- โครงสร้าง
- คุณสมบัติ
- ความเป็นกรด
- ออกซิไดซ์
- ความมั่นคง
- สังเคราะห์
- น้ำและคลอรีน
- กระแสไฟฟ้า
- การประยุกต์ใช้งาน
- คุณสมบัติทั่วไป
- ฆ่าเชื้อโรคและทำความสะอาด
- ความเสี่ยง
- อ้างอิง
กรดไฮโปคลอรัสเป็นสารอนินทรีที่มีสูตรทางเคมี HClO มันสอดคล้องกับออกซิไดซ์ของคลอรีนออกซิไดซ์น้อยที่สุดเนื่องจากมีออกซิเจนเพียงอะตอมเดียว จากนั้นพวกเขาได้รับไอออนไฮโปคลอไรต์ ClO -และเกลือของมันซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะสารฆ่าเชื้อโรคในน้ำในเชิงพาณิชย์
HClO เป็นสารออกซิไดซ์และยาต้านจุลชีพที่แข็งแกร่งที่สุดซึ่งเกิดขึ้นเมื่อก๊าซคลอรีนละลายในน้ำ น้ำยาฆ่าเชื้อเป็นที่รู้จักกันมานานกว่าศตวรรษก่อนที่จะมีการใช้สารละลายคลอรีนเพื่อทำความสะอาดบาดแผลของทหารในสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง
โมเลกุลของกรดไฮโปคลอรัสที่แสดงโดยแบบจำลองลูกบอลและแท่ง ที่มา: Ben Mills และ Jynto
การค้นพบนี้เกิดขึ้นจริงในปี พ.ศ. 2377 โดย Antoine Jérôme Balard นักเคมีชาวฝรั่งเศสผู้ซึ่งประสบความสำเร็จในการออกซิเดชั่นบางส่วนของคลอรีนโดยการทำให้เป็นฟองในน้ำแขวนลอยของปรอทออกไซด์ HgO ตั้งแต่นั้นมาจึงถูกใช้เป็นยาฆ่าเชื้อและยาต้านไวรัส
ในทางเคมี HClO เป็นตัวออกซิไดซ์ที่ทำให้อะตอมของคลอรีนกลายเป็นโมเลกุลอื่น ๆ กล่าวคือเนื่องจากสารประกอบคลอรีนสามารถสังเคราะห์ได้ซึ่งเป็นคลอโรฟอร์มที่มีความเกี่ยวข้องอย่างมากในการพัฒนายาปฏิชีวนะชนิดใหม่
ในปี 1970 พบว่าร่างกายสามารถสร้างกรดนี้ได้ตามธรรมชาติโดยการทำงานของเอนไซม์ myeloperoxidase เอนไซม์ที่ทำหน้าที่เกี่ยวกับเปอร์ออกไซด์และคลอไรด์แอนไอออนในช่วงฟาโกไซโทซิส ดังนั้นจากสิ่งมีชีวิตเดียวกัน "ฆาตกร" ของผู้บุกรุกนี้สามารถปรากฏตัวได้ แต่ในระดับที่ไม่เป็นอันตรายต่อความเป็นอยู่ของมันเอง
โครงสร้าง
ภาพบนแสดงโครงสร้างของ HClO โปรดทราบว่าสูตรขัดแย้งกับโครงสร้าง: โมเลกุลคือ HO-Cl ไม่ใช่ H-Cl-O แต่หลังมักจะเป็นที่ต้องการในการสั่งซื้อเพื่อให้สามารถเปรียบเทียบได้โดยตรงกับคู่ออกซิไดซ์มากขึ้น: HClO 2 , HClO 3และ HClO 4
โครงสร้างทางเคมีของกรดไฮโปคลอรัส
ไฮโดรเจนที่เป็นกรด H + ที่ปล่อยออกมาโดย HClO จะอยู่ในหมู่ OH ที่ติดอยู่กับอะตอมของคลอรีน โปรดสังเกตความแตกต่างที่น่าสังเกตของความยาวในพันธะ OH และ Cl-O ซึ่งเป็นพันธะที่ยาวที่สุดเนื่องจากการทับซ้อนกันของคลอรีนออร์บิทัลน้อยกว่าการแพร่กระจายมากขึ้นกับออกซิเจน
โมเลกุล HOCl แทบจะไม่สามารถคงตัวได้ภายใต้สภาวะปกติ มันไม่สามารถแยกออกจากสารละลายของตนโดยไม่ถูกสัดส่วนหรือปล่อยออกมาเป็นก๊าซคลอรีน Cl 2
ดังนั้นจึงไม่มีผลึกที่ปราศจากน้ำ (ไม่ให้ความชุ่มชื้น) ของกรดไฮโปคลอรัส และจนถึงปัจจุบันยังไม่มีข้อบ่งชี้ว่าสามารถเตรียมได้ด้วยวิธีการฟุ่มเฟือย หากสามารถตกผลึกได้โมเลกุลของ HClO จะทำปฏิกิริยากันผ่านไดโพลถาวร (ประจุลบที่มุ่งเน้นไปที่ออกซิเจน)
คุณสมบัติ
ความเป็นกรด
HClO เป็นกรดเชิงเดี่ยว นั่นคือคุณสามารถบริจาค H +หนึ่งตัวให้กับสื่อที่เป็นน้ำ (ซึ่งเป็นที่ที่มันถูกสร้างขึ้น):
HClO (aq) + H 2 O ↔ ClO - (aq) + H 3 O + (aq) (pKa = 7.53)
จากสมดุลยภาพนี้มันถูกตั้งข้อสังเกตว่าการลดลงของ H 3 O +ไอออน(เพิ่มขึ้นในด่างของกลาง) โปรดปรานการก่อตัวของแอนไอออนไฮโปคลอไรมากขึ้น ClO - ดังนั้นหากต้องรักษาวิธีแก้ปัญหาของ ClO -ให้ค่อนข้างคงที่ pH จะต้องเป็นพื้นฐานซึ่งทำได้ด้วย NaOH
ค่าคงที่การแยกตัวของ pKa ทำให้สงสัยว่า HClO เป็นกรดอ่อน ดังนั้นเมื่อจัดการกับมันอย่างเข้มข้นเราไม่ควรกังวลมากนักเกี่ยวกับไอออนของ H 3 O +แต่เกี่ยวกับ HClO นั้นเอง (เนื่องจากมีค่าปฏิกิริยาสูงไม่ใช่เพราะการกัดกร่อน)
ออกซิไดซ์
มีการกล่าวถึงอะตอมของคลอรีนใน HClO มีเลขออกซิเดชัน +1 ซึ่งหมายความว่าแทบจะไม่ต้องใช้การได้รับของอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวเพื่อกลับสู่สถานะพื้น (Cl 0 ) และสามารถสร้างโมเลกุล Cl 2ได้ ดังนั้น HClO จะลดลงเหลือ Cl 2และ H 2 O ทำให้เกิดการออกซิไดซ์ชนิดอื่นเร็วขึ้นเมื่อเทียบกับ Cl 2หรือ ClO เดียวกัน- :
2HClO (aq) + 2H + + 2e - ↔ Cl 2 (g) + 2H 2 O (l)
ปฏิกิริยานี้ทำให้เราเห็นว่า HClO มีความเสถียรเพียงใดในสารละลายที่เป็นน้ำ
อำนาจออกซิไดซ์ไม่เพียงวัดจากการก่อตัวของ Cl 2เท่านั้น แต่ยังวัดจากความสามารถในการละทิ้งอะตอมของคลอรีนด้วย ตัวอย่างเช่นสามารถทำปฏิกิริยากับสายพันธุ์ไนโตรเจน (รวมทั้งแอมโมเนียและฐานไนโตรเจน) เพื่อผลิตคลอโรเอมีน:
HClO + NH → N-Cl + H 2 O
สังเกตว่าพันธะ NH หักของหมู่อะมิโน (-NH 2 ) เป็นส่วนใหญ่และถูกแทนที่ด้วย N-Cl สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับพันธะ OH ของกลุ่มไฮดรอกซิล:
HClO + OH → O-Cl + H 2 O
ปฏิกิริยาเหล่านี้มีความสำคัญและอธิบายถึงการฆ่าเชื้อและการต้านเชื้อแบคทีเรียของ HClO
ความมั่นคง
HClO ไม่เสถียรเกือบทุกที่ที่คุณดู ตัวอย่างเช่นไอออนไฮโปคลอไรต์ไม่ได้สัดส่วนในคลอรีนชนิดที่มีเลขออกซิเดชัน -1 และ +5 มีเสถียรภาพมากกว่า +1 ใน HClO (H + Cl + O 2- ):
3ClO - (aq) ↔ 2Cl - (aq) + ClO 3 - (aq)
ปฏิกิริยานี้จะเปลี่ยนสมดุลไปสู่การหายไปของ HClO อีกครั้ง ในทำนองเดียวกัน HClO มีส่วนร่วมโดยตรงในสมดุลคู่ขนานกับน้ำและก๊าซคลอรีน:
Cl 2 (g) + H 2 O (l) ↔ HClO (aq) + H + (aq) + Cl - (aq)
นั่นคือเหตุผลที่การพยายามให้ความร้อนแก่สารละลายของ HClO เพื่อทำให้เข้มข้น (หรือแยกออก) นำไปสู่การผลิต Cl 2ซึ่งระบุว่าเป็นก๊าซสีเหลือง ในทำนองเดียวกันสารละลายเหล่านี้ไม่สามารถสัมผัสกับแสงเป็นเวลานานเกินไปหรือมีออกไซด์ของโลหะเนื่องจากพวกมันย่อยสลาย Cl 2 (HClO จะหายไปมากขึ้น):
2Cl 2 + 2H 2 O → 4HCl + O 2
HCl ทำปฏิกิริยากับ HClO เพื่อสร้าง Cl 2เพิ่มเติม:
HClO + HCl → Cl 2 + H 2 O
ไปเรื่อย ๆ จนกว่าจะไม่มี HClO อีกต่อไป
สังเคราะห์
น้ำและคลอรีน
วิธีการหนึ่งในการเตรียมหรือสังเคราะห์กรดไฮโปคลอรัสได้รับการอธิบายโดยนัยแล้ว: โดยการละลายก๊าซคลอรีนในน้ำ อีกวิธีหนึ่งที่คล้ายคลึงกันคือการละลายแอนไฮไดรด์ของกรดนี้ในน้ำไดคลอโรโมโนออกไซด์ Cl 2 O:
Cl 2 O (g) + H 2 O (l) ↔ 2HClO (aq)
ไม่มีวิธีใดที่จะแยก HClO บริสุทธิ์ได้อีกเนื่องจากการระเหยของน้ำจะเปลี่ยนสมดุลไปสู่การก่อตัวของ Cl 2 O ซึ่งเป็นก๊าซที่จะหนีออกจากน้ำ
ในทางกลับกันมีความเป็นไปได้ที่จะเตรียมสารละลาย HClO ที่เข้มข้นขึ้น (20%) โดยใช้เมอร์คิวริกออกไซด์ HgO ในการทำเช่นนี้คลอรีนจะละลายในน้ำปริมาตรหนึ่ง ณ จุดเยือกแข็งในลักษณะที่ได้รับน้ำแข็งคลอรีน จากนั้นน้ำแข็งแบบเดียวกันนี้จะถูกกวนและเมื่อมันละลายมันจะผสมกับ HgO:
2Cl 2 + HgO + 12H 2 O → 2HClO + HgCl 2 + 11H 2 O
ในที่สุดสารละลาย HClO 20% สามารถกลั่นภายใต้สุญญากาศได้
กระแสไฟฟ้า
วิธีการเตรียมสารละลายกรดไฮโปคลอรัสที่ง่ายและปลอดภัยกว่าคือการใช้น้ำเกลือเป็นวัตถุดิบแทนคลอรีน น้ำเกลืออุดมไปด้วยแอนไอออนคลอไรด์ Cl -ซึ่งผ่านกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสสามารถออกซิไดซ์เป็น Cl 2 :
2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e -
2Cl - ↔ 2e - + Cl 2
ปฏิกิริยาทั้งสองนี้เกิดขึ้นที่ขั้วบวกซึ่งมีการผลิตคลอรีนซึ่งละลายทันทีเพื่อให้เกิด HClO ขณะอยู่ในช่องแคโทดน้ำจะลดลง:
2H 2 O + 2e - → 2OH - + H 2
ด้วยวิธีนี้ HClO สามารถสังเคราะห์ได้ทั้งในเชิงพาณิชย์จนถึงระดับอุตสาหกรรม และสารละลายเหล่านี้ที่ได้จากน้ำเกลือเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีจำหน่ายทั่วไปของกรดนี้
การประยุกต์ใช้งาน
คุณสมบัติทั่วไป
HClO สามารถใช้เป็นตัวออกซิไดซ์เพื่อออกซิไดซ์แอลกอฮอล์เป็นคีโตนและสังเคราะห์คลอโรเอมีนคลอโรเอไมด์หรือคลอโรไฮดริน (เริ่มจากอัลคีน)
อย่างไรก็ตามการใช้งานอื่น ๆ ทั้งหมดสามารถครอบคลุมได้ในคำเดียว: ไบโอไซด์ เป็นผู้ฆ่าเชื้อราแบคทีเรียไวรัสและเป็นสารทำให้เป็นกลางของสารพิษที่ปล่อยออกมาจากเชื้อโรค
ระบบภูมิคุ้มกันของร่างกายเราสังเคราะห์ HClO ของตัวเองโดยการทำงานของเอนไซม์ myeloperoxidase ช่วยให้เซลล์เม็ดเลือดขาวกำจัดผู้บุกรุกที่เป็นสาเหตุของการติดเชื้อ
การศึกษาจำนวนนับไม่ถ้วนชี้ให้เห็นกลไกต่างๆของการกระทำของ HClO บนเมทริกซ์ทางชีววิทยา สิ่งนี้จะบริจาคอะตอมของคลอรีนให้กับกลุ่มอะมิโนของโปรตีนบางชนิดและยังออกซิไดซ์หมู่ SH ที่มีอยู่ในสะพาน SS disulfide ซึ่งส่งผลให้เกิดการแปรสภาพ
นอกจากนี้ยังหยุดการจำลองแบบดีเอ็นเอโดยการทำปฏิกิริยากับฐานไนโตรเจนส่งผลต่อการเกิดออกซิเดชันของกลูโคสที่สมบูรณ์และยังสามารถทำให้เยื่อหุ้มเซลล์เสียรูปได้ การกระทำทั้งหมดนี้ทำให้เชื้อโรคตาย
ฆ่าเชื้อโรคและทำความสะอาด
นั่นคือเหตุผลที่โซลูชัน HClO ถูกนำมาใช้เพื่อ:
- รักษาบาดแผลที่ติดเชื้อและเป็นหนอง
- ฆ่าเชื้อน้ำประปา
- สารฆ่าเชื้อสำหรับวัสดุผ่าตัดหรือเครื่องมือที่ใช้ในสัตวแพทยศาสตร์ยาและทันตกรรม
- น้ำยาฆ่าเชื้อพื้นผิวหรือวัตถุทุกประเภทโดยทั่วไป: บาร์ราวจับเครื่องชงกาแฟเซรามิกโต๊ะกระจกเคาน์เตอร์ห้องปฏิบัติการ ฯลฯ
- สังเคราะห์คลอโรเอมีนที่ทำหน้าที่เป็นยาปฏิชีวนะที่ก้าวร้าวน้อยกว่า แต่ในขณะเดียวกันก็มีความทนทานเฉพาะเจาะจงและมีเสถียรภาพมากกว่า HClO เอง
ความเสี่ยง
สารละลาย HClO อาจเป็นอันตรายได้หากมีความเข้มข้นสูงเนื่องจากสามารถทำปฏิกิริยารุนแรงกับสิ่งมีชีวิตที่มีแนวโน้มที่จะเกิดออกซิเดชั่น นอกจากนี้ยังมีแนวโน้มที่จะปล่อยคลอรีนที่เป็นก๊าซเมื่อไม่เสถียรดังนั้นจึงต้องจัดเก็บภายใต้โปรโตคอลความปลอดภัยที่เข้มงวด
HClO มีปฏิกิริยาต่อเชื้อโรคมากจนเมื่อรดน้ำมันจะหายไปในทันทีโดยไม่ก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อผู้ที่สัมผัสพื้นผิวที่ได้รับการบำบัดในภายหลัง สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นภายในสิ่งมีชีวิต: มันสลายตัวอย่างรวดเร็วหรือถูกทำให้เป็นกลางโดยสิ่งมีชีวิตใด ๆ ในสิ่งแวดล้อมทางชีววิทยา
เมื่อร่างกายสร้างขึ้นเองสันนิษฐานว่าสามารถทนต่อ HClO ที่มีความเข้มข้นต่ำได้ อย่างไรก็ตามหากมีความเข้มข้นสูง (ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการสังเคราะห์และไม่ใช่สารฆ่าเชื้อ) อาจมีผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์โดยการทำร้ายเซลล์ที่มีสุขภาพดี (เช่นของผิวหนัง)
อ้างอิง
- ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
- Gottardi, W. , Debabov, D. , & Nagl, M. (2013). N-chloramines ซึ่งเป็นสารป้องกันการติดเชื้อเฉพาะที่ทนต่อการติดเชื้อได้ดี ยาต้านจุลชีพและเคมีบำบัด, 57 (3), 1107–1114. ดอย: 10.1128 / AAC.02132-12
- โดย Jeffrey Williams, Eric Rasmussen และ Lori Robins (06 ตุลาคม 2560). กรดไฮโปคลอรัส: ควบคุมการตอบสนองโดยธรรมชาติ กู้คืนจาก: infectioncontrol.tips
- เครื่องมือ Hydro (เอสเอฟ) เคมีพื้นฐานของคลอรีน. สืบค้นจาก: hydroinstruments.com
- วิกิพีเดีย (2019) กรดไฮโปคลอรัส สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
- Serhan Sakarya et al. (2014) กรดไฮโปคลอรัส: สารช่วยดูแลบาดแผลในอุดมคติพร้อมด้วยสารฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพยาปฏิชีวนะและความสามารถในการรักษาบาดแผล บาดแผล HMP สืบค้นจาก: woundresearch.com
- PrebChem (2016) การเตรียมกรดไฮโปคลอรัส ดึงมาจาก: prepchem.com