KYSELINA CHLORNANOVÁ (HCLO): STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ, SYNTÉZA - CHEMIE - 2025

Kyselina chlorná je anorganická sloučenina s chemickým vzorcem HClO. Odpovídá nejméně oxidované oxo kyselinám chloru, protože obsahuje pouze jeden atom kyslíku. Z toho odvozují anion chlornanu, ClO ^- a jeho soli, široce používané jako komerční vodní dezinfekční prostředky.

HClO je nejsilnější oxidační a antimikrobiální činidlo, které se vytváří, když se plynný chlor rozpustí ve vodě. Jeho antiseptické působení je známo již více než století, ještě předtím, než byly roztoky chloru použity k očištění ran vojáků v první světové válce.

Molekula kyseliny chlorné představovaná modelem typu ball-and-stick. Zdroj: Ben Mills a Jynto

Jeho objev ve skutečnosti pochází z roku 1834 francouzským chemikem Antoinem Jérôme Balardem, který dosáhl částečné oxidace chloru probubláváním ve vodné suspenzi oxidu rtuti HgO. Od té doby se používá jako dezinfekční a antivirový prostředek.

Chemicky vzato je HClO oxidační činidlo, které nakonec vzdá svůj atom chloru jiným molekulám; to znamená, že s tím mohou být syntetizovány chlorované sloučeniny, což jsou chloraminy, které mají velký význam pro vývoj nových antibiotik.

V 70. letech bylo objeveno, že tělo je schopné tuto kyselinu přirozeně produkovat působením enzymu myeloperoxidázy; enzym, který během fagocytózy působí na peroxidy a chloridové anionty. Ze stejného organismu se tedy může objevit tento „zabiják“ vetřelců, ale v neškodném měřítku pro jeho vlastní pohodu.

Struktura

Horní obrázek ukazuje strukturu HClO. Všimněte si, že vzorec je v rozporu se strukturou: molekula je HO-Cl a ne H-Cl-O; nicméně, je tento obvykle dává přednost, aby bylo možné porovnat ji přímo s více oxidovanými protějšky: HClO ₂, HClO ₃ a HClO ₄.

Chemická struktura kyseliny chlorné.

Kyselý vodík, H ⁺, uvolňovaný HCI, je umístěn ve skupině OH připojené k atomu chloru. Všimněte si také pozoruhodných rozdílů v délce vazeb OH a Cl-O, které jsou nejdelší kvůli menšímu stupni překrývání orbitálů chloru, více rozptýleným, s vazbami kyslíku.

Molekula HOCl může za normálních podmínek stěží zůstat stabilní; Nemůže být izolovány ze svých vodných roztoků bez nepřiměřené nebo uvolněna jako plynného chloru, Cl ₂.

Proto neexistují žádné bezvodé krystaly (ani jejich hydráty) kyseliny chlorné; K dnešnímu dni také neexistuje náznak, že by mohly být připraveny extravagantními metodami. Pokud by mohly krystalizovat, molekuly HC1 by mezi sebou interagovaly prostřednictvím svých stálých dipolů (záporné náboje orientované na kyslík).

Vlastnosti

Kyselost

HClO je monoprotická kyselina; to znamená, že můžete darovat pouze jeden H ⁺ vodnému médiu (kde je vytvořeno):

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

Z této rovnice rovnováhy bylo zjištěno, že pokles H ₃ O ⁺ ionty (zvýšení zásaditosti prostředí) podporuje tvorbu více chlornanu anionty, CLO ^-. V důsledku toho, pokud se roztok CIO ^- je třeba mít relativně stabilní, pH musí být základní, které je dosaženo pomocí NaOH.

Jeho disociační konstanta, pKa, způsobuje pochybnosti, že HClO je slabá kyselina. Proto při manipulaci s koncentrací byste se neměli tolik starat o ionty H ₃ O ⁺, ale o samotný HClO (vzhledem k jeho vysoké reaktivitě a ne kvůli jeho korozivitě).

Oxidační činidlo

Bylo zmíněno, že atom chloru v HCI má oxidační číslo +1. To znamená, že jen stěží vyžaduje zisk jednoho elektronu se vrátit do svého základního stavu (Cl ⁰), a aby byl schopen tvořit Cl ₂ molekulu. V důsledku toho bude HClO být snížena na Cl ₂ a H ₂ O, oxidační jiných druhů rychleji ve srovnání se stejným Cl ₂ nebo CIO ^-:

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

Tato reakce nám již umožňuje vidět, jak stabilní je HClO ve svých vodných roztocích.

Jeho oxidační síla není měřena pouze tvorbou Cl ₂, ale také schopností vzdát se atomu chloru. Například může reagovat s dusíkatými látkami (včetně amoniaku a dusíkatých bází) za vzniku chloraminů:

HClO + NH → N-CI + H ₂ O

Všimněte si, že NH vazba je přerušeno, aminoskupiny (-NH ₂), z větší části, a je nahrazena N-Cl. Totéž se stane s OH vazbami hydroxylových skupin:

HClO + OH → O-CI + H ₂ O

Tyto reakce jsou zásadní a vysvětlují dezinfekční a antibakteriální účinek HC1.

Stabilita

HClO je nestabilní téměř všude, kam se na to podíváte. Například je chlornanový anion neúměrný v druzích chloru s oxidačními čísly -1 a +5, stabilnější než +1 v HClO (H ⁺ Cl ⁺ O ^2-):

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

Tato reakce by opět posunula rovnováhu směrem k vymizení HClO. Rovněž se HClO přímo podílí na paralelní rovnováze s vodou a plynným chlorem:

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

Proto pokus o zahřátí roztoku HCI za účelem jeho koncentrace (nebo jeho izolace) vede k produkci Cl ₂, který je identifikován jako žlutý plyn. Stejně tak nemohou být tyto roztoky vystaveny světlu příliš dlouho ani přítomnosti oxidů kovů, protože rozkládají Cl ₂ (HClO mizí ještě více):

2Cl ₂ + 2 H ₂ O → 4HCl + O ₂

HCl reaguje s HClO generovat více Cl ₂:

HClO + HCl → Cl ₂ + H ₂ O

A tak dále, dokud už není žádná HCI.

Syntéza

Voda a chlor

Jeden ze způsobů přípravy nebo syntézy kyseliny chlorné byl již implicitně vysvětlen: rozpuštěním plynného chloru ve vodě. Další velmi podobný způsob spočívá v rozpuštění anhydridu této kyseliny ve vodě: dichlor uhelnatého, Cl ₂ O:

Cl ₂ O (g) + H ₂ O (l) ↔ 2HClO (aq)

Opět neexistuje žádný způsob, jak izolovat čisté HClO, protože odpařování vody se posunout rovnováhu k tvorbě Cl ₂ O, plynu, který unikne z vody.

Na druhé straně bylo možné připravit koncentrovanější roztoky HC1 (20%) za použití oxidu rtuťnatého, HgO. Za tímto účelem je chlor rozpuštěn v objemu vody těsně na svém bodu mrazu, čímž se získá chlorovaný led. Poté se zamíchá stejný led a při tání se mísí s HgO:

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

20% roztok HC1 lze nakonec destilovat ve vakuu.

Elektrolýza

Jednodušší a bezpečnější metoda přípravy roztoků kyseliny chlorné je použití solanky jako suroviny místo chloru. Solanky jsou bohaté na chloridové anionty, Cl ^-, který prostřednictvím procesu elektrolýzy se mohou oxidovat na Cl ₂:

2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^-

2C ^- ↔ 2e ^- + Cl ₂

K těmto dvěma reakcím dochází na anodě, kde se vytváří chlor, který se okamžitě rozpustí a vzniká HC1; v katodovém prostoru se voda snižuje:

2H ₂ O + 2e ^- → 2OH ^- + H ₂

Tímto způsobem může být HCIO syntetizován v komerčním až průmyslovém měřítku; a tyto roztoky získané ze solanek jsou ve skutečnosti komerčně dostupnými produkty této kyseliny.

Aplikace

Obecné rysy

HClO může být použit jako oxidační činidlo pro oxidaci alkoholů na ketony a pro syntézu chloraminů, chloramidů nebo chlorhydrinů (vycházeje z alkenů).

Všechna jeho další použití však mohou být zahrnuta v jednom slově: biocid. Je to zabiják hub, bakterií, virů a neutralizátor toxinů uvolňovaných patogeny.

Imunitní systém našeho těla syntetizuje svůj vlastní HClO působením enzymu myeloperoxidázy, který pomáhá bílým krvinek eradikovat vetřelce, kteří způsobují infekci.

Nespočet studií naznačuje různé mechanismy působení HC1 na biologickou matrici. To daruje svůj atom chloru aminoskupinám určitých proteinů a také oxiduje své SH skupiny přítomné v SS disulfidových můstcích, což vede k jejich denaturaci.

Zastavuje také replikaci DNA reakcí s dusíkatými bázemi, ovlivňuje úplnou oxidaci glukózy a může také deformovat buněčnou membránu. Všechny tyto akce nakonec způsobí smrt bakterií.

Dezinfekce a čištění

Proto se roztoky HClO nakonec používají k:

- Léčba infekčních a gangrenózních ran

-Dezinfikujte zásoby vody

- sterilizační činidlo pro chirurgický materiál nebo nástroje používané ve veterinární medicíně, medicíně a stomatologii

-Dezinfekční prostředek na jakýkoli druh povrchu nebo předmětu obecně: tyče, zábradlí, kávovary, keramika, skleněné stoly, laboratorní pulty atd.

- Syntetizujte chloraminy, které slouží jako méně agresivní antibiotika, ale zároveň trvanlivější, specifičtější a stabilnější než samotný HClO

Rizika

Roztoky HClO mohou být nebezpečné, pokud jsou vysoce koncentrované, protože mohou prudce reagovat s druhy náchylnými k oxidaci. Kromě toho mají tendenci uvolňovat plynný chlor, když je destabilizovaný, takže musí být skladovány pod přísným bezpečnostním protokolem.

HClO je tak reaktivní vůči choroboplodným zárodkům, že tam, kde je napojena, okamžitě zmizí, aniž by představovalo riziko pro ty, kdo se dotknou povrchů, které jsou ošetřeny. Totéž se děje uvnitř organismu: rychle se rozkládá nebo je neutralizován jakýmkoli druhem v biologickém prostředí.

Když je generováno samotným tělem, je pravděpodobné, že dokáže tolerovat nízké koncentrace HClO. Pokud je však vysoce koncentrovaný (používá se k syntetickým účelům a ne k dezinfekčním prostředkům), může mít nežádoucí účinky také napadením zdravých buněk (například kůže).

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
2. Gottardi, W., Debabov, D., & Nagl, M. (2013). N-chloraminy, slibná třída dobře tolerovaných topických antiinfektiv. Antimikrobiální látky a chemoterapie, 57 (3), 1107–1114. doi: 10.1128 / AAC.02132-12
3. Autor: Jeffrey Williams, Eric Rasmussen a Lori Robins. (06.10.2017). Kyselina chlorná: Využití vrozené reakce. Obnoveno z: infekcecontrol.tips
4. Hydro Instruments. (sf). Základní chemie chlorace. Obnoveno z: hydroinstruments.com
5. Wikipedia. (2019). Kyselina chlorná. Obnoveno z: en.wikipedia.org
6. Serhan Sakarya a kol. (2014). Kyselina chlornanová: Ideální prostředek pro péči o rány s výkonnou mikrobicidní, antibakteriální a hojivou silou. HMP rány. Obnoveno z: woundsresearch.com
7. PrebChem. (2016). Příprava kyseliny chlorné. Obnoveno z: prepchem.com