ХИПОХЛОРНА КИСЕЛИНА (HCLO): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИЛОЖЕНИЯ, СИНТЕЗ - ХИМИЯ - 2025

На хипохлориста киселина е неорганична съединение с формула HClO химически. Тя съответства на най-малко окислената от оксокиселините хлор, тъй като съдържа само един кислороден атом. От него те произвеждат хипохлоритния анион, ClO ^- и неговите соли, широко използвани като търговски дезинфектанти за вода.

HClO е най-силното окисляващо и антимикробно средство, което се генерира при разтваряне на хлорен газ във вода. Антисептичното му действие е известно от повече от век, още преди да се използват хлорни разтвори за почистване на раните на войниците в Първата световна война.

Молекула на хипохлорна киселина, представена от модел с топка и пръчка. Източник: Ben Mills и Jynto

Откритието му всъщност датира от 1834 г. от френския химик Антоан Йером Балард, който постигна частичното окисляване на хлора, като го барботира във водна суспензия на живачен оксид HgO. Оттогава се използва като дезинфектант и антивирусно средство.

Химически погледнато, HClO е окислител, който в крайна сметка предава своя хлорен атом на други молекули; това означава, че с него могат да се синтезират хлорирани съединения, които са от голямо значение при разработването на нови антибиотици.

През 70-те години беше открито, че тялото е в състояние да произвежда естествено тази киселина чрез действието на ензима миелопероксидаза; ензим, който действа върху пероксиди и хлоридни аниони по време на фагоцитоза. Така от същия организъм може да излезе този „убиец“ на натрапници, но в безобиден мащаб за собственото си благополучие.

структура

Горното изображение показва структурата на HClO. Обърнете внимание, че формулата противоречи на структурата: молекулата е HO-Cl, а не H-Cl-O; обаче, то обикновено се предпочита, за да може да се сравни директно с неговите повече окислени аналози: HClO ₂, HClO ₃ и HClO ₄.

Химична структура на хипохлорната киселина.

Киселиният водород, Н ⁺, отделен от HClO се намира в групата на ОН, прикрепена към хлорния атом. Обърнете внимание също на забележимите разлики в дължината на връзките OH и Cl-O, като последната е най-дълга поради по-малката степен на припокриване на хлорните орбитали, по-дифузна, с тези на кислорода.

HOCl молекулата едва може да остане стабилна при нормални условия; Той не може да бъде изолиран от неговите водни разтвори, без да бъде непропорционален или освободен като хлорен газ, Cl ₂.

Следователно, няма безводни кристали (дори и хидрати от тях) на хипохлорна киселина; И към днешна дата също няма индикации, че те могат да бъдат приготвени по екстравагантни методи. Ако биха могли да кристализират, HClO молекулите биха взаимодействали помежду си чрез постоянните си диполи (отрицателни заряди, ориентирани към кислорода).

Имоти

киселинност

HClO е монопротейна киселина; това означава, че можете да дарите само една Н ⁺ на водната среда (където е образувана):

HClO (вод) + H ₂ O ↔ СЮ ^- (вод) + Н ₃ О ⁺ (вод) (рКа = 7.53)

От това равновесие уравнение се наблюдава, че намаляване на Н ₃ О ⁺ йони (повишаване на алкалността на средата) благоприятства образуването на повече хипохлорит аниони, Сю ^-. Следователно, ако разтвор на ClO ^- трябва да се поддържа относително стабилен, рН трябва да бъде основно, което се постига с NaOH.

Неговата константа на дисоциация, pKa, прави съмнението, че HClO е слаба киселина. Поради това, при работа с него се концентрира, не трябва да се тревожи толкова много за H ₃ O ⁺ йони, но за самата HClO (поради високия му реактивност, а не заради своята корозивно).

Окислител

Беше споменато, че хлорният атом в HClO има окислително число +1. Това означава, че почти не изисква усилването на един електрон да се върнат към земята състояние (С ⁰) и да могат да образуват С, ₂ молекула. Следователно HClO ще бъде намалена до Cl ₂ и H ₂ O, окисление друг вид по-бързо в сравнение със същия Cl ₂ или Сю ^-:

2HClO (вод) + 2Н ⁺ + 2е ^- ↔ Cl ₂ (г) + 2Н ₂ O (л)

Тази реакция вече ни позволява да видим колко стабилен е HClO във водните му разтвори.

Неговата окислител мощност се измерва не само чрез образуване на Cl ₂, но също така от неговата способност да се откаже от хлорен атом. Например, той може да реагира с азотни видове (включително амоняк и азотни основи), за да произведе хлороамини:

HClO + NH → N-CI + H ₂ O

Забележка че NH връзка е счупен, от амино група (-NH ₂) по-голямата част, и е заместен с N-Cl. Същото се случва и с ОН връзките на хидроксилни групи:

HClO + OH → О-CI + H ₂ O

Тези реакции са от решаващо значение и обясняват дезинфекциращото и антибактериално действие на HClO.

стабилност

HClO е нестабилен почти навсякъде, където го погледнете. Например, хипохлоритният анион е непропорционален при хлорните видове с окислителни числа -1 и +5, по-стабилни от +1 в HClO (H ⁺ Cl ⁺ O ^2-):

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

Тази реакция отново ще измести равновесието към изчезването на HClO. По същия начин, HClO участва директно в паралелно равновесие с вода и хлорен газ:

Cl ₂ (г) + H ₂ O (л) ↔ HClO (вод) + Н ⁺ (вод) + Cl ^- (вод)

Ето защо опитът да се нагрее разтвор на HClO, за да се концентрира (или изолира) води до производството на Cl ₂, който се идентифицира като жълт газ. По същия начин тези разтвори не могат да бъдат изложени на светлина твърде дълго, нито на присъствието на метални оксиди, тъй като те разграждат Cl ₂ (HClO изчезва още повече):

2Cl ₂ + 2Н ₂ O → 4HCl + O ₂

HCl реагира с HClO, за да генерира повече Cl ₂:

HClO + HCl → Cl ₂ + H ₂ O

И така, докато няма повече HClO.

синтез

Вода и хлор

Един от методите за получаване или синтезиране на хипохлорна киселина вече е обяснен косвено: чрез разтваряне на хлорен газ във вода. Друг доста сходен метод се състои в разтваряне на анхидрид на тази киселина във вода: дихлоро окис, Cl ₂ О:

Cl ₂ O (ж) + H ₂ O (л) ↔ 2HClO (вод)

Отново няма начин да се изолира чист HClO, след изпаряване на водата ще се измести равновесието към образуване на Cl ₂ О, газ, който ще излезе от водата.

От друга страна, беше възможно да се приготвят по-концентрирани разтвори на HClO (20%), като се използва живачен оксид, HgO. За целта хлорът се разтваря в обем вода точно в точката му на замръзване по такъв начин, че се получава хлориран лед. След това същият лед се разбърква и докато се стопи, той се смесва с HgO:

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

Най-накрая 20% разтвор на HClO може да се дестилира под вакуум.

електролиза

По-опростен и по-безопасен метод за приготвяне на разтвори на хипохлорна киселина е използването на саламури като суровина вместо хлор. Солените соли са богати на хлоридни аниони, Cl ^-, които чрез електролиза могат да бъдат окислени до Cl ₂:

2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^-

2Cl ^- ↔ 2е ^- + Cl ₂

Тези две реакции протичат на анода, където се получава хлор, който веднага се разтваря, за да се образува HClO; докато сте в катодното отделение, водата се намалява:

2H ₂ O + 2е ^- → 2ОН ^- + Н ₂

По този начин HClO може да се синтезира в търговски до индустриален мащаб; и тези разтвори, получени от саламури, всъщност са търговски достъпните продукти на тази киселина.

Приложения

Общи характеристики

HClO може да се използва като окислител за окисляване на алкохоли до кетони и за синтез на хлороамини, хлороамиди или хлорохидрини (като се започне от алкените).

Въпреки това, всичките му други приложения могат да бъдат обхванати с една дума: биоцид. Той е убиец на гъбички, бактерии, вируси и неутрализатор на токсини, отделяни от патогени.

Имунната система на нашето тяло синтезира собствената си HClO под действието на ензима миелопероксидаза, като помага на белите кръвни клетки да изкоренят натрапниците, причиняващи инфекцията.

Безброй изследвания предполагат различни механизми на действие на HClO върху биологичната матрица. Това дарява своя хлорен атом на аминогрупите на някои протеини, а също така окислява техните SH групи, присъстващи на SS дисулфидни мостове, което води до денатурацията им.

Освен това спира репликацията на ДНК чрез взаимодействие с азотни основи, влияе върху пълното окисление на глюкозата и може също така да деформира клетъчната мембрана. Всички тези действия в крайна сметка водят до загиване на микробите.

Дезинфекция и почистване

Ето защо разтворите на HClO в крайна сметка се използват за:

-Лечение на инфекциозни и гангренозни рани

-Дезинфекционни запаси от вода

-Стерилизиращ агент за хирургически материали или инструменти, използвани във ветеринарната медицина, медицината и стоматологията

-Дезинфектант на всякакъв вид повърхност или предмет като цяло: барове, парапети, кафе машини, керамика, стъклени маси, лабораторни плотове и др.

-Синтезирайте хлороамини, които служат като по-малко агресивни антибиотици, но в същото време по-трайни, специфични и стабилни от самия HClO

Рискове

Разтворите на HClO могат да бъдат опасни, ако са силно концентрирани, тъй като могат да реагират бурно с видовете, склонни към окисляване. В допълнение, те са склонни да отделят газообразен хлор, когато се дестабилизират, така че трябва да се съхраняват при строг протокол за сигурност.

HClO е толкова реактивен към микробите, че където се полива, той изчезва моментално, без да създава риск по-късно за онези, които докосват обработените от него повърхности. Същото се случва и вътре в организма: той се разлага бързо или се неутрализира от всеки вид в биологичната среда.

Когато се генерира от самия организъм, може да се предполага, че той може да понася ниски концентрации на HClO. Ако обаче той е силно концентриран (използва се за синтетични цели, а не дезинфектанти), той може да има нежелани ефекти, като атакува и здравите клетки (например на кожата).

Препратки

1. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание). Mc Graw Hill.
2. Gottardi, W., Debabov, D., & Nagl, M. (2013). N-хлорамини, обещаващ клас от добре поносими локални антиинфекциозни средства. Антимикробни средства и химиотерапия, 57 (3), 1107–1114. doi: 10.1128 / AAC.02132-12
3. От Джефри Уилямс, Ерик Расмусен и Лори Робинс. (06 октомври 2017 г.). Хипохлорна киселина: Набиране на вродена реакция. Възстановени от: infecontrol.tips
4. Хидроинструменти. (SF). Основна химия на хлориране. Възстановени от: hydroinstruments.com
5. Wikipedia. (2019). Хипохлорна киселина. Възстановено от: en.wikipedia.org
6. Serhan Sakarya et al. (2014). Хипохлорна киселина: Идеален агент за грижа за рани с мощен микробициден, антибиофилм и потенциал за заздравяване на рани. HMP рани. Възстановено от: woundsresearch.com
7. PrebChem. (2016 г.). Получаване на хипохлорна киселина. Възстановена от: prepchem.com