ASID HIPOKLORUS (HCLO): STRUKTUR, SIFAT, KEGUNAAN, SINTESIS - KIMIA

The asid hypochlorous adalah sebatian organik dengan formula HClO kimia. Ini sesuai dengan oksida asid klorin yang paling sedikit teroksidasi, kerana hanya mengandungi satu atom oksigen. Dari itu mereka memperoleh anion hipoklorit, ClO ^- , dan garamnya, yang banyak digunakan sebagai pembasmi kuman air komersial.

HClO adalah agen pengoksidaan dan antimikroba terkuat yang dihasilkan apabila gas klorin larut dalam air. Tindakan antiseptiknya telah diketahui selama lebih dari satu abad, bahkan sebelum larutan klorin digunakan untuk membersihkan luka para prajurit dalam Perang Dunia Pertama.

Molekul asid hipoklorus diwakili oleh model bola-dan-tongkat. Sumber: Ben Mills dan Jynto

Penemuannya sebenarnya bermula pada tahun 1834, oleh ahli kimia Perancis Antoine Jérôme Balard, yang mencapai pengoksidaan sebahagian klorin dengan menggelegaknya dalam larutan berair oksida merkuri, HgO. Sejak itu, ia digunakan sebagai pembasmi kuman dan agen antivirus.

Secara kimia, HClO adalah agen pengoksidaan yang akhirnya menyerahkan atom klorinnya kepada molekul lain; iaitu, sebatian klorin dapat disintesis, menjadi kloroamina yang sangat relevan dalam pengembangan antibiotik baru.

Pada tahun 1970-an, didapati bahawa tubuh dapat menghasilkan asid ini secara semula jadi melalui tindakan enzim myeloperoxidase; enzim yang bertindak pada peroksida dan anion klorida semasa fagositosis. Oleh itu, dari organisma yang sama "pembunuh" penceroboh ini dapat muncul, tetapi pada skala yang tidak berbahaya untuk kesejahteraannya sendiri.

Struktur

Gambar atas menunjukkan struktur HClO. Perhatikan bahawa formula bertentangan dengan struktur: molekulnya adalah HO-Cl dan bukan H-Cl-O; bagaimanapun, yang terakhir biasanya lebih disukai agar dapat membandingkannya secara langsung dengan rakan sejenisnya yang lebih teroksidasi: HClO ₂ , HClO ₃ dan HClO ₄ .

Struktur kimia asid hipoklorus.

Hidrogen berasid, H ⁺ , yang dilepaskan oleh HClO terletak dalam kumpulan OH yang melekat pada atom klorin. Perhatikan juga perbezaan panjang yang ketara dalam ikatan OH dan Cl-O, yang terakhir adalah yang terpanjang kerana tahap pertindihan orbital klorin yang lebih rendah, lebih tersebar, dengan oksigen.

Molekul HOCl hampir tidak dapat stabil dalam keadaan normal; Ia tidak dapat diasingkan dari larutan berairnya tanpa proporsional atau dibebaskan sebagai gas klorin, Cl ₂ .

Oleh itu, tidak ada kristal anhidrat (bahkan hidratnya) asid hipoklorus; Dan hingga kini, tidak ada petunjuk bahawa mereka dapat disiapkan dengan kaedah yang berlebihan. Sekiranya mereka dapat mengkristal, molekul HClO akan saling berinteraksi melalui dipol kekal mereka (cas negatif yang berorientasi oksigen).

Hartanah

Keasidan

HClO adalah asid monoprotik; iaitu, anda hanya boleh menyumbangkan satu H ⁺ ke medium berair (di mana ia terbentuk):

HClO (aq) + H ₂ O ↔ ClO ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq) (pKa = 7.53)

Daripada persamaan keseimbangan ini dapat dilihat bahawa penurunan H ₃ O ⁺ ion (peningkatan dalam kebesan sederhana) nikmat pembentukan anion lebih hipoklorit, CLO ^- . Oleh itu, jika larutan ClO ^- dijaga relatif stabil, pH mestilah asas, yang dicapai dengan NaOH.

Pemalar pemisahannya, pKa, meragukan bahawa HClO adalah asid lemah. Oleh itu, semasa mengendalikannya tertumpu, anda tidak perlu terlalu risau tentang ion H ₃ O ⁺ , tetapi mengenai HClO itu sendiri (memandangkan kereaktifan yang tinggi dan bukan kerana hakisannya).

Ejen pengoksidaan

Disebutkan bahawa atom klorin dalam HClO mempunyai bilangan pengoksidaan +1. Ini bermaksud bahawa ia tidak memerlukan keuntungan satu elektron untuk kembali ke keadaan tanahnya (Cl ⁰ ) dan dapat membentuk molekul Cl ₂ . Oleh itu, HClO akan dikurangkan menjadi Cl ₂ dan H ₂ O, mengoksidakan spesies lain dengan lebih cepat berbanding Cl ₂ atau ClO yang sama ^- :

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

Tindak balas ini telah memungkinkan kita untuk melihat seberapa stabil HClO dalam larutan berairnya.

Daya pengoksidaannya tidak hanya diukur dengan pembentukan Cl ₂ , tetapi juga oleh kemampuannya untuk melepaskan atom klorinnya. Sebagai contoh, ia boleh bertindak balas dengan spesies nitrogen (termasuk amonia dan asas nitrogen), untuk menghasilkan kloroamin:

HClO + NH → N-Cl + H ₂ O

Perhatikan bahawa ikatan NH terputus, dari kumpulan amino (-NH ₂ ) untuk sebahagian besar, dan digantikan oleh N-Cl. Perkara yang sama berlaku dengan ikatan OH kumpulan hidroksil:

HClO + OH → O-Cl + H ₂ O

Tindak balas ini sangat penting dan menjelaskan tindakan membasmi kuman dan antibakteria HClO.

Kestabilan

HClO tidak stabil hampir di mana sahaja anda melihatnya. Contohnya, anion hipoklorit tidak seimbang dalam spesies klorin dengan bilangan pengoksidaan -1 dan +5, lebih stabil daripada +1 dalam HClO (H ⁺ Cl ⁺ O ^2- ):

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

Tindak balas ini sekali lagi akan mengubah keseimbangan ke arah hilangnya HClO. Begitu juga, HClO mengambil bahagian secara langsung dalam keseimbangan selari dengan air dan gas klorin:

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

Itulah sebabnya cuba memanaskan larutan HClO untuk menumpukannya (atau mengasingkannya) menyebabkan pengeluaran Cl ₂ , yang dikenal pasti sebagai gas kuning. Begitu juga, penyelesaian ini tidak boleh terdedah kepada cahaya terlalu lama, atau kehadiran oksida logam, kerana ia menguraikan Cl ₂ (HClO semakin hilang):

2Cl ₂ + 2H ₂ O → 4HCl + O ₂

HCl bertindak balas dengan HClO untuk menghasilkan lebih banyak Cl ₂ :

HClO + HCl → Cl ₂ + H ₂ O

Dan seterusnya sehingga tidak ada lagi HClO.

Sintesis

Air dan klorin

Salah satu kaedah untuk menyediakan atau mensintesis asid hipoklorus telah dijelaskan secara implisit: dengan melarutkan gas klorin di dalam air. Kaedah lain yang serupa ialah melarutkan anhidrida asid ini di dalam air: dichloro monoxide, Cl ₂ O:

Cl ₂ O (g) + H ₂ O (l) ↔ 2HClO (aq)

Sekali lagi tidak ada cara untuk mengasingkan HClO murni, kerana penyejatan air akan mengalihkan keseimbangan ke pembentukan Cl ₂ O, gas yang akan keluar dari air.

Sebaliknya, penyediaan larutan HClO yang lebih pekat (20%) adalah mungkin dengan menggunakan oksida merkuri, HgO. Untuk melakukan ini, klorin dilarutkan dalam isipadu air tepat pada titik beku, sedemikian rupa sehingga ais berklorin diperoleh. Kemudian ais yang sama ini diaduk, dan semasa mencair, ia bercampur dengan HgO:

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

Penyelesaian HClO 20% akhirnya dapat disuling di bawah vakum.

Elektrolisis

Kaedah penyediaan larutan asid hipoklorus yang lebih mudah dan selamat adalah menggunakan air garam sebagai bahan mentah dan bukannya klorin. Air garam kaya dengan anion klorida, Cl ^- , yang melalui proses elektrolisis dapat dioksidakan menjadi Cl ₂ :

2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^-

2Cl ^- ↔ 2e ^- + Cl ₂

Kedua-dua tindak balas ini berlaku di anoda, di mana klorin dihasilkan yang segera larut sehingga menimbulkan HClO; semasa di petak katod, air berkurang:

2H ₂ O + 2e ^- → 2OH ^- + H ₂

Dengan cara ini, HClO dapat disintesis pada skala komersial hingga industri; dan penyelesaian ini yang diperoleh daripada air garam sebenarnya adalah produk asid ini yang tersedia secara komersial.

Permohonan

Ciri-ciri umum

HClO boleh digunakan sebagai agen pengoksidaan untuk mengoksidasi alkohol kepada keton, dan untuk mensintesis kloroamin, kloroamida, atau klorohidrin (bermula dari alkena).

Walau bagaimanapun, semua kegunaannya dapat diliputi dalam satu perkataan: biocide. Ia adalah pembunuh kulat, bakteria, virus, dan peneutralan racun yang dikeluarkan oleh patogen.

Sistem kekebalan tubuh kita mensintesis HClO sendiri dengan tindakan enzim myeloperoxidase, membantu sel darah putih untuk membasmi penyusup yang menyebabkan jangkitan.

Kajian yang tidak terkira menunjukkan pelbagai mekanisme tindakan HClO pada matriks biologi. Ini menyumbangkan atom klorinnya kepada kumpulan amino protein tertentu, dan juga mengoksidasi kumpulan SH mereka yang hadir ke jambatan disulfida SS, sehingga menyebabkan denaturasi mereka.

Begitu juga, ia menghentikan replikasi DNA dengan bertindak balas dengan asas nitrogen, ia mempengaruhi pengoksidaan glukosa secara lengkap, dan juga dapat merusak membran sel. Semua tindakan ini akhirnya menyebabkan kuman mati.

Pembasmian kuman dan pembersihan

Itulah sebabnya penyelesaian HClO akhirnya digunakan untuk:

-Rawatan luka berjangkit dan gangren

-Mengurangkan bekalan air

-Ejen pensterilan untuk bahan pembedahan, atau alat yang digunakan dalam perubatan veterinar, perubatan dan pergigian

-Menyingkirkan sebarang jenis permukaan atau objek secara umum: bar, pegangan tangan, mesin kopi, seramik, meja kaca, kaunter makmal, dll.

-Menyintesis kloroamin yang berfungsi sebagai antibiotik yang kurang agresif, tetapi pada masa yang sama lebih tahan lama, spesifik dan stabil daripada HClO itu sendiri

Risiko

Penyelesaian HClO boleh membahayakan jika mereka sangat pekat, kerana mereka dapat bertindak balas dengan kekerasan dengan spesies yang terdedah kepada pengoksidaan. Selain itu, mereka cenderung melepaskan klorin gas ketika tidak stabil, jadi mereka mesti disimpan di bawah protokol keselamatan yang ketat.

HClO begitu reaktif terhadap kuman sehingga di mana ia disiram, ia hilang serta merta, tanpa menimbulkan risiko kemudian bagi mereka yang menyentuh permukaan yang dirawat olehnya. Perkara yang sama berlaku di dalam organisma: ia terurai dengan cepat, atau dinetralkan oleh mana-mana spesies di persekitaran biologi.

Apabila dihasilkan oleh badan itu sendiri, dianggap bahawa ia boleh bertolak ansur dengan kepekatan HClO yang rendah. Walau bagaimanapun, jika ia sangat pekat (digunakan untuk tujuan sintetik dan bukan pembasmi kuman), ia boleh memberi kesan yang tidak diingini dengan menyerang sel yang sihat (misalnya kulit).

Rujukan

Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi keempat). Bukit Mc Graw.
Gottardi, W., Debabov, D., & Nagl, M. (2013). N-chloramines, kelas antikulat topikal yang boleh diterima dengan baik. Ejen antimikrob dan kemoterapi, 57 (3), 1107–1114. doi: 10.1128 / AAC.02132-12
Oleh Jeffrey Williams, Eric Rasmussen & Lori Robins. (06 Oktober 2017). Asid Hipoklorus: Memanfaatkan Respons Bawaan. Dipulihkan dari: jangkitancontrol.tips
Instrumen Hidro. (sf). Kimia Asas Pengklorinan. Dipulihkan dari: hydroinstruments.com
Wikipedia. (2019). Asid hipoklorus. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
Serhan Sakarya et al. (2014). Hipoklorous Asid: Ejen Penjagaan Luka Yang Ideal Dengan Mikrobisid, Antibiofilm, dan Potensi Penyembuhan Luka. Luka HMP. Dipulihkan dari: lukaresearch.com
PrebChem. (2016). Penyediaan asid hipoklorus. Dipulihkan dari: prepchem.com

ASID HIPOKLORUS (HCLO): STRUKTUR, SIFAT, KEGUNAAN, SINTESIS - KIMIA - 2026