HIPOKLORNA KISELINA (HCLO): STRUKTURA, SVOJSTVA, UPOTREBA, SINTEZA - KEMIJA - 2025

Hipokloritne kiseline je anorganski spoj kemijske formule HCIO. Odgovara najmanje oksidiranoj od okso kiselina klora, jer sadrži samo jedan atom kisika. Iz njega se dobiva hipoklorit anion, ClO ^- i njegove soli, koji se široko koriste kao komercijalna dezinficijensa vode.

HClO je najjače oksidacijsko i antimikrobno sredstvo koje nastaje kada se klorni plin otapa u vodi. Njegovo antiseptičko djelovanje poznato je više od stoljeća, čak i prije nego što su otopine klora korištene za čišćenje rana vojnika u Prvom svjetskom ratu.

Molekula hipoklorne kiseline predstavljena modelom kuglice i štapa. Izvor: Ben Mills i Jynto

Njegovo otkriće zapravo potječe iz 1834. godine francuskog kemičara Antoina Jérômea Balarda, koji je postigao djelomičnu oksidaciju klora ubacivanjem u vodenu suspenziju žive oksida HgO. Od tada se koristi kao dezinficijens i antivirusno sredstvo.

Kemijski gledano, HClO je oksidirajuće sredstvo koje predaje svoj atom klora drugim molekulama; to jest, s njom se mogu sintetizirati klorirani spojevi, koji su kloroamini od velike važnosti u razvoju novih antibiotika.

U 1970-ima otkriveno je da je tijelo u stanju prirodno proizvoditi ovu kiselinu djelovanjem enzima mieloperoksidaza; enzim koji djeluje na perokside i kloridne anione tijekom fagocitoze. Tako iz istog organizma može nastati ovaj „ubojica“ uljeza, ali u bezopasnoj mjeri za vlastitu dobrobit.

Struktura

Gornja slika prikazuje strukturu HClO. Imajte na umu da je formula suprotna strukturi: molekula je HO-Cl, a ne H-Cl-O; Međutim, ovaj se obično je poželjno, kako bi se mogli usporediti s više izravno oksidirani kolega: HCIO ₂, HCIO ₃ i HCIO ₄.

Kemijska struktura hipoklorne kiseline.

Kiseli vodik, H ⁺, koji oslobađa HClO nalazi se u OH grupi priključenoj na atom klora. Također treba primjetiti razlike u duljini u OH i Cl-O vezama, koje su najdulje zbog manjeg stupnja preklapanja klornih orbitala, više difuznih, s kisikovim.

Molekula HOCl u normalnim uvjetima jedva ostaje stabilna; Ne može se izolirati iz svog vodene otopine bez nesrazmjerna ili objavljena kao plinom klora, Cl ₂.

Stoga ne postoje bezvodni kristali (čak ni njihovi hidrati) hipoklorne kiseline; I do danas također nema naznaka da se mogu pripremiti ekstravagantnim metodama. Kad bi se mogli kristalizirati, molekule HClO međusobno bi djelovale preko svojih trajnih dipola (negativni naboji orijentirani na kisik).

Svojstva

Kiselost

HClO je monoprotska kiselina; To jest, samo jedan donirati H ⁺ u vodeni medij (koji se u kojoj je oblikovan):

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

Ovog jednadžba primijećeno je da smanjenje H ₃ O ⁺ iona (povećanje bazičnosti mediju) pogoduje stvaranju više hipoklorit anionima Cio ^-. Prema tome, ako se otopina ClO ^- treba održati relativno stabilnom, pH mora biti osnovna, što se postiže s NaOH.

Njegova konstanta disocijacije, pKa, čini sumnjom da je HClO slaba kiselina. Stoga, pri rukovanju je koncentrirana, ne treba brinuti toliko o H ₃ O ⁺ iona, ali o samom HCIO (s obzirom na svoju visoku reaktivnost, a ne zbog svoje nagrizanje).

Oksidirajuće sredstvo

Spomenuto je da atom klora u HClO ima oksidacijski broj +1. To znači da je jedva zahtijeva dobit od jednog elektrona da se vrate u svoje početno stanje (Cl ⁰), a da bi mogli formirati Cl ₂ molekule. Prema tome, HCIO će se smanjiti na Cl ₂ i H ₂ O, oksidacijom drugi vrsta brže u usporedbi s istim Cl ₂ ili Cio ^-:

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

Ova reakcija nam već omogućuje da vidimo koliko je stabilan HClO u njegovim vodenim otopinama.

Njegova oksidacijska snaga ne mjeri se samo stvaranjem Cl ₂, već i sposobnošću da se odrekne atoma klora. Na primjer, može reagirati s dušičnim vrstama (uključujući amonijak i dušične baze), dajući kloroamine:

HCIO + NH → N-Cl + H ₂ O

Napomena da NH veza amino skupine (NH ₂) podijeljen je u većini slučajeva, i zamijenjen s N-Cl. Isto se događa s OH vezama hidroksilnih skupina:

HCIO + OH → O-Cl + H ₂ O

Te su reakcije ključne i objašnjavaju dezinficirajuće i antibakterijsko djelovanje HClO.

Stabilnost

HClO je nestabilan gotovo svugdje gdje ga pogledate. Na primjer, anion hipoklorit je nesrazmjeran u vrstama klora sa oksidacijskim brojevima -1 i +5, stabilnijim od +1 u HClO (H ⁺ Cl ⁺ O ^2-):

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

Ova reakcija bi opet prebacila ravnotežu prema nestanku HClO. Isto tako, HClO izravno sudjeluje u paralelnoj ravnoteži s vodom i plinom klora:

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

Zato je težak za zagrijavanje HCIO rješenje da se koncentrira (ili izolirati) dovodi do proizvodnje Cl ₂, koji je identificiran kao žuto plin. Isto tako, ove otopine ne mogu se predugo izlagati svjetlu, niti prisutnosti metalnih oksida, jer razgrađuju Cl ₂ (HClO nestaje još više):

2Cl ₂ + 2H ₂ O → 4HCl + O ₂

HCl reagira s HClO da stvori više Cl ₂:

HCIO + HCl → Cl ₂ + H ₂ O

I tako sve dok nema više HClO.

Sinteza

Voda i klor

Jedna od metoda za pripremu ili sintezu hipoklorne kiseline već je implicitno objašnjena: otapanjem plina klora u vodi. Još vrlo sličan postupak sastoji se u otapanjem anhidrida ove kiseline u vodi: dikloro-monoksida, Cl ₂ O:

Cl ₂ O (g) + H ₂ O (l) ↔ 2HClO (aq)

Opet ne postoji način da se izolira čisti HCIO, jer isparavanje vode će se ravnoteža pomakne na formiranje Cl ₂ O, plin koji će pobjeći iz vode.

S druge strane, bilo je moguće pripraviti koncentrirane otopine HClO (20%) koristeći živin oksid, HgO. Da biste to učinili, klor se otopi u volumenu vode upravo na mjestu zamrzavanja, i to na način da se dobije klorirani led. Potom se taj isti led miješa, i dok se topi, miješa se sa HgO:

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

20% -tna otopina HClO konačno se može destilirati pod vakuumom.

Elektroliza

Jednostavnija i sigurnija metoda pripreme otopina hipoklorne kiseline je korištenje slanih otopina kao sirovine umjesto klora. Slanice su bogate anionima klorida, Cl ^-, koji se postupkom elektrolize mogu oksidirati u Cl ₂:

2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^-

2 Cl ^- ↔ 2e ^- + Cl ₂

Ove dvije reakcije se događaju na anodi, gdje se stvara klor koji se odmah otapa da bi se stvorio HClO; dok je u katodnom odjeljku, voda se smanjuje:

2H ₂ O + 2e ^- → 2OH ^- + H ₂

Na taj se način HClO može sintetizirati u komercijalnom do industrijskom razmjeru; a ove otopine dobivene iz slane otopine zapravo su komercijalno dostupni proizvodi ove kiseline.

Prijave

Osnovne značajke

HClO se može koristiti kao oksidirajuće sredstvo za oksidaciju alkohola u ketone i za sintezu kloroamina, kloroamida ili klorhidrina (počevši od alkena).

Međutim, sve se njegove druge uporabe mogu obuhvatiti jednom riječju: biocid. To je ubojica gljivica, bakterija, virusa i neutralizator toksina koje oslobađaju patogeni.

Imuni sustav našeg tijela sintetizira vlastiti HClO djelovanjem enzima mieloperoksidaza, pomažući bijelim krvnim ćelijama da iskorijene uljeze koji uzrokuju infekciju.

Bezbroj studija sugerira različite mehanizme djelovanja HClO na biološku matricu. To donira svoj atom klora amino skupinama određenih proteina, a također oksidira njihove SH skupine prisutne u SS disulfidnim mostovima, što rezultira njihovom denaturacijom.

Također zaustavlja replikaciju DNK reakcijom s dušičnim bazama, utječe na potpunu oksidaciju glukoze, a također može deformirati staničnu membranu. Sve ove radnje na kraju uzrokuju smrt mikroba.

Dezinfekcija i čišćenje

Zbog toga se HClO rješenja koriste za:

-Liječenje zaraznih i gangrenih rana

-Disinficirajte zalihe vode

-Sterilizacijsko sredstvo za kirurški materijal ili alate koji se koriste u veterini, medicini i stomatologiji

- Dezinfekcijsko sredstvo bilo koje vrste površine ili predmeta općenito: rešetke, rukohvati, aparat za kavu, keramika, stakleni stolovi, laboratorijski šalteri itd.

-Sintetizirajte kloroamine koji služe kao manje agresivni antibiotici, ali istovremeno trajniji, specifični i stabilniji od samog HClO

rizici

Otopine HClO mogu biti opasne ako su visoko koncentrirane, jer mogu burno reagirati s vrstama sklonim oksidaciji. Uz to, oni imaju tendenciju oslobađanja plinovitih klora kada se destabiliziraju, pa se moraju skladištiti pod strogim sigurnosnim protokolom.

HClO je toliko reaktivan na mikrobe da tamo gdje ga zalijevaju nestaje odmah, bez da kasnije predstavlja rizik za one koji dodiruju površine koje su njime tretirane. Isto se događa unutar organizma: brzo se razgrađuje ili ga neutralizira bilo koja vrsta u biološkom okruženju.

Kad ih tijelo stvara, pretpostavlja se da može podnijeti niske koncentracije HClO. Međutim, ako je visoko koncentriran (koristi se u sintetičke svrhe, a ne dezinficijensom), može imati neželjene efekte napadajući i zdrave stanice (na primjer, na kožu).

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Neorganska kemija. (Četvrto izdanje). Mc Graw Hill.
2. Gottardi, W., Debabov, D., & Nagl, M. (2013). N-kloramini, obećavajuća klasa dobro podnošenih aktuelnih antiinfektiva. Antimikrobna sredstva i kemoterapija, 57 (3), 1107–1114. doi: 10.1128 / AAC.02132-12
3. Autor: Jeffrey Williams, Eric Rasmussen i Lori Robins. (06.10.2017.). Hipoklorna kiselina: dobivanje urođenog odgovora. Oporavak od: infecontrol.tips
4. Hidro instrumenti. (SF). Osnovna kemija kloriranja. Oporavak od: hydroinstruments.com
5. Wikipedia. (2019). Hipoklorna kiselina. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
6. Serhan Sakarya i sur. (2014). Hipoklorska kiselina: idealno sredstvo za njegu rana s moćnim mikrobicidnim, antibiofilm i potencijalom zacjeljivanja rana. HMP rane. Oporavilo od: woundsresearch.com
7. PrebChem. (2016). Priprema hipoklorne kiseline. Oporavak od: prepchem.com