กรดธาตุ (HIO4): โครงสร้างคุณสมบัติและการใช้งาน - เคมี - 2025

กรดเป็นระยะ ๆเป็น oxyacid ซึ่งสอดคล้องกับสถานะออกซิเดชันปกเกล้าเจ้าอยู่หัวของไอโอดีน มีอยู่ในสองรูปแบบ: orthoperiodic (H ₅ IO ₆ ) และ metaperiodic acid (HIO ₄ ) ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2381 โดยนักเคมีชาวเยอรมัน HG Magnus และ CF Ammermüller

ในสารละลายเจือจางกรดเป็นระยะส่วนใหญ่อยู่ในรูปของกรด metaperiodic และไฮโดรเนียมไอออน (H ₃ O ⁺ ) ในขณะเดียวกันในสารละลายที่มีความเข้มข้นกรดเป็นระยะจะปรากฏเป็นกรดออร์โธเพอริโอนิก

ผลึกดูดความชื้นของกรดออร์โธเพอริโอนิก ที่มา: Leiem จาก Wikimedia Commons

กรดคาบทั้งสองรูปแบบมีอยู่ในสมดุลเคมีแบบไดนามิกซึ่งเป็นรูปแบบที่เด่นขึ้นอยู่กับ pH ที่มีอยู่ในสารละลายในน้ำ

ภาพด้านบนแสดงกรดออร์โธเพอรีโอติกซึ่งประกอบด้วยผลึกอุ้มน้ำที่ไม่มีสี (ด้วยเหตุนี้จึงดูเปียก) แม้ว่าสูตรและโครงสร้างระหว่าง H ₅ IO ₆และ HIO ₄จะแตกต่างกันมากในตอนแรก แต่ทั้งสองมีความสัมพันธ์โดยตรงกับระดับความชุ่มชื้น

H ₅ IO ₆สามารถแสดงเป็น HIO ₄ ∙ 2H ₂ O และดังนั้นจึงต้องมีการคายน้ำที่จะได้รับ HIO ₄ ; เดียวกันที่เกิดขึ้นในทิศทางที่ตรงข้ามเมื่อผิว HIO ₄ , H ₅ IO ₆ ผลิต

โครงสร้างของกรดเป็นระยะ

กรด Metaperiodic ที่มา: Benjah-bmm27 จาก Wikipedia

ภาพด้านบนแสดงให้เห็นโครงสร้างโมเลกุลของกรด metaperiodic, HIO 4 นี่คือรูปแบบที่อธิบายได้มากที่สุดในตำราเคมี อย่างไรก็ตามมันมีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์น้อยที่สุด

ดังที่เห็นได้ประกอบด้วยจัตุรมุขที่อยู่ตรงกลางซึ่งมีอะตอมของไอโอดีน (ทรงกลมสีม่วง) และอะตอมของออกซิเจน (ทรงกลมสีแดง) ที่จุดยอด อะตอมของออกซิเจนสามตัวสร้างพันธะคู่กับไอโอดีน (I = O) ในขณะที่หนึ่งในนั้นสร้างพันธะเดี่ยว (I-OH)

โมเลกุลนี้มีสภาพเป็นกรดเพราะการปรากฏตัวของกลุ่ม OH ที่เป็นความสามารถในการบริจาค H ⁺ไอออน; และยิ่งไปกว่านั้นเมื่อประจุบวกบางส่วนของ H มีค่ามากขึ้นเนื่องจากอะตอมของออกซิเจนสี่อะตอมจับกับไอโอดีน โปรดสังเกตว่า HIO ₄สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้สี่พันธะ: หนึ่งผ่าน OH (โดนัท) และสามตัวผ่านอะตอมออกซิเจน (ยอมรับ)

การศึกษาเกี่ยวกับผลึกแสดงให้เห็นว่าในความเป็นจริงแล้วไอโอดีนสามารถรับออกซีเจนสองตัวจากโมเลกุล HIO ₄ที่อยู่ใกล้เคียงได้ ในการทำเช่นนั้นจะได้รับ IO ₆ octahedra สองตัวเชื่อมโยงกันด้วยพันธะ IOI สองตัวในตำแหน่ง cis นั่นคือพวกมันอยู่ด้านเดียวกันและไม่ถูกคั่นด้วยมุม 180 °

เหล่านี้ IO ₆ octahedra มีการเชื่อมโยงในลักษณะเช่นที่พวกเขาสิ้นสุดการสร้างเครือข่ายที่ไม่มีที่สิ้นสุดว่าเมื่อพวกเขามีปฏิสัมพันธ์กับแต่ละอื่น ๆ ที่พวกเขา“แขนที่” HIO ₄คริสตัล

กรด Orthoperiodic

กรด Orthoperiodic ที่มา: Benjah-bmm27 จาก Wikipedia

ภาพข้างต้นแสดงให้เห็นว่ามีเสถียรภาพมากที่สุดและรูปแบบของกรดไฮเดรทธาตุกรด orthoperiodic, H ₅ IO 6 สีของแท่งและทรงกลมรุ่นนี้เหมือนกับ HIO _{4 ที่}เพิ่งอธิบายไป นี่คุณสามารถเห็นได้โดยตรงสิ่งที่ IO ₆แปดด้านรูปลักษณ์ที่เหมือน

ทราบว่ามีห้ากลุ่ม OH สอดคล้องกับห้า H ⁺ไอออนที่ในทางทฤษฎีอาจปล่อย H ₅ IO ₆โมเลกุล อย่างไรก็ตามเนื่องจากการขับไล่ไฟฟ้าสถิตที่เพิ่มขึ้นจึงสามารถปลดปล่อยออกมาได้เพียงสามในห้าเท่านั้นทำให้เกิดความสมดุลที่แตกต่างกันของการแยกจากกัน

กลุ่ม OH ทั้งห้านี้ทำให้ H ₅ IO _{6 สามารถ}รับโมเลกุลของน้ำต่างๆได้และด้วยเหตุนี้จึงทำให้ผลึกของมันดูดความชื้นได้ นั่นคือพวกมันดูดซับความชื้นที่มีอยู่ในอากาศ พวกเขายังรับผิดชอบต่อจุดหลอมเหลวที่สูงมากสำหรับสารประกอบในธรรมชาติโควาเลนต์

โมเลกุล H ₅ IO ₆สร้างพันธะไฮโดรเจนจำนวนมากซึ่งกันและกันดังนั้นจึงให้ทิศทางดังกล่าวซึ่งทำให้สามารถจัดเรียงในพื้นที่ที่เป็นระเบียบได้ จากผลของการจัดเรียงนี้ H ₅ IO _{6 จะ}สร้างผลึกโมโนคลินิก

คุณสมบัติ

น้ำหนักโมเลกุล

-Metaperiodic acid: 190.91 กรัม / โมล

-Orthoperiodic acid: 227.941 ก. / โมล

ลักษณะทางกายภาพ

สีขาวหรือสีเหลืองอ่อนที่เป็นของแข็งสำหรับ HIO ₄หรือผลึกสีสำหรับ H ₅ IO 6

จุดหลอมเหลว

128 ° C (263.3 ° F, 401.6 ° F)

จุดติดไฟ

140 องศาเซลเซียส

ความมั่นคง

มีเสถียรภาพ ออกซิไดเซอร์ที่แข็งแกร่ง การสัมผัสกับวัสดุที่ติดไฟได้อาจทำให้เกิดไฟไหม้ได้ สารดูดความชื้น เข้ากันไม่ได้กับวัสดุอินทรีย์และสารรีดิวซ์ที่แข็งแกร่ง

พีเอช

1.2 (สารละลาย 100 g / L ของน้ำที่ 20 ºC)

การเกิดปฏิกิริยา

กรดเป็นระยะสามารถทำลายพันธะของไดออลวิจินัลที่มีอยู่ในคาร์โบไฮเดรตไกลโคโปรตีนไกลโคลิพิด ฯลฯ ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดเศษโมเลกุลที่มีหมู่เทอร์มินัลอัลดีไฮด์

คุณสมบัติของกรดคาบนี้ใช้เพื่อกำหนดโครงสร้างของคาร์โบไฮเดรตเช่นเดียวกับการมีอยู่ของสารที่เกี่ยวข้องกับสารประกอบเหล่านี้

อัลดีไฮด์ที่เกิดจากปฏิกิริยานี้สามารถทำปฏิกิริยากับรีเอเจนต์ของ Schiff โดยตรวจพบว่ามีคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อน (เปลี่ยนเป็นสีม่วง) กรดเป็นระยะและรีเอเจนต์ของ Schiff จะรวมเข้ากับรีเอเจนต์ที่เรียกย่อว่า PAS

ศัพท์เฉพาะ

แบบดั้งเดิม

กรดเป็นระยะมีชื่อเนื่องจากไอโอดีนทำงานร่วมกับวาเลนซ์สูงสุด: +7, (VII) นี่คือวิธีการตั้งชื่อตามระบบการตั้งชื่อแบบเก่า (แบบดั้งเดิม)

ในหนังสือเคมีพวกเขามักจะกำหนดให้ HIO ₄เป็นตัวแทนเพียงตัวเดียวของกรดเป็นระยะซึ่งมีความหมายเหมือนกันกับกรด metaperiodic

กรด Metaperiodic มีชื่อมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าไอโอดีนแอนไฮไดรด์ทำปฏิกิริยากับโมเลกุลของน้ำ นั่นคือระดับความชุ่มชื้นต่ำที่สุด:

I ₂ O ₇ + H ₂ O => 2HIO ₄

ในขณะที่การก่อตัวของกรดออร์โธเพอริโอนิก I ₂ O ₇ต้องทำปฏิกิริยากับน้ำในปริมาณที่สูงขึ้น:

I ₂ O ₇ + 5H ₂ O => 2H ₅ IO ₆

ทำปฏิกิริยากับโมเลกุลของน้ำ 5 โมเลกุลแทนที่จะเป็นหนึ่งโมเลกุล

คำว่า ortho- ใช้เพื่ออ้างถึง H ₅ IO ₆เท่านั้นดังนั้นกรดเป็นระยะจึงหมายถึง HIO ₄เท่านั้น

ระบบและสต็อก

ชื่ออื่น ๆ ที่ไม่ค่อยพบบ่อยสำหรับกรดเป็นระยะ ได้แก่ :

-Hydrogen tetraoxoiodate (VII)

- กรด Tetraoxoiodic (VII)

การประยุกต์ใช้งาน

แพทย์

การย้อมสี PAS ที่มา: ไม่มีผู้เขียนที่อ่านได้โดยเครื่อง KGH สันนิษฐาน (ตามการร้องเรียนการละเมิดลิขสิทธิ์)

คราบ PAS สีม่วงที่ได้จากปฏิกิริยาของกรดเป็นระยะกับคาร์โบไฮเดรตใช้ในการยืนยันโรคที่เก็บไกลโคเจน ตัวอย่างเช่นโรค Von Gierke

ใช้ในเงื่อนไขทางการแพทย์ต่อไปนี้: โรค Paget, sarcoma ของส่วนที่อ่อนต่อการมองเห็น, การตรวจหามวลรวมของ lymphocyte ใน mycosis fungoides และใน Sezany syndrome

นอกจากนี้ยังใช้ในการศึกษาเม็ดเลือดแดงเม็ดเลือดขาวเม็ดเลือดแดงที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะ เซลล์เปื้อนสีบานเย็นสดใส นอกจากนี้ยังใช้การติดเชื้อราที่มีชีวิตในการศึกษาโดยทำให้ผนังของเชื้อราเป็นสีม่วงแดง

ที่ห้องปฏิบัติการ

- ใช้ในการวิเคราะห์ทางเคมีของแมงกานีสนอกเหนือจากการใช้ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์

-Periodic acid ใช้เป็นสารออกซิแดนท์คัดเลือกในด้านปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์

-Periodic acid สามารถสร้างการปลดปล่อย acetaldehyde และอัลดีไฮด์ที่สูงขึ้น นอกจากนี้กรดเป็นระยะสามารถปล่อยฟอร์มาลดีไฮด์สำหรับการตรวจจับและการแยกรวมทั้งการปลดปล่อยแอมโมเนียจากกรดไฮดรอกซีอะมิโน

- สารละลายกรดเป็นกรดใช้ในการศึกษาการปรากฏตัวของกรดอะมิโนที่มีหมู่ OH และ NH ₂ในตำแหน่งที่อยู่ติดกัน สารละลายกรดเป็นระยะใช้ร่วมกับโพแทสเซียมคาร์บอเนต ในเรื่องนี้ซีรีนเป็นกรดไฮดรอกซีอะมิโนที่ง่ายที่สุด

อ้างอิง

1. Gavira José M Vallejo (24 ตุลาคม 2560). ความหมายของคำนำหน้าเมตาไพโรและออร์โธในระบบการตั้งชื่อแบบเก่า ดึงมาจาก: triplenlace.com
2. Gunawardena G. (17 มีนาคม 2559). กรดเป็นระยะ เคมี LibreTexts สืบค้นจาก: chem.libretexts.org
3. วิกิพีเดีย (2018) กรดเป็นระยะ สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
4. Kraft, T. และ Jansen, M. (1997), การกำหนดโครงสร้างผลึกของกรด Metaperiodic, HIO4 ด้วยรังสีเอกซ์รวมและการเลี้ยวเบนของนิวตรอน Angew Chem. Int. Ed. Engl., 36: 1753-1754 ดอย: 10.1002 / anie.199717531
5. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
6. Martin, AJ, & Synge, RL (1941) การใช้กรดเป็นระยะบางอย่างเพื่อศึกษากรดไฮดรอกซีอะมิโนของโปรตีนไฮโดรไลเสต: การปลดปล่อยอะซิทัลดีไฮด์และอัลดีไฮด์ที่สูงขึ้นโดยกรดเป็นระยะ 2. การตรวจจับและแยกฟอร์มาลดีไฮด์ที่ปลดปล่อยโดยกรดเป็นระยะ 3. แอมโมเนียแยกออกจากกรดไฮดรอกซีอะมิโนโดยกรดคาบ 4. ส่วนที่เป็นกรดไฮดรอกซีอะมิโนของขนสัตว์ 5. Hydroxylysine 'พร้อมภาคผนวกโดย Florence O. Bell Textile Physics Laboratory, University of Leeds วารสารชีวเคมี, 35 (3), 294-314.1.
7. Asima Chatterjee และ SG Majumdar (1956) การใช้กรดเป็นระยะเพื่อตรวจจับและค้นหาความไม่อิ่มตัวของชาติพันธุ์ เคมีวิเคราะห์ 2499 28 (5), 878-879. DOI: 10.1021 / ac60113a028