Циановодород

Циановодородът (или още циановодородна или синилна киселина) е неорганично химично съединение с химична формула HCN. Представлява безцветна, силно летлива, лесноподвижна течност с характерен мирис. Кипи малко над стайна температура – при 25,6 °С. Силна отрова. Произвежда се в промишлен мащаб и е ценна суровина за много химични съединения – от полимери на фармацевтични ,

Циановодородната киселина се съдържа в някои растения, коксовия газ, цигарения дим, отделя се по време на термично разлагане на найлон и полиуретан. Смесва се във всякакви съотношения с вода, етанол, етилов етер. Молекулата му е силно полярна.

Структура и общи свойства

Циановодородът има линейна молекула, с тройна връзка между въглерод и азот. Синилната киселина съществува в две таутомерни форми:

$\mathrm {H\!-\!C\!\equiv \!N\rightleftharpoons H\!-\!N\!\equiv \!C} .$$\mathrm {H\!-\!C\!\equiv \!N\rightleftharpoons H\!-\!N\!\equiv \!C} .$

При стайна температура равновесието на превръщане на циановодорода в изоциановодород е изместено вляво. Доказано е, че по-нестабилният изоциановодород е по-токсичен.

Циановодородът е много слаба киселина с pK_a от 9,2. Той частично йонизира във воден разтвор, за да се даде на цианиден анион, CN-. Разтворът на циановодород във вода, означаван с HCN, се нарича циановодородна киселина. Солите на цианидния анион са известни като цианиди.

HCN има слаб мирис на горчив бадем, който някои хора не са в състояние да усетят поради генетична особеност. Летливото съединение се използва като отрова за вдишване от гризачи, като бойно отровно вещество, както и за убийството на китове. Цианидните йони взаимодействат с желязо-съдържащите дихателни ензими, което довежда до спиране на дишането.

История на откриването

Циановодородът е изолиран за пръв път от син пигмент (пруско синьо), който е известен от 1704 г., но чиято структура е неизвестен. Сега е известно, да бъде координация полимер със сложна структура и емпирична формула хидратиран железен фероцианид. През 1752 г. френският химик Пиер Macquer направи важна стъпка, показваща, че пруската синьо може да се превръща в железен оксид плюс летлив компонент и че те биха могли да бъдат използвани за възстановяване нея. [11] Новият компонент е това, което ние днес познаваме като водород цианид. След олово Macquer, тя за първи път е получен от пруска синя от шведския химик Карл Вилхелм Шееле през 1782 година, [12] и в крайна сметка бе дадена на немския име Blausäure (Литература „Blue киселина“) поради киселата си природа във вода и техни производни от пруска синя. На английски език стана известно, популярно като циановодородна киселина.

През 1787 г. френския химик Клод Луи Бертоле показа, че циановодородна киселина не съдържа кислород, [13] представлява важен принос за киселина теория, която бе дотогава постулира, че киселини трябва да съдържат кислород [14] (оттук и името на самия кислород, който се извлича от гръцки елементи, които означават „киселинно-бивша“ и също са calqued на немски като Sauerstoff). През 1811 Луи Жозеф Гей-Люсак получен чист, втечнен циановодород. [15] През 1815 г. гей-Lussac извежда химична формула циановодородна киселина в. [16] Радикалното цианид в циановодород е дала името си от циан, не само английска дума за нюанс на синьото, а гръцката дума за синя (древногръцки: κυανοῦς), отново поради своята деривация от пруска синя.

Производство и синтез

Циановодород форми в най-малко ограничени количества от много комбинации на водород, въглерод, и амоняк. Циановодородът в момента се произвежда в големи количества от няколко процеса, както и да бъде възстановено отпадъчен продукт от производството на акрилонитрил. [7] През 2006 г. между 500 милиона и £ 1.0 милиарда са произведени в САЩ. [17]

Най-важното е процес на окисление Andrussow изобретен от Леонид Andrussow на IG Farben в която метан и амоняк реагира в присъствието на кислород при около 1200 ° С в продължение на платинов катализатор: [18]

2 CH4 + 2 NH3 + 3 O2 → 2 HCN + 6 H2O

Времето, необходимо за реакцията енергия се осигурява от частичното окисляване на метан и амоняк.

По-малко значение е процесът Degussa (BMA процес), в която не се добавя кислород и енергията трябва да се прехвърли индиректно през стената на реактора: [19]

CH4 + NH3 → HCN + 3H2

Тази реакция е равносилна на риформинг с водна пара, реакцията на метан и вода до получаване на въглероден оксид и водород.

В процеса Shawinigan, въглеводороди, например пропан, се привежда във взаимодействие с амоняк. В лабораторията малки количества HCN се произвеждат чрез добавяне на киселини, за да цианидни соли на алкални метали:

Н + + NaCN → HCN + Na +

Тази реакция понякога е на базата на случайни отравяния, тъй като киселината се превръща енергонезависима цианидна сол в газообразно HCN.

Исторически методи на производство

Търсенето на цианиди в минната операции през 1890 бе посрещнат от George Thomas Beilby, които патентован метод за получаването на циановодород чрез преминаване амоняк над нажежен въглища през 1892 г. е бил използван този метод, докато Хамилтън Castner през 1894 г., разработен синтеза, започвайки от въглища, амоняк и натриев се получават натриев цианид, който реагира с киселина, за да се образува газообразен HCN.

Приложения

HCN е предшественик на натриев цианид и калиев цианид, които се използват главно в злато и сребро добив и за галванични тези метали. Чрез посредничеството на цианохидрини, разнообразие от полезни органични съединения се получават от HCN включително метил метакрилат мономер, от ацетон, аминокиселината метионин, чрез синтеза Strecker, и хелатиращи агенти EDTA и NTA. Чрез процеса на хидроцианиране, HCN се добавя към бутадиен до получаване на адипонитрил, прекурсор на найлон 66. [7] Събитие

HCN се получи от плодове, които имат една яма, като череши, кайсии, ябълки, и горчиви бадеми, от които са изработени бадемово масло и ароматни вещества. Много от тези вдлъбнатини съдържат малки количества цианохидрини като mandelonitrile и амигдалин, която бавно освобождава циановодород. [20] [21] Сто грама смачкани ябълки семена могат да доведат до около 70 мг на HCN. [22] Някои стоножки освобождават циановодород като защитен механизъм, [23], както направи някои насекоми, като например някои Бърнет молци. Циановодородът се съдържа в изгорелите газове от превозните средства, в тютюна и дърво дим, и в дим от изгарянето на азот-съдържащи пластмаси. Така наречените „горчиви“ корени на растението маниока могат да съдържат до 1 грам HCN за килограм. [24] [25] HCN в бозайници и в човека

Някои автори са показали, че невроните могат да произвеждат циановодород при активиране на техните опиоидните рецептори от ендогенни или екзогенни опиоиди. Те също така показва, че производството на невроните на HCN активира NMDA рецептори и играе роля в сигналната трансдукция между нервните клетки (невротрансмисия). Освен това се увеличава ендогенната продукция на невроните HCN под опиати, изглежда необходима за адекватното опиоидна аналгезия, като аналгетично действие на опиатите се отслабва от HCN чистачи. Те смятат, че ендогенната HCN да бъде невромадулатор. [26]

Показано е също така, че докато стимулиране на мускариновите холинергични рецептори в култивирани феохромоцитомни клетки увеличава производството на HCN, в жив организъм (ин виво) мускаринов холинергична стимулация действително намалява производството на HCN. [27]

Левкоцитите генерират HCN време фагоцитозата и могат да убиват бактерии, гъбички и други патогени, чрез генериране на няколко различни токсични химикали, един от тях е циановодород. [26]

Вазодилатацията, причинена от натриев нитропрусид, е показано, че се медиира не само без производство, но също така и от ендогенни поколение цианид, което допринася не само токсичност, но също така и някои допълнителни антихипертензивна ефикасност в сравнение с нитроглицерин и други не-цианогенни нитрати, които направи не предизвика нива на цианиди в кръвта, за да се повишат. [28] HCN и произхода на живота

Циановодородът се обсъжда като прекурсор на аминокиселини и нуклеинови киселини. Например, HCN се предлага да са изиграли роля в зараждането на живота. [29] Въпреки че връзката на тези химични реакции към произхода на живота теория остава спекулативно, проучвания в тази област са довели до открития на нови пътища към органични съединения получен от кондензацията на HCN. [30] HCN в космоса Вижте също: Astrochemistry

HCN е била открита в междузвездното пространство. [31] От тогава, обширни изследвания са сондирани за учредяване и унищожаване пътища на HCN в различни среди и изследват използването му като индикатор за различни астрономически видове и процеси. HCN може да се наблюдава от наземни телескопи чрез редица атмосферните прозорци. [32] J = 1 → 0, J = 3 → 2, J = 4 → 3 и J = 10 → 9 чисти ротационни преходи, бяха наблюдаваното. [31] [33] [34]

HCN се образува в междузвездните облаци чрез един от два основни пътя: [35] чрез неутрален неутрална реакция (СН2 + N → HCN + Н) и дисоциативно чрез рекомбинация (HCNH + + електронна → HCN + Н). Пътят с дисоциативна рекомбинация е доминираща с 30%; Въпреки това, HCNH + трябва да бъде в своята линейна форма. Дисоциативен рекомбинация с нейния структурен изомер, H2NC +, произвежда изключително водород изоцианид (HNC).

HCN, се унищожава в междузвездните облаци чрез редица механизми в зависимост от местоположението в облака. [35] В фотонно контролирани райони (PDRs), фотодисоциация доминира, произвеждащи CN (HCN + ν → CN + H). По-нататъшни дълбочини, фотодисоциация от космически лъчи доминират, произвеждащи CN (HCN + кр → CN + H). В тъмната зона, две конкурентни механизми го разрушават, образувайки HCN + и HCNH + (HCN + H + → HCN + + H; HCN + НСО + → HCNH + + CO). Реакцията с НСО + доминира с коефициент ~ 3.5. HCN е бил използван, за да се анализират различни видове и процеси в междузвездното пространство. Предполага се, като индикатор за плътния молекулярен газ [36] [37] и като индикатор на звездна приток на високо масови формиране на звезди региони. [38] Освен това, съотношението на HNC / HCN е доказано, че е отлична метод за разграничаване на PDRs и рентгенови доминираната райони (XDRs). [39]

На 11 август 2014 г., астрономите освободени проучвания, използвайки Atacama Large милиметър / Submillimeter масив (ALMA) за първи път, че детайлно разпределението на HCN, HNC, H2CO, и праха вътре в comae на комети C / 2012 F6 (Лемън) и С / 2012 S1 (постоянен фон). [40] [41] Като оръжие отрова и химическата Основна статия: Cyanide отравяне

Концентрация, циановодород от 300 мг / m3 във въздуха ще убие човек в рамките на 10 – 60 минути. [42] A цианид концентрация на 3500 PPM (около 3200 мг / m3) водород ще убие човек в около 1 минута. [42] Токсичността се дължи на цианиден йон, който спира клетъчното дишане, действайки като неконкурентен инхибитор на ензима в митохондриите, наречени цитохром с оксидазна. Конкретно CN- свързва с Fe в хема субединица в цитохроми, прекъсвайки електронен трансфер.

Циановодородът се абсорбира в носител за използване като пестицид. Под името IG Farben на марката Циклон Б (немски> Cyclone B, с B престои Blausäure – „циановодородна киселина“), [43] тя е била използвана в германския концлагер масовите убийства по време на Втората световна война. Същият продукт в момента се произвежда в Чехия под търговската марка „Uragan D2“. Циановодородът е и агент заетите в съдебната изпълнение в някои американски щати, в която е произведено по време на изпълнението чрез действието на сярна киселина на яйце размер маса от калиев цианид. [Не е достатъчно конкретна, за да се провери]

Циановодородът често вписана сред химични агенти бойни отровни известни като кръвни агенти. [44] Както е вещество, включено по списък 3 на Конвенцията за химическите оръжия като потенциален оръжие, което има големи промишлени цели, производствени предприятия в подписалите държави, които произвеждат повече от 30 тона на година, трябва да бъдат обявени до, и може да бъде инспектиран от Организацията за забрана на химическото оръжие. По време на Първата световна война, САЩ и Италия използва циановодород срещу Централните сили през 1918 г. Франция е тя, използвани в битка вече през 1916 г., но това се оказа неефективен поради физически условия. [45]

Под името циановодородна киселина, HCN е била използвана като средство за убиване на китоловните харпуни. [46] От средата на 18 век тя е била използвана в редица отравяния убийства и самоубийства. [47] Cyanide също се използва в по-големите събития на самоубийство през 20 век, включително смъртта на над 900 души в Джоунстаун и масовите самоубийства през 1945 г. нацистка Германия.

Циановодород във въздуха е взривоопасен при концентрации над 5,6%. [48] Това е далеч над нивото на неговата токсичност.