik chemii organicznej: kwas jodowodorowy. Odzyskany z: chem.ucla.edu
6. Reusch William. (5 maja 2013). Węglowodany. Odzyskane z: 2.chemistry.msu.edu
7. W Kyu Moon, Junghyun Lee, Rodney S. Ruoff i Hyoyoung Lee. (2010). Zredukowany tlenek grafenu przez grafityzację chemiczną. DOI: 10.1038 / ncomms1067.