KYSELINA JODOVODÍKOVÁ (HI): STRUKTURA, VLASTNOSTI A POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Kyselina jodovodíková je vodný roztok jodovodíku, který se vyznačuje vysokou kyselost. Definice blíže k chemické terminologii a IUPAC, je to, že je to hydracid, jehož chemický vzorec je HI.

Avšak pro jeho odlišení od plynných molekul jodovodíku se HI (g) označuje jako HI (aq). Z tohoto důvodu je v chemických rovnicích důležité identifikovat střední nebo fyzickou fázi, ve které se nacházejí reaktanty a produkty. Přesto je běžná záměna mezi jodovodíkem a kyselinou jodovodíkovou.

Ionty kyseliny jodovodíkové. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Pokud jsou pozorovány molekuly spáchané v jejich identitě, budou mezi HI (g) a HI (ac) patrné rozdíly. V HI (g) existuje vazba HI; zatímco v HI (ac) jsou ve skutečnosti párem iontů I ^- a H ₃ O ⁺ interagujících elektrostaticky (horní obrázek).

Na druhé straně je HI (ac) zdrojem HI (g), protože první se připravuje rozpuštěním druhého ve vodě. Z tohoto důvodu, pokud to není v chemické rovnici, lze HI použít také pro označení kyseliny jodovodíkové. HI je silným redukčním činidlem a vynikajícím zdrojem I ^- ionty ve vodném médiu.

Struktura kyseliny jodovodíkové

Kyselina jodovodíková, jak bylo vysvětleno, sestává z roztoku HI ve vodě. Když jsou molekuly HI ve vodě, úplně se disociují (silný elektrolyt) a vytvářejí ionty I ^- a H ₃ O ⁺. Tuto disociaci lze reprezentovat následující chemickou rovnicí:

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

Co by bylo ekvivalentní, kdyby bylo napsáno jako:

HI (g) + H ₂ O (l) => HI (vodný)

HI (ac) však vůbec neodhaluje, co se stalo s plynnými molekulami HI; to pouze naznačuje, že jsou ve vodném médiu.

Proto skutečná struktura HI (ac) sestává z iontů I ^- a H ₃ O ⁺ obklopených molekulami vody, které je hydratují; čím koncentrovanější je kyselina jodovodíková, tím menší je počet nechráněných molekul vody.

Komerčně je koncentrace HI 48 až 57% ve vodě; více koncentrovaný by byl ekvivalentní tomu mít kyselinu, která je příliš dýmavá (a ještě nebezpečnější).

Na obrázku je vidět, že anion I ^- je reprezentován fialovou koulí a H ₃ O ⁺ s bílými koulí a červenou koulí pro atom kyslíku. Kation H ₃ O ⁺ má molekulární geometrii trigonální pyramidy (při pohledu z vyšší roviny na obrázku).

Vlastnosti

Fyzický popis

Bezbarvá kapalina; ale může vykazovat nažloutlé a hnědé tóny, pokud je v přímém kontaktu s kyslíkem. To je proto, že I ^- ionty nakonec oxidací do molekulárního jodu, I ₂. Pokud je hodně I ₂, to je více než pravděpodobné, že trijodid anion, I ₃ ^{- je vytvořen}, který otočí řešení hnědá.

Molekulová hmotnost

127,91 g / mol.

Zápach

Akr.

Hustota

Hustota u 57% roztoku HI je 1,70 g / ml; protože hustoty se liší v závislosti na různých koncentracích HI. Při této koncentraci se vytvoří azeotrop (destiluje se jako jediná látka a ne jako směs), jejíž relativní stabilita může být způsobena jeho komercializací s jinými roztoky.

Bod varu

57% HI azeotrop se vaří při 127 ° C při tlaku 1,03 baru (GO TO ATM).

pKa

-1,78.

Kyselost

Je to extrémně silná kyselina, natolik, že je korozivní pro všechny kovy a tkaniny; i pro kaučuky.

Je to proto, že vazba HI je velmi slabá a během ionizace ve vodě se snadno rozbije. Kromě toho, vodíkové vazby I ^- - HOH ₂ ⁺ jsou slabé, takže není nic, co by interferovat s H ₃ O ⁺ reagovat s jinými sloučeninami; to znamená, že H ₃ O ⁺ se stal „svobodným“, stejně jako já ^- který nepřitahuje svůj protiión příliš velkou silou.

Redukční činidlo

HI je silné redukční činidlo, jehož hlavním reakčním produktem je I ₂.

Nomenklatura

Názvosloví pro kyselinu jodovodíkovou je odvozeno od skutečnosti, že jód „pracuje“ s jediným oxidačním stavem: -1. Stejný název také znamená, že má ve svém strukturním vzorci vodu. Toto je jeho jediné jméno, protože nejde o čistou sloučeninu, ale o řešení.

Aplikace

Zdroj jodu v organických a anorganických syntézách

HI je vynikajícím zdrojem iontů I ^- pro anorganickou a organickou syntézu a je také silným redukčním činidlem. Například, její 57% vodný roztok se použije pro syntézu alkyljodidů (například CH ₃ CH ₂ I), z primárních alkoholů. Podobně může být OH skupina nahrazena I.

Redukční činidlo

Kyselina jodovodíková se používá ke snížení například uhlohydrátů. Pokud se glukóza rozpuštěná v této kyselině zahřeje, ztratí všechny své OH skupiny a získá se uhlovodík n-hexan jako produkt.

Používá se také ke snížení funkčních skupin grafenových listů, aby mohly být funkcionalizovány pro elektronická zařízení.

Cativa proces

Diagram katalytického cyklu pro proces Cativa. Zdroj: Ben Mills. HI se také používá pro průmyslovou výrobu kyseliny octové pomocí procesu Cativa. Toto sestává z katalytického cyklu, ve kterém dochází k karbonylaci methanolu; to znamená, že karbonylová skupina, C = O, se zavádí do CH ₃ OH molekuly, aby se přetransformovala na kyselou CH ₃ COOH.

Kroky

Proces začíná (1) komplexem organo-iridium ^- plochá geometrie čtverce. Tato sloučenina „přijímá“ se methyljodid, CH ₃ I, produkt okyselení CH ₃ OH s HI na 57%. Při této reakci se také vyrábí voda a díky ní se konečně získá kyselina octová, přičemž v posledním kroku se může získat HI.

V tomto kroku, jak -CH ₃ a -I skupiny se váží na iridia centrum (2), tvořící osmistěnu komplex s ploškou skládá ze tří I ligandů. Jeden z konců iodes až nahrazován oxidu uhelnatého molekuly, CO; a nyní (3) má oktaedrální komplex aspekt skládající se ze tří ligandů CO.

Poté, nové uspořádání dojde: -CH ₃ skupina „pustí“ z iridia a váže se na sousední CO (4) pro vytvoření acetylovou skupinu, -COCH ₃. Tato skupina se uvolňuje z iridia komplexu vázat se na jodid ionty a dát CH ₃ COI, acetyl jodid. Zde se izoluje iridiový katalyzátor, připraven k účasti v dalším katalytickém cyklu.

A konečně, CH ₃ COI podrobí substituci I ^- molekulou H ₂ O, jehož mechanismus končí uvolnění HI a kyselinu octovou.

Nedovolené syntézy

Redukční reakce efedrinu s kyselinou jodovodíkovou a červeným fosforem na metamfetamin. Zdroj: Methamphetamine_from_ephedrine_with_HI_ru.svg: Derivát Ring0: materialcientist (talk) Kyselina jodovodíková se používá pro syntézu psychotropních látek s využitím její vysoké redukční schopnosti. Například můžete snížit efedrin (lék na léčbu astmatu) v přítomnosti červeného fosforu na metamfetamin (horní obrázek).

Je vidět, že substituce skupiny OH skupinou I nastane první, následovaná druhou substitucí skupinou H.

Reference

1. Wikipedia. (2019). Kyselina jodovodíková. Obnoveno z: en.wikipedia.org
2. Andrews, Natalie. (24. dubna 2017). Použití kyseliny jodovodíkové. Sciencing. Obnoveno z: sciencing.com
3. Alfa Aesar, Thermo Fisher Scientific. (2019). Kyselina jodovodíková. Obnoveno z: alfa.com
4. Národní centrum pro biotechnologické informace. (2019). Kyselina jodovodíková. PubChem Database., CID = 24841. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Steven A. Hardinger. (2017). Ilustrovaný glosář organické chemie: kyselina jodovodíková. Obnoveno z: chem.ucla.edu
6. Reusch William. (5. května 2013). Sacharidy. Obnoveno z: 2.chemistry.msu.edu
7. V Kyu Moon, Junghyun Lee, Rodney S. Ruoff a Hyoyoung Lee. (2010). Snížený oxid grafenu chemickou grafitizací. DOI: 10,1038 / ncomms1067.