BLAUWZUUR: MOLECULAIRE STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, GEBRUIK - CHEMIE - 2026

Het blauwzuur of waterstofcyanide is een organische verbinding waarvan de chemische formule HCN is. Het is ook bekend als methanonitril of formonitril en, tot enkele jaren geleden, als blauwzuur, hoewel dit eigenlijk een andere verbinding is.

Blauwzuur is een uiterst giftig, kleurloos gas dat wordt verkregen door cyaniden met zuren te behandelen. Dit zuur wordt aangetroffen in het zaad van perziken, ook wel op veel plaatsen bekend als perziken.

Perzikzaad, dat blauwzuur of waterstofcyanide bevat, HCN. An.ha. Bron: Wikipedia Commons.

Bij een omgevingstemperatuur lager dan 25 ºC is het een vloeistof en boven die temperatuur is het een gas. In beide gevallen is het uiterst giftig voor mensen, dieren en zelfs de meeste micro-organismen die er niet aan gewend zijn. Het is een goed oplosmiddel voor ionen. Het is erg onstabiel omdat het gemakkelijk polymeriseert.

Het wordt in het plantenrijk aangetroffen in de moleculen van sommige glycosiden, omdat wanneer deze worden gehydrolyseerd door enzymen van de plant, HCN, glucose en benzaldehyde worden verkregen.

Deze glycosiden worden aangetroffen in de zaden van bepaalde soorten fruit zoals perziken, abrikozen, kersen, pruimen en in bittere amandelen, dus ze mogen nooit worden ingenomen.

Het wordt ook aangetroffen in plantenglycosiden, zoals sommige soorten sorghum. Ook produceren sommige bacteriën het tijdens hun metabolisme. Het wordt voornamelijk gebruikt bij de productie van polymeren en in sommige metallurgische processen.

HCN is een dodelijk gif bij inademing, inslikken en contact. Het is aanwezig in sigarettenrook en in de rook van branden van kunststoffen en materialen die koolstof en stikstof bevatten. Het wordt beschouwd als een luchtverontreinigende stof omdat het wordt geproduceerd tijdens de verbranding van organisch materiaal in grote delen van de planeet.

Moleculaire structuur en elektronische configuratie

Waterstofcyanide of waterstofcyanide is een covalente, moleculaire verbinding met één waterstofatoom, één koolstofatoom en één stikstofatoom.

Het koolstofatoom en het stikstofatoom delen 3 paar elektronen, dus ze vormen een drievoudige binding. Waterstof is gebonden aan koolstof, dat met deze binding zijn valentie heeft van vier en zijn volledige elektronenbyte.

Stikstof heeft een valentie van vijf en om zijn octet te voltooien heeft het een paar ongepaarde of solitaire elektronen die lateraal zijn geplaatst.

HCN is daarom een ​​volledig lineair molecuul, met een ongepaard elektronenpaar lateraal op de stikstof.

Lewis-weergave van blauwzuur, waarbij de elektronen die in elke binding worden gedeeld en het eenzame elektronenpaar van stikstof worden waargenomen. Auteur: Marilú Stea.

Structuur van blauwzuur of waterstofcyanide waarbij de drievoudige binding tussen koolstof en stikstof wordt waargenomen. Auteur: Marilú Stea.

Nomenclatuur

- Blauwzuur

- Waterstofcyanide

- Methanonitril

- Formonitril

- Blauwzuur

Eigendommen

Fysieke toestand

Beneden 25,6 ºC, als het watervrij en gestabiliseerd is, is het een kleurloze of lichtblauwe vloeistof die zeer onstabiel en giftig is. Als het boven die temperatuur is, is het een uiterst giftig kleurloos gas.

Molecuulgewicht

27,03 g / mol

Smeltpunt

-13,28 ºC

Kookpunt

25,63 ºC (merk op dat het net boven kamertemperatuur kookt).

Vlampunt

-18 ºC (methode met gesloten kroes)

Zelfontbranding temperatuur

538 ºC

Dichtheid

0,6875 g / cm ³ bij 20 ° C

Oplosbaarheid

Volledig mengbaar met water, ethylalcohol en ethylether.

Dissociatieconstante

K = 2,1 x ^10-9

pK _a = 9.2 (het is een erg zwak zuur)

Enkele chemische eigenschappen

HCN heeft een zeer hoge diëlektrische constante (107 tot 25 ºC). Dit komt doordat de moleculen erg polair zijn en zich associëren via waterstofbruggen, zoals in het geval van water H ₂ O.

Omdat het zo'n hoge diëlektrische constante heeft, blijkt HCN een goed ioniserend oplosmiddel te zijn.

Vloeibaar watervrij HCN is erg onstabiel, het heeft de neiging heftig te polymeriseren. Om dit te voorkomen worden stabilisatoren toegevoegd, zoals een klein percentage H ₂ SO ₄ .

In waterige oplossing en in aanwezigheid van ammoniak en hoge druk vormt het adenine, een verbinding die deel uitmaakt van DNA en RNA, dat wil zeggen een biologisch belangrijk molecuul.

Het is een erg zwak zuur, omdat de ionisatieconstante erg klein is, dus het ioniseert slechts gedeeltelijk in water, waardoor het cyanide-anion CN ^- ontstaat . Het vormt zouten met de basen, maar niet met de carbonaten.

De waterige oplossingen die niet tegen licht worden beschermd, ontleden langzaam en vormen ammoniumformaat HCOONH ₄ .

In oplossing heeft het een zwakke amandelgeur.

Corrosiviteit

Omdat het een zwak zuur is, is het over het algemeen niet corrosief.

Waterige oplossingen van HCN die zwavelzuur als stabilisator bevatten, tasten staal echter sterk aan bij temperaturen boven 40 ° C en roestvrij staal bij temperaturen boven 80 ° C.

Bovendien kunnen verdunde waterige oplossingen van HCN zelfs bij kamertemperatuur spanning op koolstofstaal veroorzaken.

Het kan ook bepaalde soorten rubbersoorten, kunststoffen en coatings aantasten.

Locatie in de natuur

Het wordt relatief overvloedig aangetroffen in het plantenrijk als onderdeel van glycosiden.

Het wordt bijvoorbeeld gegenereerd uit amygdaline C ₆ H ₅ -CH (-CN) -O-Glucose-O-Glucose, een verbinding die aanwezig is in bittere amandelen. Amygdalin is een cyanogeen bèta-glucoside, omdat het bij hydrolyse twee glucosemoleculen vormt, een van benzaldehyde en een van HCN. Het enzym dat ze afgeeft, is bèta-glucoxidase.

Amygdalin is te vinden in de zaden van perziken, abrikozen, bittere amandelen, kersen en pruimen.

Sommige soorten sorghumplanten bevatten het cyanogene glucoside dat durrin wordt genoemd (dwz p-hydroxy- (S) -mandelonitril-bèta-D-glucoside). Deze verbinding kan worden afgebroken door een tweestaps enzymatische hydrolyse.

Ten eerste hydrolyseert het enzym durrinase dat endogeen is in sorghumplanten het tot glucose en p-hydroxy- (S) -mandelonitril. Dit laatste wordt vervolgens snel omgezet in vrij HCN en p-hydroxybenzaldehyde.

Sorghumplant met een hoog gehalte aan durrin. Geen machineleesbare auteur opgegeven. Pethan veronderstelde (op basis van auteursrechtclaims). . Bron: Wikipedia Commons.

HCN is verantwoordelijk voor de weerstand van sorghumplanten tegen ongedierte en ziekteverwekkers.

Dit wordt verklaard door het feit dat durrin en het enzym durrinase verschillende locaties in deze planten hebben, en ze komen alleen in contact als de weefsels gewond of vernietigd zijn, waardoor het HCN vrijkomt en de plant wordt beschermd tegen infecties die door het gewonde deel zouden kunnen dringen. .

Durrin-molecuul waar de drievoudige CN-binding wordt waargenomen, die door enzymatische hydrolyse HCN produceert. Edgar181. Bron: Wikipedia Commons.

Bovendien produceren sommige menselijke pathogene bacteriën zoals Pseudomonas aeruginosa en P. gingivalis het tijdens hun metabolische activiteit.

Toepassingen

Bij de bereiding van andere chemische verbindingen en polymeren

Het gebruik waarbij het grootste deel van het op industrieel niveau geproduceerde HCN is betrokken, is de bereiding van tussenproducten voor organische synthese.

Het wordt gebruikt bij de synthese van adiponitril NC- (CH ₂ ) _4- CN, dat wordt gebruikt om nylon of nylon, een polyamide, te bereiden. Het wordt ook gebruikt om acrylonitril of cyaanethyleen CH ₂ = CH-CN te bereiden, gebruikt om acrylvezels en kunststoffen te bereiden.

Het derivaat natriumcyanide NaCN wordt gebruikt voor de winning van goud bij de winning van dit metaal.

Een andere van zijn derivaten, het cyanogeenchloride ClCN, wordt gebruikt voor formules voor pesticiden.

HCN wordt gebruikt voor de bereiding van chelaatvormers zoals EDTA (ethyleen-diamine-tetra-acetaat).

Het wordt gebruikt voor de vervaardiging van ferrocyaniden en sommige farmaceutische producten.

Diverse toepassingen

HCN-gas is gebruikt als insecticide, fungicide en ontsmettingsmiddel voor het begassen van schepen en gebouwen. Ook om meubels te ontsmetten om deze te herstellen.

HCN is gebruikt bij het polijsten van metalen, elektrodepositie van metalen, fotografische processen en metallurgische processen.

Vanwege zijn extreem hoge toxiciteit werd het aangewezen als middel voor chemische oorlogsvoering.

In de landbouw

Het is gebruikt als herbicide en pesticide in boomgaarden. Het werd gebruikt om schubben en andere ziekteverwekkers op citrusbomen te bestrijden, maar sommige van deze plagen zijn resistent geworden tegen HCN.

Het is ook gebruikt om graansilo's te ontsmetten. Het ter plaatse bereide HCN-gas is gebruikt bij de ontsmetting van tarwekorrels om ze te beschermen tegen ongedierte zoals insecten, schimmels en knaagdieren. Voor dit gebruik is het essentieel dat de te ontsmetten zaden het pesticide middel verdragen.

Er zijn tests gedaan door tarwezaden met HCN te ontsmetten en er is gevonden dat het hun kiemkracht niet negatief beïnvloedt, maar eerder lijkt te begunstigen.

Hoge doses HCN kunnen echter de lengte van de kleine bladeren die uit het zaad ontspruiten aanzienlijk verminderen.

Aan de andere kant, vanwege het feit dat het een krachtige nematicide is en dat sommige sorghumplanten het in hun weefsels hebben, wordt het potentieel van sorghumplanten om te worden gebruikt als biocide groenbemester onderzocht.

Het gebruik ervan zou dienen om bodems te verbeteren, onkruid te bestrijden en ziekten en schade veroorzaakt door fytoparasitaire nematoden te bestrijden.

Risico's

Voor mensen is HCN een dodelijk gif via alle wegen: inademing, inslikken en contact.

Auteur: Clker-Free-Vector-Images. Bron: Pixabay.

Inhalatie kan dodelijk zijn. Geschat wordt dat ongeveer 60-70% van de bevolking de bittere amandelgeur van HCN kan detecteren wanneer het zich in de lucht bevindt met een concentratie van 1-5 ppm.

Maar 20% van de bevolking kan het niet detecteren, zelfs niet bij dodelijke concentraties, omdat ze dat genetisch niet kunnen.

Opgenomen is het een acuut en onmiddellijk actiegif.

Als hun oplossingen in contact komen met de huid, kan het bijbehorende cyanide dodelijk zijn.

HCN is aanwezig in sigarettenrook en wordt gegenereerd wanneer kunststoffen met stikstof worden verbrand.

Mechanisme van dodelijke actie in het lichaam

Het is een chemische verstikkingsmiddel en is snel giftig, vaak met de dood tot gevolg. Bij binnenkomst in het lichaam bindt het zich aan metallo-enzymen (enzymen die een metaalion bevatten), waardoor het wordt geïnactiveerd. Het is een giftig middel voor verschillende organen van het menselijk lichaam

Het belangrijkste toxische effect ervan is de remming van cellulaire ademhaling, omdat het een enzym deactiveert dat de fosforylering in mitochondriën beïnvloedt, dit zijn organellen die onder andere ingrijpen in de ademhalingsfunctie van cellen.

Risico op sigarettenrook

HCN is aanwezig in sigarettenrook.

Hoewel veel mensen het vergiftigende effect van HCN kennen, realiseren maar weinig mensen zich dat ze worden blootgesteld aan de schadelijke effecten ervan door sigarettenrook.

HCN is een van de oorzaken van de remming van verschillende cellulaire ademhalingsenzymen. De hoeveelheid HCN die in sigarettenrook aanwezig is, heeft een bijzonder schadelijk effect op het zenuwstelsel.

HCN-niveaus in sigarettenrook zijn gerapporteerd tussen 10 en 400 μg per sigaret voor direct ingeademde rook en 0,006 tot 0,27 μg / sigaret voor secundaire inademing (passief roken). HCN veroorzaakt toxische effecten vanaf 40 µM.

Auteur: Alexas Fotos. Bron: Pixabay.

Bij inademing komt het snel in de bloedbaan, waar het wordt afgegeven aan plasma of zich bindt aan hemoglobine. Een klein deel wordt omgezet in thiocyanaat en uitgescheiden in de urine.

Risico's van verhitting HCN

Langdurige blootstelling aan hitte van vloeibaar HCN in gesloten containers kan onverwacht heftig scheuren van de containers veroorzaken. Het kan explosief polymeriseren bij 50-60 ° C in aanwezigheid van sporen van alkali en in afwezigheid van remmers.

Aanwezigheid van HCN in rook door brand

HCN komt vrij bij de verbranding van stikstofhoudende polymeren, zoals onder meer wol, zijde, polyacrylonitrilen en nylon. Deze materialen zijn aanwezig in onze huizen en op de meeste plaatsen van menselijke activiteit.

Om deze reden kan HCN tijdens branden mogelijk de doodsoorzaak zijn bij inademing.

Vervuiler van de atmosfeer

HCN is een vervuiler van de troposfeer. Het is bestand tegen fotolyse en ondergaat onder atmosferische omgevingsomstandigheden geen hydrolyse.

De fotochemisch geproduceerde hydroxyl OH-radicalen kunnen reageren met HCN, maar de reactie is erg traag, dus de halfwaardetijd van HCN in de atmosfeer is 2 jaar.

Bij het verbranden van biomassa, vooral turf, komt HCN vrij in de atmosfeer, maar ook bij industriële activiteiten. De verbranding van turf is echter 5 tot 10 keer meer vervuilend dan de verbranding van andere soorten biomassa.

Sommige onderzoekers hebben ontdekt dat de hoge temperaturen en droogte veroorzaakt door het El Niño-fenomeen in bepaalde delen van de planeet seizoensbranden verergeren in gebieden met een hoog gehalte aan afgebroken plantaardig materiaal.

Auteur: Steve Buissinne. Bron: Pixabay.

Dit leidt tot een intense verbranding van biomassa in droge seizoenen.

Deze gebeurtenissen zijn de bron van hoge concentraties HCN in de troposfeer, die uiteindelijk naar de lagere stratosfeer worden getransporteerd, waar ze zeer lang blijven bestaan.

Referenties

1. Cotton, F. Albert en Wilkinson, Geoffrey. (1980). Geavanceerde anorganische chemie. Vierde druk. John Wiley & Sons.
2. Amerikaanse National Library of Medicine. (2019). Waterstofcyanide. Opgehaald van pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Gidlow, D. (2017). Waterstofcyanide-een update. Arbeidsgeneeskunde 2017; 67: 662-663. Opgehaald van ncbi.nlm.nih.gov.
4. Van Nostrand's Scientific Encyclopedia. (2005). Waterstofcyanide. 9 ^th Teruggewonnen van onlinelibrary.wiley.com.
5. Ren, Y.-L. et al. (1996). Effect van waterstofcyanide en carbonylsulfide op de kieming en plumule-kracht van tarwe. Pesticiden. Sci. 1996, 47, 1-5. Hersteld van onlinelibrary.wiley.com.
6. De Nicola, GR et al. (2011). Een eenvoudige analytische methode voor evaluatie van het Dhurrin-gehalte in cyanogene planten voor hun gebruik in veevoeder en biofumigatie. J. Agric. Voedsel Chem.2011, 59, 8065-8069. Opgehaald van pubs.acs.org.
7. Sheese, PE et al. (2017). Een wereldwijde verbetering van waterstofcyanide in de lagere stratosfeer gedurende 2016. Geophys. Res. Lett., 44, 5791-5797. Hersteld van agupubs.onlinelibrary.wiley.com.
8. Surleva, AR en Drochioiu, G. (2013). Rookgevaar visualiseren: een eenvoudige spectrofotometrische bepaling van waterstofcyanide in sigarettenrook en filters. J. Chem. Educ. 2013, 90, 1654-1657. Opgehaald van pubs.acs.org.
9. Alarie, Y. et al. (1990). De rol van waterstofcyanide bij menselijke sterfgevallen bij brand. In vuur en polymeren. Hoofdstuk 3. ACS Symposium Series. Opgehaald van pubs.acs.org.