HYPOKLOORIHAPPO (HCLO): RAKENNE, OMINAISUUDET, KÄYTTÖ, SYNTEESI - KEMIA - 2026

Hypokloorihapoketta on epäorgaaninen yhdiste, jonka kemiallinen kaava on HClO. Se vastaa kloorin oksohapoista vähiten hapettuneita, koska se sisältää vain yhden happiatomin. Niistä johdetaan hypokloriitti-anioni, ClO ^-, ja sen suolat, joita käytetään laajalti kaupallisina veden desinfiointiaineina.

HClO on vahvin hapettava ja antimikrobinen aine, joka syntyy, kun kloorikaasu liukenee veteen. Sen antiseptinen vaikutus on ollut tiedossa yli vuosisadan, jopa ennen klooriliuoksia käytettiin sotilaiden haavojen puhdistamiseen ensimmäisessä maailmansodassa.

Hypokloorihappomolekyyli, jota edustaa kuula- ja sauvamalli. Lähde: Ben Mills ja Jynto

Sen löytö juontaa juurensa vuodelta 1834, jonka ranskalainen kemisti Antoine Jérôme Balard saavutti kloorin osittaisen hapettumisen kuplittamalla sitä elohopeaoksidin vesipitoiseen suspensioon (HgO). Siitä lähtien sitä on käytetty desinfiointiaineena ja viruslääkkeenä.

Kemiallisesti HClO on hapettava aine, joka lopulta luovuttaa klooriatominsa muille molekyyleille; toisin sanoen sen avulla voidaan syntetisoida kloorattuja yhdisteitä, jotka ovat klooriamiinit, joilla on suuri merkitys uusien antibioottien kehittämisessä.

1970-luvulla havaittiin, että keho kykenee tuottamaan tätä happoa luonnollisesti myeloperoksidaasi-entsyymin vaikutuksesta; entsyymi, joka vaikuttaa peroksideihin ja kloridi-anioneihin fagosytoosin aikana. Siksi samasta organismista tämä tunkeilijoiden "tappaja" voi esiintyä, mutta vaarattomassa mittakaavassa omaa hyvinvointiaan varten.

Rakenne

Yläkuva näyttää HClO: n rakenteen. Huomaa, että kaava on ristiriidassa rakenteen kanssa: molekyyli on HO-Cl eikä H-Cl-O; kuitenkin, jälkimmäinen on usein edullista, jotta voitaisiin verrata suoraan sen enemmän hapetetaan kollegansa: HClO ₂, HClO ₃ ja HClO ₄.

Hypokloorihapon kemiallinen rakenne.

HClO: n vapauttama hapan vety, H ⁺, sijaitsee klooriatomiin kiinnittyneessä OH-ryhmässä. Huomaa myös OH- ja Cl-O-sidosten huomattavat pituuserot, jälkimmäisten ollessa pisin johtuen kloorin kiertorata-alueiden pienemmästä päällekkäisyydestä, diffundimpiä hapen kanssa.

HOCl-molekyyli voi tuskin pysyä vakaana normaaleissa olosuhteissa; Sitä ei voida eristää sen vesiliuokset ilman kohtuutonta tai vapautuu kloorikaasua, Cl ₂.

Siksi hypokloorihapon ei ole vedettömiä kiteitä (ei edes niiden hydraatteja); Ja tähän mennessä ei ole myöskään viitteitä siitä, että niitä voitaisiin valmistaa ylimääräisillä menetelmillä. Jos ne voisivat kiteytyä, HClO-molekyylit olisivat vuorovaikutuksessa keskenään pysyvien dipoliensa kautta (happea kohti suuntautuneet negatiiviset varaukset).

ominaisuudet

Happamuus

HClO on monoprotinen happo; ts. voit lahjoittaa vain yhden H ⁺: n vesipitoiselle väliaineelle (missä se on muodostunut):

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

Tästä tasapainoyhtälöstä havaitaan, että H ₃ O ⁺ -ionien väheneminen (kasvualustan emäksisyyden lisääntyminen) suosii enemmän hypokloriitti-anionien muodostumista, ClO ^-. Näin ollen, jos liuos on ClO ^- on pidettävä suhteellisen vakaana, pH-arvon on oltava perustiedot, joka saavutetaan NaOH: lla.

Sen dissosiaatiovakio, pKa, tekee kyseenalaiseksi, onko HClO heikko happo. Siksi käsitellessäsi väkevöityä ei pitäisi murehtia niin paljon H ₃ O ⁺ -ioneista, vaan itse HClO: sta (ottaen huomioon sen korkea reaktiivisuus ja ei sen syövyttävyyden vuoksi).

Hapettava aine

Mainittiin, että klooriatomilla HClO: ssa on hapetusluku +1. Tämä tarkoittaa, että se tuskin vaatii vahvistusta yhden elektronin palata perustilaan (CI ⁰) ja pystyä muodostamaan Cl ₂ -molekyylin. Näin ollen, HClO alennetaan Cl ₂ ja H ₂ O, hapettamalla toinen laji nopeammin verrattuna samaan Cl ₂ tai CIO ^-:

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

Tämä reaktio antaa meille jo nähdä, kuinka vakaa HClO on sen vesiliuoksissa.

Sen hapettava teho ei mitata ainoastaan muodostamalla Cl ₂, mutta myös sen kyky luopua klooriatomi. Esimerkiksi se voi reagoida typpilajien (mukaan lukien ammoniakki ja typpipitoiset emäkset) kanssa tuottaa klooriamiineja:

HClO + NH → N-CI + H ₂ O

Huomaa, että NH-sidos on rikki, aminoryhmän (-NH ₂) suurimmaksi osaksi, ja on korvattu N-Cl. Sama tapahtuu hydroksyyliryhmien OH-sidoksilla:

HClO + OH → O-CI + H ₂ O

Nämä reaktiot ovat tärkeitä ja selittävät HClO: n desinfioivan ja antibakteerisen vaikutuksen.

pysyvyys

HClO on epävakaa melkein missä vain katsot sitä. Esimerkiksi hypokloriitti-anioni on suhteeton kloorilajeissa, joiden hapettumisluvut ovat -1 ja +5, vakaampia kuin +1 HClO: ssa (H ⁺ Cl ⁺ O ²):

3ClO ^- (aq) ↔ 2CI ^- (aq) + CIO ₃ ^- (aq)

Tämä reaktio siirtäisi jälleen tasapainoa kohti HClO: n katoamista. Samoin HClO osallistuu suoraan rinnakkaiseen tasapainoon veden ja kloorikaasun kanssa:

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

Siksi HClO-liuoksen yrittäminen lämmittää sen väkevöimiseksi (tai eristämiseksi) johtaa Cl _2: n tuotantoon, joka tunnistetaan keltaiseksi kaasuksi. Samoin näitä liuoksia ei voida altistaa valolle liian kauan eikä metallioksidien läsnäollessa, koska ne hajoavat Cl _{2: ta} (HClO katoaa vielä enemmän):

2cl ₂ + 2H ₂ O → 4HCl + O ₂

HCl reagoi HClO: n kanssa tuottaakseen lisää Cl ₂:

HClO + HCI: → Cl ₂ + H ₂ O

Ja niin edelleen, kunnes HClO: ta ei ole enää.

Synteesi

Vesi ja kloori

Yksi menetelmistä hypokloorihapon valmistamiseksi tai syntetisoimiseksi on jo selitetty epäsuorasti: liuottamalla kloorikaasua veteen. Toinen melko samanlainen menetelmä koostuu liuottamalla anhydridi tämän hapon veteen: dikloori hiilimonoksidia, Cl ₂ O:

Cl ₂: ta (g) + H ₂ O (l) ↔ 2HClO (aq)

Tässäkään tapauksessa ei ole mitään keinoa eristää puhdasta HClO, koska haihduttamalla vesi siirtäisi tasapainoa muodostumista Cl ₂: ta, kaasua, joka voisi paeta vedestä.

Toisaalta on ollut mahdollista valmistaa väkevämpiä HClO-liuoksia (20%) käyttämällä elohopeaoksidia, HgO. Kloori liuotetaan tätä varten vesimäärään juuri sen jäätymispisteessä siten, että saadaan kloorattua jäätä. Sitten tätä samaa jäätä sekoitetaan, ja kun se sulaa, se sekoittuu HgO: n kanssa:

2cl ₂ + HgO + 12H ₂ O → 2HClO + HgO ₂ + 11H ₂ O

20-prosenttinen HClO-liuos voidaan lopulta tislata tyhjössä.

elektrolyysin

Yksinkertainen ja turvallisempi menetelmä hypokloorihappoliuosten valmistamiseksi on käyttää suolavettä raaka-aineena kloorin sijasta. Suolavedet sisältävät paljon kloridi-anioneja, Cl ^-, jotka elektrolyysimenetelmällä voidaan hapettaa Cl ₂: ksi:

2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^-

2cl ^- ↔ 2e ^- + CI ₂

Nämä kaksi reaktiota tapahtuvat anodilla, jolloin syntyy klooria, joka liukenee heti, jolloin syntyy HClO: ta; katodiosastossa ollessaan vesi vähenee:

2H ₂ O + 2e ^- → 2OH ^- + H ₂

Tällä tavalla HClO voidaan syntetisoida kaupallisesta teollisuuteen; ja nämä suolavedellä saadut liuokset ovat itse asiassa tämän hapon kaupallisesti saatavia tuotteita.

Sovellukset

Yleiset ominaisuudet

HClO: ta voidaan käyttää hapettimena alkoholien hapettamiseksi ketoneiksi ja klooriamiinien, klooriamidien tai kloorihydriinien syntetisoimiseksi (alkaaneista alkaaneista).

Kaikki muut sen käytöt voidaan kuitenkin kattaa yhdellä sanalla: biosidi. Se on sienten, bakteerien, virusten tappaja ja taudinaiheuttajien vapauttamien toksiinien neutraloija.

Kehomme immuunijärjestelmä syntetisoi omaa HClO: ta myeloperoksidaasi-entsyymin vaikutuksesta auttaen valkosoluja hävittämään tartunnan aiheuttavat tunkeilijat.

Lukemattomat tutkimukset esittävät erilaisia ​​HClO: n vaikutuksen mekanismeja biologiseen matriisiin. Tämä lahjoittaa klooriatominsa tiettyjen proteiinien aminoryhmille ja hapettaa myös niiden SH-ryhmät, jotka ovat läsnä SS-disulfidisilloissa, mikä johtaa niiden denaturoitumiseen.

Se myös pysäyttää DNA: n replikaation reagoimalla typpipitoisten emästen kanssa, vaikuttaa glukoosin täydelliseen hapettumiseen ja voi myös muuttaa solukalvon. Kaikki nämä toimet johtavat bakteereiden kuolemaan.

Desinfiointi ja puhdistus

Siksi HClO-ratkaisut lopulta ovat tottuneet:

- Tarttuvien ja gangrenoosisten haavojen hoito

- Vesihuolto puhdistetaan

-Steriloiva aine kirurgiseen materiaaliin tai työkaluihin, joita käytetään eläinlääketieteessä, lääketieteessä ja hammaslääketieteessä

-Puhdistusaine kaikenlaisille pinnoille tai esineille yleensä: tangot, kaiteet, kahvinkeittimet, keramiikka, lasipöydät, laboratoriotiskit jne.

- Syntetisoivat klooriamiinit, jotka toimivat vähemmän aggressiivisina antibiooteina, mutta samalla kestävämpiä, spesifisempiä ja stabiilempia kuin itse HClO

riskit

HClO-liuokset voivat olla vaarallisia, jos ne ovat erittäin väkeviä, koska ne voivat reagoida kiivaasti hapettumiseen alttiiden lajien kanssa. Lisäksi niillä on taipumus vapauttaa kaasumaista klooria, kun ne ovat epävakaita, joten niitä on varastoitava tiukan turvallisuusprotokollan mukaisesti.

HClO on niin reaktiivinen bakteereihin nähden, että kun se kastellaan, se katoaa hetkessä aiheuttamatta riskiä myöhemmin niille, jotka koskettavat sen käsittelemiä pintoja. Sama tapahtuu organismin sisällä: se hajoaa nopeasti tai biologiset ympäristössä olevat lajit neutraloivat sen.

Kun elin itse tuottaa sen, on oletettavissa, että se sietää matalia HClO-pitoisuuksia. Kuitenkin, jos se on tiivistetty (käytetään synteettisiin tarkoituksiin eikä desinfiointiaineiksi), sillä voi olla ei-toivottuja vaikutuksia hyökkäämällä myös terveille (esimerkiksi ihon) soluille.

Viitteet

1. Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). Mc Graw Hill.
2. Gottardi, W., Debabov, D., ja Nagl, M. (2013). N-kloramiinit, lupaava luokka hyvin siedettyjä ajankohtaisia ​​tartunta-aineita. Mikrobilääkkeet ja kemoterapia, 57 (3), 1107–1114. doi: 10.1128 / AAC.02132-12
3. Jeffrey Williams, Eric Rasmussen ja Lori Robins. (6. lokakuuta 2017). Hypokloorivetyhappo: synnynnäisen vasteen käyttäminen. Palautettu seuraavasta: infectioncontrol.tips
4. Hydro-instrumentit. (SF). Kloorauksen peruskemia. Palautettu osoitteesta: hydroinstruments.com
5. Wikipedia. (2019). Hypokloorihappo. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
6. Serhan Sakarya et ai. (2014). Hypokloorivetyhappo: ihanteellinen haavanhoitoaine, jolla on voimakas mikrobisidinen, antibiofilmi- ja haavanparannuskyky. HMP-haavat. Palautettu osoitteesta: woundsresearch.com
7. PrebChem. (2016). Hypokloorihapon valmistus. Palautettu osoitteesta: prepchem.com