حمض هيبوكلوروس (HCLO): التركيب ، الخصائص ، الاستخدامات ، التوليف - كيمياء - 2025

و حمض تحت الكلور هو مركب غير العضوي مع الصيغة HClO الكيميائية. إنه يتوافق مع أقل أكسدة أكسدة الكلور ، لأنه يحتوي على ذرة أكسجين واحدة فقط. من ذلك أنها مستمدة أنيون هيبوكلوريت، CLO ^- ، وأملاحه، وتستخدم على نطاق واسع المطهرات المياه التجارية.

HClO هو أقوى عامل مؤكسد ومضاد للميكروبات يتم إنشاؤه عندما يذوب غاز الكلور في الماء. عُرف تأثيره المطهر لأكثر من قرن ، حتى قبل استخدام محاليل الكلور لتنظيف جروح الجنود في الحرب العالمية الأولى.

يتم تمثيل جزيء حمض هيبوكلوروس بنموذج الكرة والعصا. المصدر: بن ميلز وجينتو

يعود اكتشافه في الواقع إلى عام 1834 ، من قبل الكيميائي الفرنسي أنطوان جيروم بالارد ، الذي حقق الأكسدة الجزئية للكلور عن طريق فقاعاته في معلق مائي من أكسيد الزئبق ، HgO. منذ ذلك الحين ، تم استخدامه كمطهر وعامل مضاد للفيروسات.

من الناحية الكيميائية ، HClO هو عامل مؤكسد ينتهي بالتخلي عن ذرة الكلور لجزيئات أخرى ؛ وهذا يعني أنه يمكن تصنيع المركبات المكلورة ، حيث تكون الكلورومينات ذات أهمية كبيرة في تطوير مضادات حيوية جديدة.

في السبعينيات ، تم اكتشاف أن الجسم قادر على إنتاج هذا الحمض بشكل طبيعي من خلال عمل إنزيم ميلوبيروكسيديز. إنزيم يعمل على بيروكسيدات وأنيونات الكلوريد أثناء البلعمة. وهكذا ، يمكن أن يظهر "قاتل" الدخلاء من نفس الكائن الحي ، ولكن على نطاق غير ضار من أجل رفاهيته.

بناء

توضح الصورة العلوية هيكل HClO. لاحظ أن الصيغة تتعارض مع الهيكل: الجزيء هو HO-Cl وليس H-Cl-O ؛ ومع ذلك ، عادةً ما يُفضل الأخير من أجل التمكن من مقارنته مباشرة بنظرائه الأكثر أكسدة: HClO ₂ و HClO ₃ و HClO ₄.

التركيب الكيميائي لحمض الهيبوكلوروس.

يقع الهيدروجين الحمضي ، H ⁺ ، المنطلق من HClO في مجموعة OH المرتبطة بذرة الكلور. لاحظ أيضًا الاختلافات الملحوظة في الطول في روابط OH و Cl-O ، حيث أن الأخير هو الأطول بسبب انخفاض درجة التداخل بين مدارات الكلور ، والأكثر انتشارًا ، مع تلك الموجودة في الأكسجين.

بالكاد يمكن أن يظل جزيء HOCl مستقرًا في ظل الظروف العادية ؛ لا يمكن عزله عن محاليله المائية دون أن يكون غير متناسب أو يتم إطلاقه كغاز الكلور ، Cl ₂.

لذلك ، لا توجد بلورات لا مائية (ولا حتى هيدرات منها) لحمض هيبوكلوروس ؛ وحتى الآن ، لا يوجد ما يشير أيضًا إلى أنه يمكن تحضيرها بطرق باهظة. إذا تمكنت من التبلور ، ستتفاعل جزيئات HClO مع بعضها البعض من خلال ثنائيات أقطابها الدائمة (الشحنات السالبة الموجهة نحو الأكسجين).

الخصائص

حموضة

HClO هو حمض أحادي البروتين. أي أنه يمكنك التبرع بواحد فقط من H ⁺ للوسط المائي (حيث يتم تكوينه):

HClO (aq) + H ₂ O ↔ ClO ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq) (pKa = 7.53)

من معادلة التوازن هذه ، لوحظ أن الانخفاض في أيونات H ₃ O ⁺ (زيادة في قاعدية الوسط) يؤيد تكوين المزيد من الأنيونات الهيبوكلوريت ، ClO ^-. وبالتالي ، إذا كان حل ClO ^- سيبقى مستقرًا نسبيًا ، يجب أن يكون الأس الهيدروجيني أساسيًا ، والذي يتحقق مع NaOH.

ثابت تفككه ، pKa ، يجعل من المشكوك فيه أن HClO هو حمض ضعيف. لذلك ، عند التعامل معها مركزة ، لا ينبغي للمرء أن يقلق كثيرًا بشأن أيونات H ₃ O ⁺ ، ولكن بشأن HClO نفسه (نظرًا لتفاعله العالي وليس بسبب تآكله).

عامل مؤكسد

تم الإشارة إلى أن ذرة الكلور في حمض الهيدروكلوريك لها عدد أكسدة +1. هذا يعني أنه بالكاد يتطلب كسب إلكترون واحد للعودة إلى حالته الأساسية (Cl ⁰) ولتكون قادرًا على تكوين جزيء Cl ₂. وبالتالي ، سيتم تقليل HClO إلى Cl ₂ و H ₂ O ، مما يؤدي إلى أكسدة أنواع أخرى بسرعة أكبر مقارنة بنفس Cl ₂ أو ClO ^-:

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

يتيح لنا هذا التفاعل بالفعل معرفة مدى استقرار حمض الهيدروكلوريك في محاليله المائية.

لا تُقاس قوتها المؤكسدة بتكوين Cl ₂ فحسب ، بل تقاس أيضًا بقدرتها على التخلي عن ذرة الكلور. على سبيل المثال ، يمكن أن تتفاعل مع الأنواع النيتروجينية (بما في ذلك الأمونيا والقواعد النيتروجينية) ، لإنتاج الكلور أمين:

HClO + NH → N-Cl + H ₂ O

لاحظ أن رابطة NH مكسورة ، من مجموعة أمينية (-NH ₂) في الغالب ، ويتم استبدالها بـ N-Cl. يحدث الشيء نفسه مع روابط OH لمجموعات الهيدروكسيل:

HClO + أوه → O-Cl + H ₂ O

ردود الفعل هذه حاسمة وتفسر العمل المطهر والمضاد للبكتيريا من حمض الهيدروكلوريك.

المزيد

HClO غير مستقر في كل مكان تقريبًا تنظر إليه. على سبيل المثال ، أنيون هيبوكلوريت غير متناسب في أنواع الكلور بأرقام أكسدة -1 و +5 ، أكثر ثباتًا من +1 في حمض الهيدروكلوريك (H ⁺ Cl ⁺ O ^2-):

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

سيؤدي هذا التفاعل مرة أخرى إلى تحويل التوازن نحو اختفاء HClO. وبالمثل ، يشارك HClO مباشرة في توازن متوازي مع الماء وغاز الكلور:

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

هذا هو السبب في أن محاولة تسخين محلول HClO لتركيزه (أو عزله) يؤدي إلى إنتاج Cl ₂ ، والذي يُعرف بأنه غاز أصفر. وبالمثل ، لا يمكن تعريض هذه المحاليل للضوء لفترة طويلة ، ولا لوجود أكاسيد المعادن ، لأنها تتحلل Cl ₂ (يختفي HClO أكثر):

2Cl ₂ + 2H ₂ O → 4HCl + O ₂

يتفاعل HCl مع HClO لتوليد المزيد من Cl ₂:

HClO + حمض الهيدروكلوريك → Cl ₂ + H ₂ O

وهكذا حتى لا يكون هناك المزيد من HClO.

نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة

الماء والكلور

تم بالفعل شرح إحدى طرق تحضير أو تصنيع حمض الهيبوكلوروس بشكل ضمني: عن طريق إذابة غاز الكلور في الماء. طريقة أخرى مشابهة تمامًا تتمثل في إذابة أنهيدريد هذا الحمض في الماء: أحادي أكسيد ثنائي كلورو ، Cl ₂ O:

Cl ₂ O (g) + H ₂ O (l) ↔ 2HClO (aq)

مرة أخرى ، لا توجد طريقة لعزل HClO النقي ، لأن تبخير الماء سيحول التوازن إلى تكوين Cl ₂ O ، وهو غاز يمكن أن يهرب من الماء.

من ناحية أخرى ، كان من الممكن تحضير المزيد من المحاليل المركزة من HClO (20٪) باستخدام أكسيد الزئبق ، HgO. للقيام بذلك ، يتم إذابة الكلور في حجم من الماء عند نقطة التجمد ، بحيث يتم الحصول على الجليد المكلور. ثم يتم تقليب هذا الثلج نفسه ، وعندما يذوب ، يختلط مع HgO:

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

يمكن أخيرًا تقطير محلول HClO بنسبة 20٪ تحت التفريغ.

التحليل الكهربائي

تتمثل الطريقة الأبسط والأكثر أمانًا لتحضير محاليل حمض هيبوكلوروس في استخدام المحاليل الملحية كمواد خام بدلاً من الكلور. المحاليل الملحية غنية الأنيونات كلوريد، الكلور ^- ، والتي من خلال عملية التحليل الكهربائي يمكن أن تتأكسد لالكلورين ₂:

2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4E ^-

2Cl ^- ↔ 2e ^- + Cl ₂

يحدث هذان التفاعلان عند الأنود ، حيث يتم إنتاج الكلور الذي يذوب على الفور لينتج HClO ؛ بينما في حجرة الكاثود ، يتم تقليل الماء:

2H ₂ O + 2e ^- → 2OH ^- + H ₂

بهذه الطريقة ، يمكن تصنيع HClO على نطاق تجاري إلى صناعي ؛ وهذه المحاليل التي يتم الحصول عليها من المحاليل الملحية هي في الواقع المنتجات المتاحة تجاريًا لهذا الحمض.

التطبيقات

الملامح العامة

يمكن استخدام حمض الهيدروكلوريك كعامل مؤكسد لأكسدة الكحولات إلى كيتونات ، ولتركيب الكلور أمين ، أو كلورو أميدات ، أو كلوروهيدرين (بدءًا من الألكينات).

ومع ذلك ، يمكن تضمين جميع استخداماته الأخرى في كلمة واحدة: المبيدات الحيوية. إنه قاتل للفطريات والبكتيريا والفيروسات ومُعادل للسموم التي تطلقها مسببات الأمراض.

يقوم جهاز المناعة في أجسامنا بتوليف حمض الهيدروكلوريك الخاص به عن طريق عمل إنزيم ميلوبيروكسيديز ، مما يساعد خلايا الدم البيضاء على القضاء على الدخلاء الذين يسببون العدوى.

تشير دراسات لا حصر لها إلى آليات مختلفة لعمل HClO على المصفوفة البيولوجية. هذا يتبرع بذرة الكلور للمجموعات الأمينية لبروتينات معينة ، ويؤكسد أيضًا مجموعات SH الموجودة في جسور ثاني كبريتيد SS ، مما يؤدي إلى تمسخها.

كما أنه يوقف تكاثر الحمض النووي عن طريق التفاعل مع القواعد النيتروجينية ، ويؤثر على أكسدة الجلوكوز الكاملة ، ويمكنه أيضًا تشويه غشاء الخلية. كل هذه الإجراءات تنتهي بموت الجراثيم.

التطهير والتنظيف

لهذا السبب يتم استخدام حلول HClO في النهاية من أجل:

- علاج الجروح المعدية والغنغرينا

- تطهير إمدادات المياه

- عامل معقم للمواد الجراحية أو الأدوات المستخدمة في الطب البيطري والطب وطب الأسنان

- مطهر لأي نوع من الأسطح أو الأشياء بشكل عام: القضبان ، الدرابزين ، آلات القهوة ، السيراميك ، الطاولات الزجاجية ، عدادات المختبرات ، إلخ.

- يصنع الكلورامينات التي تعمل كمضادات حيوية أقل عدوانية ، ولكنها في نفس الوقت أكثر متانة وتحديداً واستقراراً من HClO نفسه

المخاطر

يمكن أن تكون محاليل حمض الهيدروكلوريك خطرة إذا كانت شديدة التركيز ، حيث يمكن أن تتفاعل بعنف مع الأنواع المعرضة للأكسدة. بالإضافة إلى ذلك ، فإنها تميل إلى إطلاق غاز الكلور عند زعزعة الاستقرار ، لذلك يجب تخزينها في ظل بروتوكول أمان صارم.

يتفاعل حمض الهيدروكلوريك مع الجراثيم بحيث يختفي فورًا عند ريه ، دون أن يشكل خطرًا لاحقًا على أولئك الذين يلمسون الأسطح المعالجة به. يحدث الشيء نفسه داخل الكائن الحي: يتحلل بسرعة ، أو يتم تحييده بواسطة أي نوع في البيئة البيولوجية.

عندما يولده الجسم نفسه ، فمن المفترض أنه يمكنه تحمل تركيزات منخفضة من حمض الهيدروكلوريك. ومع ذلك ، إذا كان شديد التركيز (يستخدم للأغراض الصناعية وليس المطهرات) فقد يكون له آثار غير مرغوب فيها من خلال مهاجمة الخلايا السليمة (على سبيل المثال الجلد).

المراجع

1. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
2. جوتاردي ، دبليو ، ديبابوف ، دي ، وناغل ، إم (2013). N-chloramines ، فئة واعدة من مضادات العدوى الموضعية جيدة التحمل. العوامل المضادة للميكروبات والعلاج الكيميائي، 57 (3) ، 1107-1114. دوى: 10.1128 / AAC.02132-12
3. بقلم جيفري ويليامز وإريك راسموسن ولوري روبينز. (06 أكتوبر 2017). حمض هيبوكلوروس: تسخير استجابة فطرية. تعافى من: نصائح مكافحة العدوى
4. الآلات المائية. (سادس). الكيمياء الأساسية للكلور. تم الاسترجاع من: hydroinstruments.com
5. ويكيبيديا. (2019). حمض تحت الكلور. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
6. سرحان ساكاريا وآخرون (2014). حمض هيبوكلوروس: عامل مثالي للعناية بالجروح مع مبيد للجراثيم قوي ومضاد حيوي وفعالية في التئام الجروح. HMP الجروح. تم الاسترجاع من: woundsresearch.com
7. بريبشيم. (2016). تحضير حمض الهيبوكلوروز. تم الاسترجاع من: prepchem.com