氰化氢
氰化氫,又稱氫氰酸,化学式HCN,相当擬鹵素氰的擬鹵化氫。标准状态下为液體,剧毒且致命,無色而苦,並有淡淡的杏仁氣味(杏桃的果核中含有苦杏仁苷,溶于水會釋放出氰化氫[12]),能否嗅出視乎個人基因[13]。氰化氫是一种弱酸,沸點26℃(79°F)。氰化氫是一個線性分子,碳和氮之間具有三鍵。
氰化氢 | |
---|---|
IUPAC名 | |
别名 | 氢氰酸,甲腈 |
识别 | |
CAS号 | 74-90-8 |
PubChem | 768 |
ChemSpider | 748 |
SMILES |
|
3DMet | B00275 |
UN编号 | 1051 |
EINECS | 200-821-6 |
ChEBI | 18407 |
RTECS | MW6825000 |
KEGG | C01326 |
MeSH | Hydrogen+Cyanide |
性质 | |
化学式 | HCN |
摩尔质量 | 27.03 g·mol⁻¹ |
外观 | 無色氣體或淡藍色[3]易揮發液體 |
密度 | 0.6876 g cm−3[4] |
熔点 | -13.29 °C(260 K)([4]) |
沸点 | 26 °C(299 K)([4]) |
溶解性(水) | 易溶 |
蒸氣壓 | 100 kPa (25 °C)[5] |
pKa | 9.21(水中) 12.9(DMSO中)[6] |
折光度n D |
1.2675 [7] |
黏度 | 0.183 mPa·s (25 °C)[8] |
结构 | |
分子构型 | 直线形 |
偶极矩 | 2.98 D |
热力学 | |
ΔfHm |
135.1 kJ mol−1 |
S |
201.8 J K−1 mol−1 |
热容 | 35.9 J K−1 mol−1 (气体)[9] |
危险性 | |
警示术语 | R:R12-R26-R27-R28-R32 |
安全术语 | S:S1/2-S7-S9-S13-S16-S28-S29-S45 |
主要危害 | 劇毒及易燃 |
NFPA 704 |
4
4
2
|
闪点 | −17.78 °C |
爆炸極限 | 5.6% – 40.0%[10] |
PEL | TWA 10 ppm (11 mg/m3) [skin][10] |
致死量或浓度: | |
LC50(中位浓度) |
501 ppm (大鼠, 5 min) 323 ppm (小鼠, 5 min) 275 ppm (大鼠, 15 min) 170 ppm (大鼠, 30 min) 160 ppm (大鼠, 30 min) 323 ppm (大鼠, 5 min)[11] |
LCLo(最低) |
200 ppm (哺乳动物, 5 min) 36 ppm (哺乳动物, 2 hr) 107 ppm (人类, 10 min) 759 ppm (兔子, 1 min) 759 ppm (猫, 1 min) 357 ppm (人类, 2 min) 179 ppm (人类, 1 hr)[11] |
相关物质 | |
相关化学品 | 氰、氯化氰、磷杂乙炔 三甲基氰硅烷 |
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。 |
历史
氢氰酸首次在一种1706年已知的蓝色染料(普鲁士蓝)中提取,不过普鲁士蓝的结构仍然未知。它现在的结构是已知的,为水合铁氰化铁的配位聚合物。1752年,法国化学家 Pierre Macquer 展示出普鲁士蓝可以分解成一种氧化铁和一种挥发性物质,后两者还可以重新反应生成普鲁士蓝。[14]这种新的挥发性物质就是现在的氢氰酸。根据 Macquer的领导,卡尔·威廉·舍勒于 1782成功从普鲁士蓝中分离出氢氰酸,[15] 并命名为Blausäure (德文,意为蓝酸),因为它的水溶液是酸性的,并且来自于普鲁士蓝。
1787年,法国化学家克劳德·贝托莱展示出了氢氰酸不含氧,[16]是研究酸理论中重大贡献之一,推翻了酸必要有氧原子的理论[17]。1811年,约瑟夫·路易·盖-吕萨克制备了纯的液态氰化氢。[18]1815年,他也说明了氢氰酸的化学式。[19]氢氰酸的共轭碱,氰离子(英語:)的名称由cyan衍生而来。
制取
最重要的工业制取氰化氢的方法要数Andrussow氧化反应,它是通过甲烷、氨气以及氧气在约1200°C经由铂催化得到氰化氢:
- 其中反应所需能量由甲烷和氨气的部分氧化提供。
或者由石墨與氨氣加强热生成氣體,冷凝後得液體氰化氫。
也可以用甲酸铵进行脱水(可以用五氧化二磷)来制取,这是一种比较快捷,原料易得的方法,适合在暂时无氰化物的时候制取少量氰化氢。
应用
HCN 是氰化钠和氰化钾的前体,后两者可用于开采金和银,来获得这些金属。经过氰醇中间体,一系列由 HCN 制成的有用有机化合物包括甲基丙烯酸甲酯单体、经过斯特雷克氨基酸合成反应制成的甲硫氨酸、嵌合剂EDTA和NTA。 经过氢氰化反应,HCN 可以加合到丁二烯,形成己二腈,一种合成尼龙-6,6的前体。[21]
化學性质
分子可溶於水中形成氫氰酸。可與卤代烃進行親核取代反應(SN),及與羰基化合物進行親核加成反應生成α-羟基腈。由於可以使化合物增加一個碳原子,故是重要的有机合成试剂和化工步驟,实际上常用CN−作亲核试剂。
存在
HCN 可以从一些水果里获得,像是樱桃、杏组、苹果和苦杏仁,杏仁油和调味品就是从中提取的。 它们有少量的羟腈,像是扁桃腈和扁桃苷,会缓慢释放氢氰酸。[22][23] 100克的碎苹果种子可以得到 70 mg 的 HCN。[24] 一些千足虫也会释放氢氰酸来防御,[25] 一些昆虫也是如此,例如斑蛾科。氢氰酸是交通工具产生的一种废气,也可以由含氮塑料燃烧而成。木薯根甚至有每公斤 1 克的 HCN。[26][27]
危害
健康危害:抑制細胞色素氧化酶,造成細胞內窒息。可致眼、皮膚灼傷,吸收引起中毒。
急性中毒:
- 短時間內吸入高濃度氰化氫氣體,可立即呼吸停止而死亡。
- 非驟死者臨床分為4期:
- 前驅期有粘膜刺激、呼吸加快加深、乏力、頭痛;口服有舌尖、口腔發麻等。
- 呼吸困難期有呼吸困難、血壓升高、皮膚粘膜呈鮮紅色等。
- 驚厥期出現抽搐、昏迷、呼吸衰竭。
- 麻痹期全身肌肉鬆弛,呼吸心跳停止而死亡。
作为一种毒素和化学武器
在第一次世界大战中,法国从1916年开始使用氢氰酸作为化学武器对付同盟国,美国和意大利在1918年也将氢氰酸用作对付同盟国的化学武器,但由于密度的原因,氢氰酸并不有效。[33][34] 氰化氢气体比空气轻,会直接飘散,这和比空气重的光气和氯气形成对比,它们会停留在地面,沉入 堑壕。这可以使它们的浓度增加,直至致死浓度。这些缺点使得氰化氢根本不能用于战场。当氢氰酸在空气的浓度为 100–200 ppm 时,可以在 10 到 60 分钟杀死人。[35] 当氢氰酸的浓度达到 2000 ppm (大概 2380 mg/m3) ,它可以在一分钟杀死人。[35] 这是由于氰根离子造成的,它通过作为线粒体中的细胞色素c氧化酶的非竞争性抑制剂来阻止细胞呼吸。因此,氢氰酸被归类为化学武器的血液抑制剂。[36] 它属于禁止化学武器公约的第三类物质,它有合法的大规模民用,年产30吨氢氰酸以上的工厂必须登记,且允许检查。
氢氰酸可用作杀虫剂。 其中最著名的是 (德文: Cyclone B,其中B 代表 – 普鲁士酸,也可以用来消除和后来称为的 Zyklon A 的东西的歧义)。[37] 在第二次世界大战期间,纳粹德国灭绝营使用了它来杀死群众,作为其最终解决方案种族灭绝计划的一部分。 难民营中也使用氢氰酸消灭衣服,企图消灭虱子和其他寄生虫携带的疾病。 最初的捷克生产商之一继续以商标 Uragan D2 生产Zyklon B[38],直到今天。氢氰酸还是美国某些州执行死刑中使用的试剂,在执行过程中,氢氰酸是通过硫酸和氰化钠或氰化钾反应而产生的。
HCN 可以用作捕鲸用的鱼叉的毒剂,尽管事实证明它对部署鱼叉的船员来说相当危险,因此很快就被放弃了。 [39] 从18世纪中叶开始,它被用于一些谋杀和自杀。 [40]
氰化氢气体在 5.6%的浓度以上时会爆炸。[41] 这个值远高于致死量。
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