Cianeto de hidrogenio - Hydrogen cyanide

Hidrogênio-cianeto-2D.svg
Modelo bola e bastão de cianeto de hidrogênio
Modelo Spacefill de cianeto de hidrogênio
Nomes
Nome IUPAC
Outros nomes
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
3DMet
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.000.747 Edite isso no Wikidata
Número EC
KEGG
Malha Hidrogênio + Cianeto
Número RTECS
UNII
Número ONU 1051
  • InChI = 1S / CHN / c1-2 / h1H ☒N
    Chave: LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N ☒N
  • C # N
Propriedades
HCN
Massa molar 27,0253 g / mol
Aparência Líquido ou gás incolor
Odor Óleo de amêndoa amarga
Densidade 0,6876 g / cm 3
Ponto de fusão -13,29 ° C (8,08 ° F; 259,86 K)
Ponto de ebulição 26 ° C (79 ° F; 299 K)
Miscível
Solubilidade em etanol Miscível
Pressão de vapor 100 kPa (25 ° C)
75 μmol Pa −1 kg −1
Acidez (p K a ) 9,21 (na água),

12,9 (em DMSO)

Basicidade (p K b ) 4,79 (ânion cianeto)
Ácido conjugado Hidrocianônio
Base conjugada Cianeto
1,2675
Viscosidade 0,183 mPa · s (25 ° C)
Estrutura
C ∞v
Linear
2,98 D
Termoquímica
35,9 JK −1 mol −1 (gás)
201,8 JK −1 mol −1
Entalpia
padrão de formação f H 298 )
135,1 kJ mol −1
Perigos
Pictogramas GHS GHS02: Inflamável GHS06: Tóxico GHS08: Risco para a saúde GHS09: Risco ambiental
Palavra-sinal GHS Perigo
H225 , H300 , H310 , H319 , H330 , H336 , H370 , H400 , H410
P210 , P261 , P305 + 351 + 338
NFPA 704 (diamante de fogo)
4
4
2
Ponto de inflamação -17,8 ° C (0,0 ° F; 255,3 K)
538 ° C (1.000 ° F; 811 K)
Limites explosivos 5,6% - 40,0%
Dose ou concentração letal (LD, LC):
501 ppm (rato, 5 min)
323 ppm (rato, 5 min)
275 ppm (rato, 15 min)
170 ppm (rato, 30 min)
160 ppm (rato, 30 min)
323 ppm (rato, 5 min)
200 ppm (mamífero, 5 min)
36 ppm (mamífero, 2 h)
107 ppm (humano, 10 min)
759 ppm (coelho, 1 min)
759 ppm (gato, 1 min)
357 ppm (humano, 2 min)
179 ppm (humano, 1 hora)
NIOSH (limites de exposição à saúde dos EUA):
PEL (permitido)
TWA 10 ppm (11 mg / m 3 ) [pele]
REL (recomendado)
ST 4,7 ppm (5 mg / m 3 ) [pele]
IDLH (perigo imediato)
50 ppm
Compostos relacionados
Alcanenitrilos relacionados
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N verificar  (o que é   ?) VerificaY☒N
Referências da Infobox

O cianeto de hidrogênio , às vezes chamado de ácido prússico , é um composto químico com a fórmula química HCN. É um líquido incolor , extremamente venenoso e inflamável que ferve ligeiramente acima da temperatura ambiente , a 25,6 ° C (78,1 ° F). O HCN é produzido em escala industrial e é um precursor altamente valioso de muitos compostos químicos, desde polímeros a produtos farmacêuticos. As aplicações em larga escala são para a produção de cianeto de potássio e adiponitrila , usados ​​na mineração e plásticos, respectivamente.

Estrutura e propriedades gerais

O cianeto de hidrogênio é uma molécula linear, com uma ligação tripla entre carbono e nitrogênio. O tautômero de HCN é HNC, isocianeto de hidrogênio .

O cianeto de hidrogênio é fracamente ácido com um p K a de 9,2. Ele se ioniza parcialmente em solução aquosa para dar o ânion cianeto , CN - . Uma solução de cianeto de hidrogênio em água , representada como HCN, é chamada de ácido cianídrico . Os sais do ânion cianeto são conhecidos como cianetos.

HCN tem uma fraco de amêndoa amarga -like odor que algumas pessoas são incapazes de detectar devido a um recessiva genética traço . O composto volátil tem sido usado como rodenticida de inalação e veneno humano, bem como para matar baleias. Os íons cianeto interferem nas enzimas respiratórias que contêm ferro.

História da descoberta

O íon ferricianeto de cor vermelha , um componente do azul da Prússia

O cianeto de hidrogênio foi isolado pela primeira vez de um pigmento azul ( azul da Prússia ) conhecido desde 1706, mas cuja estrutura era desconhecida. É agora conhecido por ser um polímero de coordenação com uma estrutura complexa e uma fórmula empírica de ferrocianeto férrico hidratado . Em 1752, o químico francês Pierre Macquer deu o importante passo ao mostrar que o azul da Prússia podia ser convertido em óxido de ferro mais um componente volátil e que estes podiam ser usados ​​para reconstituí-lo. O novo componente era o que hoje é conhecido como cianeto de hidrogênio. Seguindo o exemplo de Macquer, foi preparado pela primeira vez de azul da Prússia pelo químico sueco Carl Wilhelm Scheele em 1782, e acabou por ser dado o nome alemão Blausäure ( iluminado . "Ácido azul") por causa de sua natureza ácida em água e sua derivação de azul da Prússia . Em inglês, ficou conhecido popularmente como ácido prússico.

Em 1787, o químico francês Claude Louis Berthollet mostrou que o ácido prússico não continha oxigênio, uma contribuição importante para a teoria do ácido, que até então postulava que os ácidos devem conter oxigênio (daí o nome do próprio oxigênio , que é derivado de elementos gregos que significam "formadores de ácido" e também são denominados em alemão como Sauerstoff ). Em 1811, Joseph Louis Gay-Lussac preparou cianeto de hidrogênio puro e liquefeito. Em 1815, Gay-Lussac deduziu a fórmula química do ácido prússico. O cianeto radical no cianeto de hidrogênio recebeu seu nome de ciano , não apenas uma palavra em inglês para um tom de azul, mas a palavra grega para azul ( grego antigo : κύανος ), novamente devido à sua derivação do azul da Prússia.

Produção e síntese

O cianeto de hidrogênio se forma em pelo menos quantidades limitadas a partir de muitas combinações de hidrogênio, carbono e amônia . O cianeto de hidrogênio é atualmente produzido em grandes quantidades por diversos processos, além de ser um resíduo recuperado da fabricação de acrilonitrila . Em 2006, entre 500 milhões e 1 bilhão de libras (entre 230.000 e 450.000 t) foram produzidos nos Estados Unidos.

O processo mais importante é a oxidação de Andrussow inventada por Leonid Andrussow na IG Farben em que metano e amônia reagem na presença de oxigênio a cerca de 1.200 ° C (2.190 ° F) sobre um catalisador de platina :

2 CH 4 + 2 NH 3 + 3 O 2 → 2 HCN + 6 H 2 O

A energia necessária para a reação é fornecida pela oxidação parcial do metano e da amônia.

De menor importância é o processo Degussa (processo BMA ) em que nenhum oxigênio é adicionado e a energia deve ser transferida indiretamente através da parede do reator:

CH 4 + NH 3 → HCN + 3H 2

Essa reação é semelhante à reforma a vapor , a reação do metano e da água para dar monóxido de carbono e hidrogênio .

No processo Shawinigan, hidrocarbonetos , por exemplo , propano , reagem com amônia. No laboratório, pequenas quantidades de HCN são produzidas pela adição de ácidos a sais de cianeto de metais alcalinos :

H + + NaCN → HCN + Na +

Essa reação às vezes é a base de envenenamentos acidentais porque o ácido converte um sal de cianeto não volátil no HCN gasoso.

Métodos históricos de produção

A grande demanda por cianetos para operações de mineração na década de 1890 foi atendida por George Thomas Beilby , que patenteou um método para produzir cianeto de hidrogênio passando amônia sobre carvão incandescente em 1892. Esse método foi usado até que Hamilton Castner em 1894 desenvolveu uma síntese a partir do carvão , amônia e sódio produzindo cianeto de sódio , que reage com o ácido para formar HCN gasoso.

Formulários

O HCN é o precursor do cianeto de sódio e do cianeto de potássio , que são usados ​​principalmente na mineração de ouro e prata e na eletrodeposição desses metais. Por intermédio de cianoidrinas , uma variedade de compostos orgânicos úteis são preparados a partir de HCN incluindo o monômero metacrilato de metila , a partir de acetona , o aminoácido metionina , por meio da síntese de Strecker e os agentes quelantes EDTA e NTA . Por meio do processo de hidrocianação , o HCN é adicionado ao butadieno para dar adiponitrila , um precursor do Nylon-6,6 .

O HCN é usado globalmente como fumigante contra muitas espécies de insetos-praga que infestam instalações de produção de alimentos. Tanto a sua eficácia como o método de aplicação conduzem à utilização de quantidades muito pequenas do fumigante em comparação com outras substâncias tóxicas utilizadas para o mesmo fim. Usar HCN como fumigante também tem impacto ambiental mínimo em comparação com moléculas fumigantes estruturais semelhantes, como fluoreto de sulfurila e brometo de metila

Ocorrência

O HCN pode ser obtido a partir de frutas com caroço , como cerejas , damascos , maçãs e amêndoas amargas , de onde são feitos o óleo de amêndoa e o aromatizante. Muitos desses poços contêm pequenas quantidades de cianidrinas , como mandelonitrila e amigdalina , que liberam lentamente cianeto de hidrogênio. Cem gramas de sementes de maçã esmagadas podem render cerca de 70 mg de HCN. As chamadas raízes "amargas" da mandioca podem conter até 1 grama de HCN por quilograma. Alguns milípedes , como Harpaphe haydeniana , Desmoxytes purpurosea e Apheloria, liberam cianeto de hidrogênio como mecanismo de defesa, assim como certos insetos, como mariposas e larvas de eucalipto Paropsisterna . O cianeto de hidrogênio está contido no escapamento de veículos e na fumaça da queima de plásticos contendo nitrogênio .

O Vórtice do Pólo Sul da lua de Saturno, Titã, é uma nuvem gigante de HCN (29 de novembro de 2012).

HCN em Titan

HCN foi medido na atmosfera de Titã por quatro instrumentos na sonda espacial Cassini , um instrumento na Voyager e um instrumento na Terra. Uma dessas medições foi in situ, onde a espaçonave Cassini mergulhou entre 1.000 e 1.100 km (620 e 680 mi) acima da superfície de Titã para coletar gás atmosférico para análise de espectrometria de massa . HCN forma inicialmente em atmosfera de Titan através da reacção de radicais de metano e de azoto produzidos fotoquimicamente que procedem através da H 2 NC intermediário, por exemplo, (CH 3 + N → H 2 NC + H → HCN + H 2 ). A radiação ultravioleta divide o HCN em CN + H; no entanto, CN é reciclado com eficiência de volta em HCN por meio da reação CN + CH 4 → HCN + CH 3 .

HCN na jovem Terra

Foi postulado que o carbono de uma cascata de asteróides (conhecido como o Bombardeio Pesado Tardio ), resultante da interação de Júpiter e Saturno, explodiu na superfície da jovem Terra e reagiu com o nitrogênio na atmosfera da Terra para formar HCN.

HCN em mamíferos

Alguns autores demonstraram que os neurônios podem produzir cianeto de hidrogênio mediante ativação de seus receptores opioides por opioides endógenos ou exógenos. Eles também mostraram que a produção neuronal de HCN ativa os receptores NMDA e desempenha um papel na transdução de sinal entre as células neuronais ( neurotransmissão ). Além disso, o aumento da produção neuronal endógena de HCN sob opioides era aparentemente necessário para a analgesia opioide adequada , uma vez que a ação analgésica dos opioides era atenuada por sequestradores de HCN. Eles consideraram o HCN endógeno um neuromodulador .

Também tem sido demonstrado que, ao mesmo tempo estimulando muscarínicos colinérgicos receptores em cultura de feocromocitoma de células aumenta a produção de HCN, em um organismo vivo ( in vivo ) muscarínico colinérgico estimulação, na verdade, diminui a produção de HCN.

Os leucócitos geram HCN durante a fagocitose e podem matar bactérias , fungos e outros patógenos ao gerar vários produtos químicos tóxicos diferentes, um dos quais é o cianeto de hidrogênio.

A vasodilatação causada pelo nitroprussiato de sódio demonstrou ser mediada não apenas pela geração de NO, mas também pela geração de cianeto endógeno, que adiciona não apenas toxicidade, mas também alguma eficácia anti-hipertensiva adicional em comparação com nitroglicerina e outros nitratos não cianogênicos que não causam os níveis de cianeto no sangue aumentem.

HCN é um constituinte da fumaça do tabaco .

HCN e a origem da vida

O cianeto de hidrogênio tem sido discutido como um precursor de aminoácidos e ácidos nucléicos, e acredita-se que tenha desempenhado um papel na origem da vida . Embora a relação dessas reações químicas com a teoria da origem da vida permaneça especulativa, estudos nesta área levaram à descoberta de novos caminhos para compostos orgânicos derivados da condensação de HCN (por exemplo, Adenina ).

HCN no espaço

HCN foi detectado no meio interestelar e na atmosfera de estrelas de carbono . Desde então, extensos estudos investigaram as vias de formação e destruição de HCN em vários ambientes e examinaram seu uso como traçador para uma variedade de espécies e processos astronômicos. HCN pode ser observado a partir de telescópios terrestres através de uma série de janelas atmosféricas . As transições rotacionais puras J = 1 → 0, J = 3 → 2, J = 4 → 3 e J = 10 → 9 foram todas observadas.

O HCN é formado em nuvens interestelares por meio de uma das duas principais vias: via reação neutra-neutra (CH 2 + N → HCN + H) e via recombinação dissociativa (HCNH + + e - → HCN + H). A via de recombinação dissociativa é dominante em 30%; entretanto, o HCNH + deve estar em sua forma linear. A recombinação dissociativa com seu isômero estrutural, H 2 NC + , produz exclusivamente isocianeto de hidrogênio (HNC).

O HCN é destruído em nuvens interestelares por meio de vários mecanismos, dependendo da localização na nuvem. Em regiões dominadas por fótons (PDRs), a fotodissociação domina, produzindo CN (HCN + ν → CN + H). Em profundidades adicionais, a fotodissociação por raios cósmicos domina, produzindo CN (HCN + cr → CN + H). No núcleo escuro, dois mecanismos concorrentes o destroem, formando HCN + e HCNH + (HCN + H + → HCN + + H; HCN + HCO + → HCNH + + CO). A reação com HCO + domina por um fator de ~ 3,5. HCN tem sido usado para analisar uma variedade de espécies e processos no meio interestelar. Tem sido sugerido como um traçador para gás molecular denso e como um traçador de influxo estelar em regiões de formação de estrelas de alta massa. Além disso, a razão HNC / HCN mostrou ser um excelente método para distinguir entre PDRs e regiões dominadas por raios-X (XDRs).

Em 11 de agosto de 2014, astrônomos divulgaram estudos, usando o Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) pela primeira vez, que detalhavam a distribuição de HCN, HNC , H 2 CO e poeira dentro do coma dos cometas C / 2012 F6 ( Lemmon) e C / 2012 S1 (ISON) .

Em fevereiro de 2016, foi anunciado que traços de cianeto de hidrogênio foram encontrados na atmosfera da quente Super-Terra 55 Cancri e com o telescópio espacial Hubble da NASA .

Como veneno e arma química

Na Primeira Guerra Mundial , o cianeto de hidrogênio foi usado pelos franceses a partir de 1916 como arma química contra as potências centrais e pelos Estados Unidos e Itália em 1918. Não foi considerado eficaz o suficiente devido às condições climáticas. O gás é mais leve que o ar e se dispersa rapidamente na atmosfera. A diluição rápida tornou seu uso no campo impraticável. Em contraste, agentes mais densos como fosgênio ou cloro tendem a permanecer no nível do solo e afundar nas trincheiras dos campos de batalha da Frente Ocidental. Comparado a esses agentes, o cianeto de hidrogênio tinha que estar presente em concentrações mais altas para ser fatal.

Uma concentração de cianeto de hidrogênio de 100–200 ppm no ar respirável mata um ser humano em 10 a 60 minutos. A concentração de cianeto de hidrogénio de 2,000 ppm (cerca de 2380 mg / m 3 ) vai matar um humano em cerca de um minuto. O efeito tóxico é causado pela ação do íon cianeto, que interrompe a respiração celular . Ele atua como um inibidor não competitivo de uma enzima na mitocôndria chamada citocromo c oxidase . Como tal, o cianeto de hidrogênio é comumente listado entre as armas químicas como um agente sanguíneo .

A Convenção de Armas Químicas a lista na Tabela 3 como uma arma potencial que tem usos industriais em grande escala. Os países signatários devem declarar fábricas que produzem mais de 30 toneladas métricas por ano e permitir a inspeção da Organização para a Proibição de Armas Químicas .

Talvez seu uso mais infame é Zyklon B (alemão: Ciclone B , com o B permanente para Blausäure - ácido cianídrico, também, para distingui-lo de um produto anterior mais tarde conhecido como Zyklon A), foi usado em alemão nazista campos de extermínio durante Mundial Guerra II para matar em massa como parte de seu programa de genocídio Solução Final . O cianeto de hidrogênio também foi usado nos campos para despiolhar roupas na tentativa de erradicar doenças transmitidas por piolhos e outros parasitas. Um dos produtores tchecos originais continuou fazendo Zyklon B sob a marca "Uragan D2" até recentemente.

O cianeto de hidrogênio também foi o agente empregado na execução judicial em alguns estados dos Estados Unidos , onde foi produzido durante a execução pela ação do ácido sulfúrico sobre o cianeto de sódio ou potássio .

Sob o nome de ácido prússico , o HCN tem sido usado como agente assassino em arpões baleeiros , embora tenha se mostrado bastante perigoso para a tripulação que o utilizou e foi rapidamente abandonado. A partir de meados do século XVIII, foi usado em uma série de envenenamentos, assassinatos e suicídios.

O gás cianeto de hidrogênio no ar é explosivo em concentrações acima de 5,6%. Essa concentração está muito acima de um nível tóxico.

Referências

links externos