ХЛОРНОВАТИСТАЯ КИСЛОТА (HCLO): СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ, СИНТЕЗ - ХИМИЯ - 2025

Хлорноватистая кислота представляет собой неорганическое соединение с химической формулой HClO. Он соответствует наименее окисленной из оксикислот хлора, поскольку содержит только один атом кислорода. Из него они получают анион гипохлорита ClO ^- и его соли, широко используемые в качестве коммерческих дезинфицирующих средств для воды.

HClO является сильнейшим окислителем и антимикробным агентом, который образуется при растворении газообразного хлора в воде. Его антисептическое действие было известно более века, еще до того, как растворы хлора стали использовать для очистки ран солдат во время Первой мировой войны.

Молекула хлорноватистой кислоты, представленная шарообразной моделью. Источник: Бен Миллс и Джинто

Его открытие датируется 1834 годом французским химиком Антуаном Жеромом Баларом, который достиг частичного окисления хлора путем барботирования его в водной суспензии оксида ртути HgO. С тех пор он используется как дезинфицирующее и противовирусное средство.

С химической точки зрения, HClO - это окислитель, который в конечном итоге отдает свой атом хлора другим молекулам; иными словами, с его помощью могут быть синтезированы хлорированные соединения, являющиеся хлораминами, имеющими большое значение для разработки новых антибиотиков.

В 1970-х годах было обнаружено, что организм способен естественным образом вырабатывать эту кислоту под действием фермента миелопероксидазы; фермент, действующий на перекиси и хлорид-анионы при фагоцитозе. Таким образом, из того же организма может появиться этот «убийца» злоумышленников, но в безобидных масштабах для собственного благополучия.

Структура

На верхнем изображении показана структура HClO. Обратите внимание, что формула противоречит структуре: это молекула HO-Cl, а не H-Cl-O; однако последний обычно предпочтительнее, чтобы иметь возможность напрямую сравнивать его с его более окисленными аналогами: HClO ₂ , HClO ₃ и HClO ₄ .

Химическая структура хлорноватистой кислоты.

Кислый водород H ⁺ , выделяемый HClO, находится в группе OH, присоединенной к атому хлора. Обратите внимание также на заметные различия в длине связей ОН и Cl-O, последняя является самой длинной из-за меньшей степени перекрытия орбиталей хлора, более диффузных, с орбиталями кислорода.

Молекула HOCl едва ли может оставаться стабильной при нормальных условиях; Его нельзя выделить из водных растворов без диспропорционирования или выделения в виде газообразного хлора Cl ₂ .

Следовательно, отсутствуют безводные кристаллы (даже их гидраты) хлорноватистой кислоты; И на сегодняшний день также нет никаких указаний на то, что их можно приготовить экстравагантными методами. Если бы они могли кристаллизоваться, молекулы HClO взаимодействовали бы друг с другом через свои постоянные диполи (отрицательные заряды, ориентированные на кислород).

свойства

кислотность

HClO представляет собой монопротоновую кислоту; то есть вы можете пожертвовать только один H ⁺ в водную среду (где он образуется):

HClO (водн.) + H ₂ O ↔ ClO ^- (водн.) + H ₃ O ⁺ (водн.) (PKa = 7,53)

Из этого уравнения равновесия видно, что уменьшение количества ионов H ₃ O ⁺ (увеличение основности среды) способствует образованию большего количества анионов гипохлорита, ClO ^- . Следовательно, если раствор ClO ^- должен оставаться относительно стабильным, pH должен быть основным, что достигается с помощью NaOH.

Его константа диссоциации pKa вызывает сомнения в том, что HClO является слабой кислотой. Поэтому при обращении с ним в концентрированном виде не следует так сильно беспокоиться об ионах H ₃ O ⁺ , а о самой HClO (с учетом ее высокой реакционной способности, а не из-за ее коррозионной активности).

Окислитель

Было упомянуто, что атом хлора в HClO имеет степень окисления +1. Это означает, что едва ли требуется усиление одного электрона, чтобы вернуться в свое основное состояние (Cl ⁰ ) и сформировать молекулу Cl ₂ . Следовательно, HClO будет восстанавливаться до Cl ₂ и H ₂ O, окисляя другие частицы быстрее по сравнению с тем же Cl ₂ или ClO ^- :

2HClO (водн.) + 2H ⁺ + 2e ^- ↔ Cl ₂ (г) + 2H ₂ O (л)

Эта реакция уже позволяет нам увидеть, насколько стабильна HClO в ее водных растворах.

Его окислительная способность измеряется не только по образованию Cl ₂ , но и по его способности отдавать свой атом хлора. Например, он может реагировать с азотистыми частицами (включая аммиак и азотистые основания) с образованием хлораминов:

HClO + NH → N-Cl + H ₂ O

Обратите внимание, что связь NH разорвана, по большей части аминогруппа (-NH ₂ ), и заменена N-Cl. То же самое происходит со связями ОН гидроксильных групп:

HClO + ОН → O-Cl + H ₂ O

Эти реакции имеют решающее значение и объясняют дезинфицирующее и антибактериальное действие HClO.

стабильность

HClO нестабильна почти везде, где вы на нее смотрите. Например, анион гипохлорита является непропорциональным для разновидностей хлора с степенями окисления -1 и +5, более стабильным, чем +1 в HClO (H ⁺ Cl ⁺ O ^2- ):

3ClO ^- (водн.) ↔ 2Cl ^- (водн.) + ClO ₃ ^- (водн.)

Эта реакция снова сместила бы равновесие в сторону исчезновения HClO. Точно так же HClO участвует непосредственно в параллельном равновесии с водой и газообразным хлором:

Cl ₂ (г) + H ₂ O (l) ↔ HClO (водн.) + H ⁺ (водн.) + Cl ^- (водн.)

Вот почему попытка нагреть раствор HClO, чтобы сконцентрировать его (или изолировать), приводит к образованию Cl ₂ , который определяется как желтый газ. Точно так же эти растворы нельзя подвергать воздействию света слишком долго или присутствию оксидов металлов, поскольку они разлагают Cl ₂ (HClO исчезает еще больше):

2Cl ₂ + 2H ₂ O → 4HCl + O ₂

HCl реагирует с HClO с образованием большего количества Cl ₂ :

HClO + HCl → Cl ₂ + H ₂ O

И так до тех пор, пока не закончится HClO.

Синтез

Вода и хлор

Один из методов получения или синтеза хлорноватистой кислоты уже неявно объяснялся: растворение газообразного хлора в воде. Другой очень похожий метод заключается в растворении ангидрида этой кислоты в воде: монооксида дихлор, Cl ₂ O:

Cl ₂ O (г) + H ₂ O (л) ↔ 2HClO (водн.)

Опять же, нет способа изолировать чистую HClO, так как испарение воды сместило бы равновесие к образованию Cl ₂ O, газа, который улетучился бы из воды.

С другой стороны, было возможно приготовить более концентрированные растворы HClO (20%) с использованием оксида ртути HgO. Для этого хлор растворяют в некотором объеме воды при температуре ее замерзания, так что получается хлорированный лед. Затем этот же лед перемешивают, и по мере таяния он смешивается с HgO:

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

Наконец, 20% раствор HClO можно перегонять в вакууме.

электролиз

Более простой и безопасный метод приготовления растворов хлорноватистой кислоты - использование рассолов в качестве сырья вместо хлора. Рассолы богаты хлорид-анионами Cl ^- , которые в процессе электролиза могут быть окислены до Cl ₂ :

2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^-

2Cl ^- ↔ 2e ^- + Cl ₂

Эти две реакции происходят на аноде, где образуется хлор, который немедленно растворяется, давая HClO; в катодном отсеке вода уменьшается:

2H ₂ O + 2e ^- → 2OH ^- + H ₂

Таким образом, HClO может быть синтезирован в промышленном или промышленном масштабе; и эти растворы, полученные из рассолов, фактически являются коммерчески доступными продуктами этой кислоты.

Приложения

Общие особенности

HClO можно использовать в качестве окислителя для окисления спиртов до кетонов и для синтеза хлораминов, хлорамидов или хлоргидринов (начиная с алкенов).

Однако все другие его применения можно описать одним словом: биоцид. Это убийца грибков, бактерий, вирусов и нейтрализатор токсинов, выделяемых патогенами.

Иммунная система нашего организма синтезирует собственную HClO под действием фермента миелопероксидазы, помогая лейкоцитам уничтожать злоумышленников, вызывающих инфекцию.

Бесчисленные исследования предполагают различные механизмы действия HClO на биологический матрикс. Это отдает свой атом хлора аминогруппам определенных белков, а также окисляет присутствующие SH-группы до дисульфидных мостиков SS, что приводит к их денатурации.

Он также останавливает репликацию ДНК, реагируя с азотистыми основаниями, влияет на полное окисление глюкозы, а также может деформировать клеточную мембрану. Все эти действия приводят к гибели микробов.

Дезинфекция и чистка

Вот почему растворы HClO в конечном итоге используются для:

-Лечение инфекционных и гангренозных ран

-Дезинфицировать источники воды

-Стерилизующий агент для хирургического материала или инструментов, используемых в ветеринарии, медицине и стоматологии.

-Дезинфицирующее средство для любого типа поверхности или объекта в целом: баров, поручней, кофемашин, керамики, стеклянных столов, лабораторных стоек и т. Д.

-Синтезировать хлорамины, которые служат менее агрессивными антибиотиками, но в то же время более долговечны, специфичны и стабильны, чем сама HClO

риски

Растворы HClO могут быть опасными, если они высококонцентрированные, поскольку они могут бурно реагировать с видами, склонными к окислению. Кроме того, они имеют тенденцию выделять газообразный хлор при дестабилизации, поэтому они должны храниться в соответствии со строгим протоколом безопасности.

HClO настолько реактивен по отношению к микробам, что при поливе мгновенно исчезает, не создавая впоследствии опасности для тех, кто касается поверхностей, обработанных им. То же самое происходит внутри организма: он быстро разлагается или нейтрализуется каким-либо видом в биологической среде.

Предполагается, что когда он вырабатывается самим организмом, он может переносить низкие концентрации HClO. Однако, если он высококонцентрирован (используется в синтетических целях, а не в дезинфицирующих средствах), он может иметь нежелательные эффекты, также поражая здоровые клетки (например, кожи).

Ссылки

1. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия . (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
2. Готтарди В., Дебабов Д. и Нагл М. (2013). N-хлорамины, многообещающий класс хорошо переносимых противоинфекционных средств местного действия. Противомикробные препараты и химиотерапия, 57 (3), 1107–1114. DOI: 10.1128 / AAC.02132-12
3. Джеффри Уильямс, Эрик Расмуссен и Лори Робинс. (06 октября 2017 г.). Хлорноватистая кислота: использование врожденной реакции. Получено с :infigurationcontrol.tips
4. Hydro Instruments. (SF). Основы химии хлорирования. Получено с: hydroinstruments.com
5. Wikipedia. (2019). Хлорноватистая кислота. Получено с: en.wikipedia.org
6. Серхан Сакарья и др. (2014). Хлорноватистая кислота: идеальное средство для ухода за ранами с мощным микробицидным, антибио-пленочным и ранозаживляющим действием. Раны HMP. Получено с: woundsresearch.com
7. PrebChem. (2016). Приготовление хлорноватистой кислоты. Получено с: Prepchem.com