HYPOKLORSYRE (HCLO): STRUKTUR, EGENSKAPER, BRUK, SYNTESE - KJEMI - 2026

Den underklorsyrling er en uorganisk forbindelse med den kjemiske formel HClO. Det tilsvarer det minste oksyderte av oksosyrene i klor, siden det bare inneholder ett oksygenatom. Fra den henter de hypoklorittanionen, ClO ^- , og saltene derav, mye brukt som kommersielle vanndesinfeksjonsmidler.

HClO er det sterkeste oksiderende og antimikrobielle middel som genereres når klorgass løses opp i vann. Den antiseptiske virkningen har vært kjent i mer enn et århundre, selv før klorløsninger ble brukt for å rense sårene til soldater i første verdenskrig.

Hypoklorsyremolekyl representert ved en kule-og-pinne-modell. Kilde: Ben Mills og Jynto

Oppdagelsen stammer faktisk tilbake til året 1834 av den franske kjemikeren Antoine Jérôme Balard, som oppnådde den delvise oksydasjonen av klor ved å boble den i en vandig suspensjon av kvikksølvoksid, HgO. Siden den gang har den blitt brukt som et desinfeksjonsmiddel og et antiviralt middel.

Kjemisk sett er HClO et oksidasjonsmiddel som ender opp med å gi fra seg kloratom til andre molekyler; det vil si at klorerte forbindelser kan syntetiseres med kloraminer av stor relevans i utviklingen av nye antibiotika.

På 1970-tallet ble det oppdaget at kroppen er i stand til å produsere denne syren naturlig gjennom virkningen av enzymet myeloperoxidase; enzym som virker på peroksider og kloridanioner under fagocytose. Således, fra den samme organismen, kan denne "morderen" av inntrengerne dukke opp, men i en ufarlig skala for sin egen velvære.

Struktur

Det øvre bildet viser strukturen til HClO. Legg merke til at formelen er i strid med strukturen: molekylet er HO-Cl og ikke H-Cl-O; Imidlertid har sistnevnte er vanligvis foretrukket å være i stand til å sammenligne den direkte med sine flere oksiderte motstykker: HClO ₂ , HClO ₃ og HClO ₄ .

Kjemisk struktur av hypoklorsyre.

Det sure hydrogenet, H ⁺ , frigjort av HClO, er lokalisert i OH-gruppen festet til kloratom. Legg også merke til de bemerkelsesverdige lengdeforskjellene i OH- og Cl-O-bindinger, hvor de sistnevnte er lengst på grunn av mindre overlappingsgrad mellom klororbitaler, mer diffuse, med oksygenforhold.

HOCl-molekylet kan knapt forbli stabilt under normale forhold; Det kan ikke isoleres fra de vandige oppløsningene uten å bli uforholdsmessig eller frigjort som klorgass, Cl ₂ .

Derfor er det ingen vannfrie krystaller (ikke engang hydrater derav) av hypoklorsyre; Og til dags dato er det heller ingen indikasjoner på at de kan tilberedes ved ekstravagante metoder. Hvis de kunne krystallisere, ville HClO-molekylene samvirke med hverandre gjennom sine permanente dipoler (negative ladninger orientert mot oksygen).

Egenskaper

surhet

HClO er en monoprotinsyre; det vil si at du bare kan donere en H ⁺ til det vandige mediet (som er der det dannes):

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

Fra denne likevektsligningen observeres det at en reduksjon i H ₃ O ⁺ -ioner (en økning i basaliteten til mediet) favoriserer dannelsen av flere hypoklorittanioner, ClO ^- . Følgelig, hvis en løsning av ClO ^- skal holdes relativt stabil, må pH være basisk, noe som oppnås med NaOH.

Doseringskonstanten, pKa, gjør det tvilsomt at HClO er en svak syre. Derfor, når du håndterer den konsentrerte, bør du ikke bekymre deg så mye for H ₃ O ⁺ -ionene , men om selve HClO (gitt den høye reaktiviteten og ikke på grunn av dens korrosivitet).

Oksidasjonsmiddel

Det ble nevnt at kloratomet i HClO har et oksidasjonsnummer på +1. Dette betyr at det knapt krever gevinsten av et enkelt elektron for å gå tilbake til sin grunntilstand (Cl ⁰ ) og for å kunne danne Cl _2- molekylet . Følgelig vil HClO bli redusert til Cl ₂ og H ₂ O, oksydere en annen art hurtigere i forhold til samme Cl ₂ eller ClO ^- :

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

Denne reaksjonen lar oss allerede se hvor stabil HClO er i de vandige løsningene.

Dens oksiderende kraft måles ikke bare ved dannelsen av Cl ₂ , men også ved dens evne til å gi opp sitt kloratom. For eksempel kan den reagere med nitrogenholdige arter (inkludert ammoniakk og nitrogenholdige baser) for å produsere kloroaminer:

HClO + NH → N-Cl + H ₂ O

Legg merke til at en NH-bindingen er brutt, av en amino-gruppe (-NH ₂ ) for det meste, og er erstattet med en N-Cl. Det samme skjer med OH-bindingene til hydroksylgrupper:

HClO + OH → O-Cl + H ₂ O

Disse reaksjonene er avgjørende og forklarer den desinfiserende og antibakterielle virkningen av HClO.

Stabilitet

HClO er ustabil nesten overalt hvor du ser på den. For eksempel er hypoklorittanionen uforholdsmessig i klorarter med oksidasjonsnummer på -1 og +5, mer stabilt enn +1 i HClO (H ⁺ Cl ⁺ O ^2- ):

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

Denne reaksjonen ville igjen forskyve likevekten mot forsvinningen av HClO. På samme måte deltar HClO direkte i en parallell likevekt med vann og klorgass:

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

Det er grunnen til å prøve å varme opp en HClO-løsning for å konsentrere den (eller isolere den) fører til produksjon av Cl ₂ , som er identifisert som en gul gass. På samme måte kan disse løsningene ikke utsettes for lys for lenge eller for tilstedeværelsen av metalloksider, da de brytes ned Cl ₂ (HClO forsvinner enda mer):

2Cl ₂ + 2H ₂ O → 4HCl + O ₂

HCl reagerer med HClO for å generere mer Cl ₂ :

HClO + HCI → Cl ₂ + H ₂ O

Og så videre til det ikke er mer HClO.

syntese

Vann og klor

En av metodene for å fremstille eller syntetisere hypoklorsyre er allerede implisitt forklart: ved å løse opp klorgass i vann. En annen ganske lignende metode består i å oppløse anhydridet av denne syre i vann: diklor karbonmonoksid, Cl ₂ O:

Cl ₂ O (g) + H ₂ O (l) ↔ 2HClO (aq)

Igjen er det ingen måte for å isolere det rene HClO, fordi fordampning av vann vil forskyve likevekten til dannelse av Cl ₂ O, en gass som vil unnslippe fra vannet.

På den annen side har det vært mulig å fremstille mer konsentrerte HClO-oppløsninger (20%) ved å bruke kvikksyreoksyd, HgO. For å gjøre dette blir klor oppløst i et volum vann like ved frysepunktet, på en slik måte at det oppnås klorert is. Så omrøres den samme isen, og når den smelter, blandes den med HgO:

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

20% HClO-løsningen kan til slutt destilleres under vakuum.

elektrolyse

En enklere og tryggere metode for å fremstille hypoklorsyreløsninger er å bruke saltlake som råstoff i stedet for klor. Saltlaker er rike på kloridanioner, Cl ^- , som gjennom en elektrolyseprosess kan oksideres til Cl ₂ :

2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^-

2Cl ^- ↔ 2e ^- + Cl ₂

Disse to reaksjonene forekommer ved anoden, hvor det produseres klor som umiddelbart løses opp for å gi opphav til HClO; mens det er i katodekammeret, reduseres vannet:

2H ₂ O + 2e ^- → 2OH ^- + H ₂

På denne måten kan HClO syntetiseres i kommersiell til industriell skala; og disse løsningene oppnådd fra saltlaker er faktisk de kommersielt tilgjengelige produktene av denne syren.

applikasjoner

Generelle funksjoner

HClO kan brukes som et oksydasjonsmiddel for å oksidere alkoholer til ketoner, og til å syntetisere kloraminer, kloramider eller klorhydriner (fra alkene).

Imidlertid kan alle dens andre bruksområder omfattes av ett ord: biocid. Det er en morder av sopp, bakterier, virus og en nøytralisator av giftstoffer frigitt av patogener.

Kroppens immunsystem syntetiserer sin egen HClO ved virkningen av enzymet myeloperoxidase, og hjelper de hvite blodcellene til å utrydde inntrengerne som forårsaker infeksjonen.

Utallige studier antyder forskjellige mekanismer for virkningen av HClO på den biologiske matrisen. Dette donerer sitt kloratom til aminogruppene til visse proteiner, og oksiderer også SH-gruppene som er tilstede på SS-disulfidbroer, noe som resulterer i deres denaturering.

Det stopper også DNA-replikasjon ved å reagere med nitrogenholdige baser, påvirker fullstendig oksidasjon av glukose, og kan også deformere cellemembranen. Alle disse handlingene ender med at bakteriene dør.

Desinfeksjon og rengjøring

Det er grunnen til at HClO-løsninger ender opp med å bli brukt til:

-Behandling av smittsomme og gangrenøse sår

-Desinfiser vannforsyninger

-Steriliseringsmiddel for kirurgisk materiale, eller verktøy som brukes i veterinærmedisin, medisin og tannbehandling

-Desinfeksjonsmiddel av enhver type overflate eller gjenstand generelt: barer, rekkverk, kaffemaskiner, keramikk, glassbord, laboratorieteller etc.

-Syntetiser kloraminer som fungerer som mindre aggressive antibiotika, men samtidig mer holdbare, spesifikke og stabile enn HClO selv

risiko

HClO-løsninger kan være farlige hvis de er sterkt konsentrerte, da de kan reagere voldsomt med arter som er utsatt for oksidasjon. I tillegg har de en tendens til å frigjøre gassformig klor når de blir destabilisert, så de må lagres under en streng sikkerhetsprotokoll.

HClO er så reaktiv mot bakterier at der den vannes, forsvinner den umiddelbart, uten å utgjøre en risiko senere for dem som berører overflatene behandlet av den. Det samme skjer inne i organismen: den brytes raskt ned, eller nøytraliseres av enhver art i det biologiske miljøet.

Når det genereres av kroppen selv, er det antagelig at den tåler lave konsentrasjoner av HClO. Imidlertid, hvis det er sterkt konsentrert (brukes til syntetiske formål og ikke desinfeksjonsmidler), kan det ha uønskede effekter ved også å angripe sunne celler (for eksempel huden).

referanser

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
2. Gottardi, W., Debabov, D., & Nagl, M. (2013). N-kloraminer, en lovende klasse av godt tolererte aktuelle anti-infeksjonsmidler. Antimikrobielle midler og cellegift, 57 (3), 1107–1114. doi: 10.1128 / AAC.02132-12
3. Av Jeffrey Williams, Eric Rasmussen & Lori Robins. (06. oktober 2017). Hypoklorsyre: Utnytte en medfødt respons. Gjenopprettet fra: infeksjonskontroll.tips
4. Hydro instrumenter. (SF). Grunnleggende kjemi av klorering. Gjenopprettet fra: hydroinstruments.com
5. Wikipedia. (2019). Hypoklorsyre. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
6. Serhan Sakarya et al. (2014). Hypoklorsyre: Et ideelt sårpleiemiddel med kraftig mikrobizid, antibiofilm og sårhelende styrke. HMP-sår. Gjenopprettet fra: woundsresearch.com
7. PrebChem. (2016). Fremstilling av hypoklorsyre. Gjenopprettet fra: prepchem.com