Cyjanowodór - Hydrogen cyanide
|
|||
Nazwy | |||
---|---|---|---|
Nazwa IUPAC | |||
Inne nazwy | |||
Identyfikatory | |||
Model 3D ( JSmol )
|
|||
3DMet | |||
CZEBI | |||
ChemSpider | |||
Karta informacyjna ECHA | 100.000.747 | ||
Numer WE | |||
KEGG | |||
Siatka | Wodór + cyjanek | ||
Identyfikator klienta PubChem
|
|||
Numer RTECS | |||
UNII | |||
Numer ONZ | 1051 | ||
Pulpit nawigacyjny CompTox ( EPA )
|
|||
|
|||
|
|||
Nieruchomości | |||
HCN | |||
Masa cząsteczkowa | 27,0253 g/mol | ||
Wygląd zewnętrzny | Bezbarwna ciecz lub gaz | ||
Zapach | Olej z gorzkich migdałów | ||
Gęstość | 0,6876 g / cm 3 | ||
Temperatura topnienia | -13,29 ° C (8,08 ° F; 259,86 K) | ||
Temperatura wrzenia | 26 ° C (79 ° F; 299 K) | ||
Mieszalny | |||
Rozpuszczalność w etanolu | Mieszalny | ||
Ciśnienie pary | 100 kPa (25 °C) | ||
Stała prawa Henry'ego ( k H ) |
75 μmol Pa -1 kg -1 | ||
Kwasowość (p K a ) | 9.21 (w wodzie),
12,9 (w DMSO) |
||
Zasadowość (p K b ) | 4,79 (anion cyjankowy) | ||
Kwas sprzężony | cyjanowodór | ||
Podstawa sprzężona | Cyjanek | ||
Współczynnik załamania ( n D )
|
1.2675 | ||
Lepkość | 0,183 mPa·s (25°C) | ||
Struktura | |||
C ∞v | |||
Liniowy | |||
2,98 D | |||
Termochemia | |||
Pojemność cieplna ( C )
|
35,9 JK -1 mol -1 (gaz) | ||
Standardowa
entropia molowa ( S |
201,8 JK -1 mol -1 | ||
Standardowa entalpia
tworzenia (Δ f H ⦵ 298 ) |
135,1 kJ mol- 1 | ||
Zagrożenia | |||
Piktogramy GHS | |||
Hasło ostrzegawcze GHS | Zagrożenie | ||
H225 , H300 , H310 , H319 , H330 , H336 , H370 , H400 , H410 | |||
P210 , P261 , P305+351+338 | |||
NFPA 704 (ognisty diament) | |||
Temperatura zapłonu | -17,8 ° C (0,0 ° F; 255,3 K) | ||
538 ° C (1000 ° F; 811 K) | |||
Granice wybuchowości | 5,6% – 40,0% | ||
Dawka lub stężenie śmiertelne (LD, LC): | |||
LC 50 ( mediana stężenia )
|
501 ppm (szczur, 5 min) 323 ppm (mysz, 5 min) 275 ppm (szczur, 15 min) 170 ppm (szczur, 30 min) 160 ppm (szczur, 30 min) 323 ppm (szczur, 5 min) |
||
LC Lo ( najniższa opublikowana )
|
200 ppm (ssak, 5 min) 36 ppm (ssak, 2 godz.) 107 ppm (człowiek, 10 min) 759 ppm (królik, 1 min) 759 ppm (kot, 1 min) 357 ppm (człowiek, 2 min) 179 ppm (człowiek, 1 godz.) |
||
NIOSH (limity ekspozycji dla zdrowia w USA): | |||
PEL (dopuszczalne)
|
TWA 10 ppm (11 mg/m 3 ) [skóra] | ||
REL (zalecane)
|
ST 4,7 ppm (5 mg/m 3 ) [skóra] | ||
IDLH (Bezpośrednie niebezpieczeństwo)
|
50 ppm | ||
Związki pokrewne | |||
Powiązane alkanonitryle
|
|||
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
|||
zweryfikuj ( co to jest ?) | |||
Referencje do infoboksu | |||
Cyjanowodór , zwany cyjanowodoru , to związek chemiczny o wzorze chemicznym HCN. Jest to bezbarwna , wyjątkowo trująca i łatwopalna ciecz, która wrze nieco powyżej temperatury pokojowej , w temperaturze 25,6°C (78,1°F). HCN jest produkowany na skalę przemysłową i jest cenionym prekursorem wielu związków chemicznych, od polimerów po farmaceutyki. Zastosowania na dużą skalę obejmują produkcję cyjanku potasu i adyponitrylu , wykorzystywanych odpowiednio w górnictwie i tworzywach sztucznych.
Struktura i ogólne właściwości
Cyjanowodór jest cząsteczką liniową z potrójnym wiązaniem między węglem a azotem. Tautomeru HCN jest HNC, izocyjanek wodoru .
Cyjanowodór jest słabo kwaśnym z P K a 9,2. Częściowo jonizuje się w roztworze wodnym, dając anion cyjankowy , CN − . Roztwór cyjanowodoru w wodzie , reprezentowany jako HCN, nazywany jest kwasem cyjanowodorowym . Do soli anionu cyjankowego są znane jako cyjanków.
HCN ma delikatny zapach gorzkich migdałów , którego niektórzy ludzie nie są w stanie wykryć ze względu na recesywną cechę genetyczną . Lotny związek ten stosowano jako inhalacji rodentycydu i ludzkiej trucizny, a także do zabijania wielorybów. Jony cyjankowe zakłócają działanie enzymów oddechowych zawierających żelazo.
Historia odkrycia
Cyjanowodór został po raz pierwszy wyizolowany z niebieskiego pigmentu ( błękitu pruskiego ), który był znany od 1706 roku, ale którego struktura była nieznana. Obecnie wiadomo, że jest to polimer koordynacyjny o złożonej strukturze i empirycznym wzorze uwodnionego żelazocyjanku żelazowego . W 1752 roku francuski chemik Pierre Macquer dokonał ważnego kroku, pokazując, że błękit pruski można przekształcić w tlenek żelaza z dodatkiem lotnego składnika i że można je wykorzystać do jego odtworzenia. Nowym składnikiem był tak zwany cyjanowodór. W następstwie ołowiu Macquer, został on najpierw wytwarza się z błękitem pruskim przez szwedzkiego chemika Carl Wilhelm Scheele w 1782 roku, a ostatecznie otrzymał niemiecką nazwę Blausäure ( świeci . „Acid Blue”) ze względu na jego charakterze kwaśnym w wodzie i jego wyprowadzeniu z błękitem pruskim . W języku angielskim stał się popularnie znany jako kwas pruski.
W 1787 roku francuski chemik Claude Louis Berthollet wykazał, że kwas pruski nie zawiera tlenu, co stanowiło ważny wkład w teorię kwasu, która do tej pory postulowała, że kwasy muszą zawierać tlen (stąd nazwa samego tlenu , wywodząca się z elementów greckich, które oznaczają „kwasotwórcza” i są również określane w języku niemieckim jako Sauerstoff ). W 1811 roku Joseph Louis Gay-Lussac przygotował czysty, płynny cyjanowodór. W 1815 Gay-Lussac wydedukował wzór chemiczny kwasu pruskiego. Cyjan rodnikowy w cyjanowodorze otrzymał swoją nazwę od cyjan , nie tylko angielskiego słowa oznaczającego odcień niebieskiego, ale także greckiego słowa oznaczającego niebieski ( starogrecki : κύανος ), ponownie ze względu na jego pochodzenie od błękitu pruskiego.
Produkcja i synteza
Cyjanowodór powstaje w co najmniej ograniczonych ilościach z wielu kombinacji wodoru, węgla i amoniaku . Cyjanowodór jest obecnie wytwarzany w dużych ilościach w kilku procesach, a także jako odzyskany produkt odpadowy z produkcji akrylonitrylu . W 2006 roku w Stanach Zjednoczonych wyprodukowano od 500 milionów do 1 miliarda funtów (od 230 000 do 450 000 t).
Najważniejszym procesem jest utlenianie Andrussowa wynalezione przez Leonida Andrussowa w IG Farben, w którym metan i amoniak reagują w obecności tlenu w temperaturze około 1200 °C (2190 °F) na katalizatorze platynowym :
- 2 CH 4 + 2 NH 3 + 3 O 2 → 2 HCN + 6 H 2 O
Energia potrzebna do reakcji jest dostarczana przez częściowe utlenianie metanu i amoniaku.
Mniejsze znaczenie ma proces Degussa (proces BMA ), w którym nie dodaje się tlenu, a energia musi być przekazywana pośrednio przez ścianę reaktora:
- CH 4 + NH 3 → HCN + 3H 2
Reakcja ta jest podobna do reformingu parowego , reakcji metanu i wody dającej tlenek węgla i wodór .
W procesie Shawinigana węglowodory , np. propan , poddaje się reakcji z amoniakiem. W laboratorium małe ilości HCN są wytwarzane przez dodanie kwasów do soli cyjankowych metali alkalicznych :
- H + + NaCN → HCN + Na +
Ta reakcja jest czasami podstawą przypadkowych zatruć, ponieważ kwas przekształca nielotną sól cyjankową w gazowy HCN.
Historyczne metody produkcji
Duże zapotrzebowanie na cyjanki do operacji wydobywczych w latach 90. XIX wieku zostało zaspokojone przez George'a Thomasa Beilby'ego , który w 1892 roku opatentował metodę wytwarzania cyjanowodoru przez przepuszczanie amoniaku nad rozżarzonym węglem. Metoda ta była stosowana do czasu, gdy Hamilton Castner w 1894 r. opracował syntezę z węgla , amoniak i sód dające cyjanek sodu , który reaguje z kwasem, tworząc gazowy HCN.
Aplikacje
HCN jest prekursorem cyjanku sodu i cyjanku potasu , które są wykorzystywane głównie w górnictwie złota i srebra oraz do galwanizacji tych metali. Za pośrednictwem cyjanohydryn z HCN wytwarza się różne użyteczne związki organiczne, w tym monomer metakrylanu metylu , aceton , aminokwas metioninę , poprzez syntezę Streckera oraz czynniki chelatujące EDTA i NTA . Przez hydrocyjanowania procesie HCN jest dodawany do butadienu , otrzymując adyponitrylu , prekursor nylonu-6,6 .
HCN jest używany na całym świecie jako fumigant przeciwko wielu gatunkom szkodników, które atakują zakłady produkujące żywność. Zarówno jego skuteczność, jak i sposób aplikacji prowadzą do bardzo małych ilości użytego fumigantu w porównaniu z innymi substancjami toksycznymi stosowanymi w tym samym celu. Stosowanie HCN jako fumigantu ma również minimalny wpływ na środowisko w porównaniu z podobnymi strukturalnymi cząsteczkami fumigantu, takimi jak fluorek sulfurylu i bromek metylu
Występowanie
HCN można uzyskać z owoców z pestką , takich jak wiśnie , morele , jabłka i gorzkie migdały , z których wytwarzany jest olej migdałowy i aromat. Wiele z tych jamek zawiera niewielkie ilości cyjanohydryn, takich jak mandelonitryl i amigdalina , które powoli uwalniają cyjanowodór. Sto gramów zmiażdżonych nasion jabłek może dać około 70 mg HCN. Tak zwane „gorzkie” korzenie manioku mogą zawierać do 1 grama HCN na kilogram. Niektóre krocionogi , takie jak Harpaphe haydeniana , Desmoxytes purpurosea i Apheloria, uwalniają cyjanowodór jako mechanizm obronny, podobnie jak niektóre owady, takie jak ćma biszkoptowa i larwy Paropsisterna eucalyptus . Cyjanowodór znajduje się w spalinach pojazdów oraz w dymie ze spalania tworzyw sztucznych zawierających azot .
HCN na Tytanie
HCN został zmierzony w atmosferze Tytana przez cztery instrumenty sondy kosmicznej Cassini , jeden instrument na Voyager i jeden instrument na Ziemi. Jeden z tych pomiarów miał miejsce in situ, gdzie sonda Cassini zanurzyła się między 1000 a 1100 km (620 i 680 mil) nad powierzchnią Tytana, aby zebrać gaz atmosferyczny do analizy spektrometrii masowej . HCN początkowo powstaje w atmosferze Tytana w wyniku reakcji fotochemicznie wytworzonych rodników metanowych i azotowych, które przechodzą przez półprodukt H 2 CN, np. (CH 3 + N → H 2 CN + H → HCN + H 2 ). Promieniowanie ultrafioletowe rozbija HCN na CN + H; Jednakże, CN skutecznie w HCN zawraca się na drodze reakcji CN + CH 4 → HCN + CH 3 .
HCN na młodej Ziemi
Postulowano, że węgiel z kaskady asteroid (znanej jako Późne Ciężkie Bombardowanie ), powstałego w wyniku interakcji Jowisza i Saturna, wysadził w powietrze powierzchnię młodej Ziemi i reagował z azotem w ziemskiej atmosferze, tworząc HCN.
HCN u ssaków
Niektórzy autorzy wykazali, że neurony mogą wytwarzać cyjanowodór po aktywacji ich receptorów opioidowych przez endogenne lub egzogenne opioidy. Wykazali również, że neuronalna produkcja HCN aktywuje receptory NMDA i odgrywa rolę w transdukcji sygnału między komórkami neuronalnymi ( neurotransmisja ). Co więcej, zwiększona endogenna produkcja HCN w neuronach pod wpływem opioidów była najwyraźniej potrzebna do odpowiedniej analgezji opioidowej , ponieważ działanie przeciwbólowe opioidów było osłabione przez zmiatacze HCN. Uważali, że endogenny HCN jest neuromodulatorem .
Wykazano również, że chociaż stymulacja muskarynowych receptorów cholinergicznych w hodowanych komórkach pheochromocytoma zwiększa wytwarzanie HCN, w żywym organizmie ( in vivo ) muskarynowa stymulacja cholinergiczna faktycznie zmniejsza wytwarzanie HCN.
Leukocyty wytwarzają HCN podczas fagocytozy i mogą zabijać bakterie , grzyby i inne patogeny, wytwarzając kilka różnych toksycznych substancji chemicznych, z których jedną jest cyjanowodór.
Wykazano, że w rozszerzaniu naczyń spowodowanym przez nitroprusydek sodu pośredniczy nie tylko wytwarzanie NO, ale także wytwarzanie endogennego cyjanku, co dodaje nie tylko toksyczność, ale także pewną dodatkową skuteczność przeciwnadciśnieniową w porównaniu z nitrogliceryną i innymi niecyjanogennymi azotanami, które nie powodują wzrost poziomu cyjanku we krwi.
HCN jest składnikiem dymu tytoniowego .
HCN i pochodzenie życia
Cyjanowodór był omawiany jako prekursor aminokwasów i kwasów nukleinowych i sugeruje się, że odegrał rolę w powstawaniu życia . Chociaż związek tych reakcji chemicznych z pochodzeniem teorii życia pozostaje spekulacyjny, badania w tym obszarze doprowadziły do odkrycia nowych ścieżek do związków organicznych pochodzących z kondensacji HCN (np. adeniny ).
HCN w kosmosie
HCN wykryto w ośrodku międzygwiazdowym iw atmosferach gwiazd węglowych . Od tego czasu szeroko zakrojone badania badały ścieżki powstawania i niszczenia HCN w różnych środowiskach i badały jego zastosowanie jako znacznika dla różnych gatunków i procesów astronomicznych. HCN można obserwować z teleskopów naziemnych przez szereg okien atmosferycznych . Zaobserwowano wszystkie przejścia czysto rotacyjne J=1→0, J=3→2, J= 4→3 i J=10→9 .
HCN powstaje w obłokach międzygwiazdowych jednym z dwóch głównych szlaków: poprzez reakcję neutralno-obojętną (CH 2 + N → HCN + H) oraz poprzez rekombinację dysocjacyjną (HCNH + + e − → HCN + H). Szlak rekombinacji dysocjacyjnej dominuje w 30%; jednak HCNH + musi mieć postać liniową. Rekombinacja dysocjacyjna z jego izomerem strukturalnym, H 2 NC + , wytwarza wyłącznie izocyjanowodór (HNC).
HCN jest niszczony w chmurach międzygwiazdowych poprzez szereg mechanizmów zależnych od lokalizacji w chmurze. W regionach zdominowanych przez fotony (PDR) dominuje fotodysocjacja, wytwarzając CN (HCN + ν → CN + H). Na dalszych głębokościach dominuje fotodysocjacja wywołana promieniowaniem kosmicznym, wytwarzając CN (HCN + cr → CN + H). W ciemnym jądrze niszczą go dwa konkurujące mechanizmy, tworząc HCN + i HCNH + (HCN + H + → HCN + + H; HCN + HCO + → HCNH + + CO). Reakcja z HCO + dominuje ~3,5-krotnie. HCN został wykorzystany do analizy różnych gatunków i procesów w ośrodku międzygwiazdowym. Sugerowano, że może być wskaźnikiem gęstego gazu molekularnego oraz wskaźnikiem napływu gwiazd w obszarach formowania się gwiazd o dużej masie. Ponadto wykazano, że stosunek HNC/HCN jest doskonałą metodą rozróżniania między regionami PDR a regionami zdominowanymi przez promieniowanie rentgenowskie (XDR).
W dniu 11 sierpnia 2014 r astronomowie wydany badania stosując Atacama dużej milimetr / submillimeter Array (ALMA), po raz pierwszy, że szczegółowy rozkład HCN HNC , H 2, CO i pyłów wewnątrz comae z komety C / 2012 F6 ( Lemmon) i C/2012 S1 (ISON) .
W lutym 2016 roku ogłoszono, że ślady cyjanowodoru znaleziono w atmosferze gorącej super-Earth 55 Cancri e za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a .
Jako trucizna i broń chemiczna
Podczas I wojny światowej cyjanowodór był używany przez Francuzów od 1916 roku jako broń chemiczna przeciwko państwom centralnym , a przez Stany Zjednoczone i Włochy w 1918 roku. Ze względu na warunki pogodowe nie był on wystarczająco skuteczny. Gaz jest lżejszy od powietrza i szybko rozprasza się w atmosferze. Szybkie rozcieńczanie sprawiło, że jego zastosowanie w terenie stało się niepraktyczne. W przeciwieństwie do tego, gęstsze środki, takie jak fosgen lub chlor, miały tendencję do pozostawania na poziomie gruntu i zatapiania się w okopach na polach bitew Frontu Zachodniego. W porównaniu z takimi środkami cyjanowodór musiał być obecny w wyższych stężeniach, aby był śmiertelny.
Stężenie cyjanowodoru 100-200 ppm w powietrzu do oddychania zabije człowieka w ciągu 10 do 60 minut. Stężenie cyjanowodoru 2000 ppm (około 2380 mg/m 3 ) zabije człowieka w około minutę. Efekt toksyczny spowodowany jest działaniem jonu cyjankowego, który wstrzymuje oddychanie komórkowe . Działa jako niekonkurencyjny inhibitor enzymu w mitochondriach zwanego oksydazą cytochromu c . Jako taki, cyjanowodór jest powszechnie wymieniany wśród broni chemicznej jako czynnik krwi .
W konwencji o broni chemicznej wymienia ją pod Wykazie 3 jako broni, która ma szeroką skalę zastosowań przemysłowych. Kraje sygnatariusze muszą zadeklarować zakłady produkcyjne, które produkują ponad 30 ton metrycznych rocznie, oraz zezwolić na inspekcję Organizacji ds. Zakazu Broni Chemicznej .
Może jej najbardziej niesławny stosowanie jest cyklon B (niem Cyklon B , przy czym B stały dla Blausäure - kwas cyjanowodorowy, ponadto, w odróżnieniu od wcześniejszych produktów zostaje później znana jako cyklon A) był stosowany w niemieckich nazistowskich obozów śmierci w świecie II wojna o masowe zabijanie w ramach ich programu ludobójstwa „ Ostateczne rozwiązanie ”. Cyjanowodór był również używany w obozach do odwszania odzieży w próbach zwalczania chorób przenoszonych przez wszy i inne pasożyty. Jeden z oryginalnych czeskich producentów kontynuował produkcję Cyklonu B pod nazwą handlową „Uragan D2” do niedawna.
Cyjanowodór był również środkiem stosowanym w egzekucjach sądowych w niektórych stanach USA , gdzie powstał podczas egzekucji w wyniku działania kwasu siarkowego na cyjanek sodu lub potasu .
Pod nazwą kwas pruski , HCN był używany jako środek zabijający w harpunach wielorybniczych , chociaż okazał się dość niebezpieczny dla załogi , która go używała i szybko został porzucony. Od połowy XVIII wieku był używany w wielu morderstwach i samobójstwach zatruwających.
Gazowy cyjanowodór w powietrzu jest wybuchowy w stężeniach powyżej 5,6%. To stężenie znacznie przekracza poziom toksyczny.
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- Institut national de recherche et de sécurité (1997). „ Cyanure d'hydrogène et solutions aqueuses ”. Fiche toxicologique nr 4 , Paryż:INRS, 5 s. (plik PDF, w języku francuskim )
- Międzynarodowa Karta Bezpieczeństwa Chemicznego 0492
- Cyjanowodór i cyjanki ( CICAD 61)
- Krajowy spis zanieczyszczeń: Arkusz informacyjny dotyczący związków cyjanku
- Kieszonkowy przewodnik NIOSH po zagrożeniach chemicznych
- Zakład Rewizji Zdrowotnej
- Gęstość gazowego cyjanowodoru