HYPOKLORSYRA (HCLO): STRUKTUR, EGENSKAPER, ANVÄNDNINGAR, SYNTES - KEMI - 2025

Den hypoklorsyra är en oorganisk förening med den kemiska formeln HCIO. Det motsvarar den minst oxiderade av kloroxo-syrorna, eftersom den endast innehåller en syreatom. Från den härledar de hypokloritanjonen, ClO ^- , och dess salter, allmänt använda som kommersiella desinfektionsmedel för vatten.

HClO är det starkaste oxiderande och antimikrobiella medlet som alstras när klorgas upplöses i vatten. Dess antiseptiska verkan har varit känd i mer än ett sekel, redan innan klorlösningar användes för att rengöra soldatens sår under första världskriget.

Hypoklorsyramolekyl representerad av en boll-och-stick-modell. Källa: Ben Mills och Jynto

Dess upptäckt går faktiskt tillbaka till år 1834 av den franska kemisten Antoine Jérôme Balard, som uppnådde den partiella oxidationen av klor genom att bubbla det i en vattenhaltig suspension av kvicksilveroxid, HgO. Sedan dess har det använts som ett desinfektionsmedel och ett antiviralt medel.

Kemiskt sett är HClO ett oxidationsmedel som slutar ge upp sin kloratom till andra molekyler; det vill säga, med det kan klorerade föreningar syntetiseras, eftersom de är kloroaminer av stor betydelse vid utvecklingen av nya antibiotika.

På 1970-talet upptäcktes att kroppen naturligt kan producera denna syra genom verkan av enzymet myeloperoxidas; enzym som verkar på peroxider och kloridanjoner under fagocytos. Således, från samma organisme kan denna "mördare" av inkräktare dyka upp, men i en ofarlig skala för sitt eget välbefinnande.

Strukturera

Den övre bilden visar strukturen för HClO. Observera att formeln strider mot strukturen: molekylen är HO-Cl och inte H-Cl-O; emellertid, den senare är vanligen föredraget, för att kunna jämföra det direkt med sina mer oxiderade motsvarigheter: HCIO ₂ , HCIO ₃ och HCIO ₄ .

Kemisk struktur för hypoklorsyra.

Det sura väte, H ⁺ , frisatt av HClO är beläget i OH-gruppen fäst vid kloratom. Notera också de anmärkningsvärda längdskillnaderna i OH- och Cl-O-bindningarna, varvid de senare är de längsta på grund av den mindre överlappningsgraden av klororbitalerna, mer diffusa med syre.

HOCl-molekylen kan knappt förbli stabil under normala förhållanden; Den kan inte isoleras från dess vattenlösningar utan att vara oproportionerlig eller utsläppt som klorgas, Cl ₂ .

Därför finns det inga vattenfria kristaller (inte ens hydrater därav) av hypoklorsyra; Och hittills finns det inte någon indikation på att de kan beredas med extravaganta metoder. Om de kunde kristallisera, skulle HClO-molekylerna interagera med varandra genom sina permanenta dipoler (negativa laddningar riktade mot syre).

Egenskaper

Aciditet

HClO är en monoprotinsyra; det vill säga att du bara kan donera en H ⁺ till det vattenhaltiga mediet (som är där det bildas):

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

Från detta jämviktsekvationen det konstateras att en minskning i H ₃ O ⁺ joner (en ökning av basiciteten av mediet) gynnar bildningen av mer hypoklorit anjoner, clo ^- . Följaktligen måste pH-värdet vara basiskt , om en lösning av ClO ^- hålls relativt stabil , vilket uppnås med NaOH.

Dess dissociation konstant, pKa, gör det tveksamt att HClO är en svag syra. Därför, när hantering koncentrerades den, bör man inte bekymra sig så mycket om H ₃ O ⁺ -joner , utan om HCIO själv (med tanke på dess höga reaktivitet och inte på grund av dess korrosivitet).

Oxiderande medel

Det nämndes att kloratom i HClO har ett oxidationsnummer på +1. Detta innebär att det knappast kräver förstärkningen hos en enda elektron att återgå till sitt grundtillstånd (Cl ⁰ ) och för att kunna bilda den Cl ₂ -molekylen . Följaktligen kommer HCIO reduceras till Cl ₂ och H ₂ O, oxiderar en annan art snabbare jämfört med samma Cl ₂ eller ClO ^- :

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

Denna reaktion tillåter oss redan att se hur stabil HClO är i sina vattenhaltiga lösningar.

Dess oxiderande effekt inte bara mäts genom bildning av Cl ₂ , utan även genom dess förmåga att ge upp sin kloratom. Till exempel kan den reagera med kvävehaltiga arter (inklusive ammoniak och kvävebas) för att producera kloroaminer:

HCIO + NH → N-Cl + H ₂ O

Notera att en NH-bindning bryts, av en aminogrupp (-NH ₂ ) för det mesta, och ersätts av en N-Cl. Samma sak händer med OH-bindningarna för hydroxylgrupper:

HCIO + OH → O-Cl + H ₂ O

Dessa reaktioner är avgörande och förklarar desinficering och antibakteriell verkan av HClO.

Stabilitet

HClO är instabil nästan överallt där du tittar på den. Exempelvis är hypokloritanjonen oproportionerlig i klorarter med oxidationsantal på -1 och +5, mer stabila än +1 i HClO (H ⁺ Cl ⁺ O ^2- ):

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

Denna reaktion skulle återigen förskjuta jämvikten mot försvinnandet av HClO. Likaså deltar HClO direkt i en parallell jämvikt med vatten och klorgas:

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

Det är därför försöker värma en lösning av HCIO att koncentrera det (eller isolera den) leder till produktionen av Cl ₂ , vilken identifieras som en gul gas. På samma sätt kan dessa lösningar inte utsättas för ljus för länge eller för närvaron av metalloxider, eftersom de sönderdelas Cl ₂ (HClO försvinner ännu mer):

2cl ₂ + 2H ₂ O → 4HCl + O ₂

HCI reagerar med HCIO att generera mer Cl ₂ :

HCIO + HCl → Cl ₂ + H ₂ O

Och så vidare tills det inte finns mer HClO.

Syntes

Vatten och klor

En av metoderna för framställning eller syntes av hypoklorsyra har redan förklarats implicit: genom att lösa klorgas i vatten. Annan ganska lika metod består i upplösning av anhydriden av denna syra i vatten: diklor kolmonoxid, Cl ₂ O:

Cl ₂ O (g) + H ₂ O (l) ↔ 2HClO (aq)

Återigen finns det inget sätt att isolera den rena HCIO, eftersom avdunstning av vattnet skulle förskjuta jämvikten till bildandet av Cl ₂ O, en gas som skulle undkomma från vattnet.

Å andra sidan har det varit möjligt att framställa mer koncentrerade lösningar av HClO (20%) med användning av kvicksilveroxid, HgO. För att göra detta löses klor i en volym vatten precis vid dess fryspunkt, på ett sådant sätt att klorerad is erhålls. Sedan omrörs samma is, och när den smälter blandas den med HgO:

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

20% HClO-lösningen kan slutligen destilleras under vakuum.

Elektrolys

En enklare och säkrare metod för att framställa hypoklorsyralösningar är att använda saltlösningar som råmaterial istället för klor. Saltlaken är rika på kloridjoner, Cl ^- , som genom en elektrolysprocess kan oxideras till Cl ₂ :

2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^-

2cl ^- ↔ 2e ^- + Cl ₂

Dessa två reaktioner inträffar vid anoden, där klor produceras som omedelbart upplöses för att ge upphov till HClO; medan i katodfacket reduceras vattnet:

2H ₂ O + 2e ^- → 2OH ^- + H ₂

På detta sätt kan HClO syntetiseras i kommersiell till industriell skala; och dessa lösningar erhållna från saltlösningar är i själva verket de kommersiellt tillgängliga produkterna av denna syra.

tillämpningar

Allmänna funktioner

HClO kan användas som ett oxidationsmedel för att oxidera alkoholer till ketoner och för att syntetisera kloroaminer, kloroamider eller klorohydriner (utifrån alkenerna).

Men alla dess andra användningar kan omfatta i ett ord: biocid. Det är en mördare av svampar, bakterier, virus och en neutralisator av toxiner som frisätts av patogener.

Vårt kropps immunsystem syntetiserar sin egen HClO genom verkan av enzymet myeloperoxidas, vilket hjälper de vita blodkropparna att utrota de inkräktare som orsakar infektionen.

Otaliga studier antyder olika mekanismer för verkan av HClO på den biologiska matrisen. Detta donerar sin kloratom till aminogrupperna i vissa proteiner och oxiderar också deras SH-grupper närvarande till SS-disulfidbroar, vilket resulterar i deras denaturering.

På samma sätt stoppar DNA-replikering genom att reagera med kvävebaser, det påverkar fullständig oxidation av glukos, och det kan också deformera cellmembranet. Alla dessa åtgärder slutar med att bakterierna dör.

Desinfektion och rengöring

Det är därför HClO-lösningar hamnar i bruk för att:

-Behandling av smittsamma och gangrenösa sår

-Desinfekt vattenförsörjning

-Steriliseringsmedel för kirurgiskt material eller verktyg som används inom veterinärmedicin, medicin och tandvård

-Disinfektionsmedel av alla typer av ytor eller föremål i allmänhet: barer, ledstänger, kaffemaskiner, keramik, glasbord, räknare för laboratorier etc.

-Syntetisera kloroaminer som fungerar som mindre aggressiva antibiotika, men samtidigt mer hållbara, specifika och stabila än HClO själv

risker

HClO-lösningar kan vara farliga om de är mycket koncentrerade, eftersom de kan reagera våldsamt med arter som är benägna att oxidera. Dessutom tenderar de att släppa gasformigt klor när de destabiliseras, så de måste förvaras under ett strikt säkerhetsprotokoll.

HClO är så reaktiv mot bakterier att där den vattnas försvinner den omedelbart utan att utgöra en risk senare för dem som berör ytorna behandlade av den. Samma sak händer i organismen: den sönderdelas snabbt eller neutraliseras av alla arter i den biologiska miljön.

När den genereras av kroppen själv är det antagligen att den tål låga koncentrationer av HClO. Men om det är mycket koncentrerat (används för syntetiska ändamål och inte desinfektionsmedel) kan det ha oönskade effekter genom att också attackera friska celler (till exempel huden).

referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi . (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
2. Gottardi, W., Debabov, D., & Nagl, M. (2013). N-kloraminer, en lovande klass av väl tolererade lokala antininfektionsmedel. Antimikrobiella medel och kemoterapi, 57 (3), 1107–1114. doi: 10.1128 / AAC.02132-12
3. Av Jeffrey Williams, Eric Rasmussen & Lori Robins. (06 oktober 2017). Hypoklorsyra: utnyttjar ett medfött svar. Återställs från: infektionskontroll.tips
4. Hydroinstrument. (Sf). Grundläggande kemi för klorering. Återställd från: hydroinstruments.com
5. Wikipedia. (2019). Hypoklorsyra. Återställd från: en.wikipedia.org
6. Serhan Sakarya et al. (2014). Hypoklorsyra: ett idealiskt sårskyddsmedel med kraftfull mikrobicid, antibiofilm och sårläkningskraft. HMP-sår. Återställs från: woundsresearch.com
7. PrebChem. (2016). Beredning av hypoklorsyra. Återställs från: prepchem.com