氰化氢

氰化氫,又稱氫氰酸化学式HCN,相当擬鹵素的擬鹵化氫。标准状态下为液體,剧毒且致命,無色而,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
  • Formonitrile[1]
  • Hydridonitridocarbon[2]
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·mol¹
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 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
ΔfHmo298K 135.1 kJ mol−1
So298K 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 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

红色的铁氰酸根离子,是普鲁士蓝的一部分。

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

氰化氢的实验室制法是通过氰化物反应制备,如:

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。
这个反应是由德国化学家Leonid Andrussow首先在1927年于法本公司发现的。[20]

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 是氰化钠氰化钾的前体,后两者可用于开采,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EDTANTA。 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原子,故是重要的有机合成试剂和化工步驟,实际上常用CN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]

土卫六的HCN

土卫六的南极漩涡是HCN组成的一个巨大的漩涡云(2012年11月29日拍摄)。

卡西尼-惠更斯号太空探测器上的四台仪器、旅行者1号上的一台仪器和地球上的一台仪器在土卫六大气中测量到了氢氰酸。[28] 还有一个是原位测量,其中卡西尼号在土卫六表面上方 1,000至1,100(620至680英里) 处收集大气气体进行质谱分析。 [29] HCN最初是通过光化学产生的甲烷和氮自由基的反应经过 H2CN 自由基在土卫六的大气中形成的:[30][31]

CH3 + N → H2CN + H → HCN + H2

紫外线会把 HCN 分解成 CN + H。不过, CN 会通过 CN + CH4 → HCN + CH3反应重新变成氢氰酸。[30]

早期地球的HCN

据推测,木星和土星相互作用产生的一系列小行星(称为后期重轰炸期)的碳炸毁了年轻地球的表面,并与地球大气中的氮气反应, 形成氢氰酸。[32]

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:
  1. 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。
  2. 呼吸困難期有呼吸困難、血壓升高、皮膚粘膜呈鮮紅色等。
  3. 驚厥期出現抽搐、昏迷、呼吸衰竭。
  4. 麻痹期全身肌肉鬆弛,呼吸心跳停止而死亡。

慢性影響:神經衰弱綜合症皮炎

作为一种毒素和化学武器

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]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,氢氰酸是通过硫酸氰化钠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。

參閱

參考資料

  1. . PubChem Compound. United States: National Center for Biotechnology Information. Identification. 16 September 2004 [2012-06-04].
  2. . Chemical Entities of Biological Interest. UK: European Bioinformatics Institute. Main. 18 October 2009 [2012-06-04].
  3. . PubChem Database. National Center for Biotechnology Information. [2019-11-08]. (原始内容存档于2019-11-08). ... Hydrogen cyanide, anhydrous, stabilized appears as very volatile colorless or pale-blue liquid or gas ...
  4. Haynes, 4.67
  5. Haynes, 6.94
  6. Evans, D. A. (PDF). [June 19, 2020]. 已忽略未知参数|url-status= (帮助)
  7. Patnaik, P. . McGraw-Hill. 2002. ISBN 978-0-07-049439-8.
  8. Haynes, 6.231
  9. Haynes, 5.19
  10. NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards 0333
  11. . Immediately Dangerous to Life and Health Concentrations (IDLH). National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
  12. 车振明,李明元. . 2013. ISBN 7501992576.
  13. 天津爆炸的危险品可能是什么? 页面存档备份,存于
  14. Macquer, Pierre-Joseph (presented: 1752; published: 1756) "Éxamen chymique de bleu de Prusse" (Chemical examination of Prussian blue), Mémoires de l'Académie royale des Sciences , pp. 60–77.
  15. Scheele, Carl W. (1782) "Försök, beträffande det färgande ämnet uti Berlinerblå" (Experiment concerning the coloring substance in Berlin blue), Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens handlingar (Royal Swedish Academy of Science's Proceedings), 3: 264–275 (in Swedish).
    Reprinted in Latin as: "De materia tingente caerulei berolinensis" in: Carl Wilhelm Scheele with Ernst Benjamin Gottlieb Hebenstreit (ed.) and Gottfried Heinrich Schäfer (trans.), Opuscula Chemica et Physica (Leipzig ("Lipsiae"), (Germany): Johann Godfried Müller, 1789), vol. 2, pages 148–174.
  16. Berthollet, C. L. (presented: 1787 ; published: 1789) "Mémoire sur l'acide prussique" (Memoir on prussic acid), Mémoires de l'Académie Royale des Sciences, pages 148–161.
    Reprinted in: Berthollet, C. L. [Extract of a memoir on prussic acid]. Annales de Chimie. 1789, 1: 30–39.
  17. Newbold, B. T. . Canadian Chemical News. 1999-11-01 [2010-03-31].
  18. Gay-Lussac, J. L. [Note on prussic acid]. Annales de Chimie. 1811, 44: 128–133.
  19. Gay-Lussac, J. L. [Research on prussic acid]. Annales de Chimie. 1815, 95: 136–231.
  20. Andrussow, L. . Angewandte Chemie. 1935-09-14, 48 (37): 593–595. doi:10.1002/ange.19350483702 (德语).
  21. Gail, E.; Gos, S.; Kulzer, R.; Lorösch, J.; Rubo, A.; Sauer, M., , , Weinheim: Wiley-VCH, 2005, doi:10.1002/14356007.a08_159.pub2
  22. Vetter, J. . Toxicon. 2000, 38 (1): 11–36. PMID 10669009. doi:10.1016/S0041-0101(99)00128-2.
  23. Jones, D. A. . Phytochemistry. 1998, 47 (2): 155–162. PMID 9431670. doi:10.1016/S0031-9422(97)00425-1.
  24. . The Naked Scientists. 26 September 2010 [6 March 2014]. (原始内容存档于6 March 2014). 已忽略未知参数|url-status= (帮助)
  25. Blum, M. S.; Woodring, J. P. . Science. 1962, 138 (3539): 512–513. Bibcode:1962Sci...138..512B. PMID 17753947. doi:10.1126/science.138.3539.512. 已忽略未知参数|s2cid= (帮助)
  26. Aregheore, E. M.; Agunbiade, O. O. . Veterinary and Human Toxicology. 1991, 33 (3): 274–275. PMID 1650055.
  27. White, W. L. B.; Arias-Garzon, D. I.; McMahon, J. M.; Sayre, R. T. . Plant Physiology. 1998, 116 (4): 1219–1225. PMC 35028. PMID 9536038. doi:10.1104/pp.116.4.1219.
  28. Loison, J.C.; Hébrard, E.; Dobrijevic, M.; Hickson, K.M.; Caralp, F.; Hue, V.; Gronoff, G.; Venot, O.; Bénilan, Y. . Icarus. February 2015, 247: 218–247. Bibcode:2015Icar..247..218L. doi:10.1016/j.icarus.2014.09.039.
  29. Magee, Brian A.; Waite, J. Hunter; Mandt, Kathleen E.; Westlake, Joseph; Bell, Jared; Gell, David A. . Planetary and Space Science. December 2009, 57 (14–15): 1895–1916. Bibcode:2009P&SS...57.1895M. doi:10.1016/j.pss.2009.06.016.
  30. Pearce, Ben K. D.; Molaverdikhani, Karan; Pudritz, Ralph; Henning, Thomas; Hébrard, Erid. . Astrophysical Journal. 2020, 901 (2): 110. arXiv:2008.04312. doi:10.3847/1538-4357/abae5c. 已忽略未知参数|s2cid= (帮助)
  31. Pearce, Ben K. D.; Ayers, Paul W.; Pudritz, Ralph E. . The Journal of Physical Chemistry A. 2019-02-20, 123 (9): 1861–1873. Bibcode:2019JPCA..123.1861P. ISSN 1089-5639. PMID 30721064. arXiv:1902.05574. doi:10.1021/acs.jpca.8b11323. 已忽略未知参数|s2cid= (帮助)
  32. Wade, Nicholas. . The New York Times. 2015-05-04 [5 May 2015].
  33. Schnedlitz, Markus (2008) Chemische Kampfstoffe: Geschichte, Eigenschaften, Wirkung. GRIN Verlag. p. 13. ISBN 364023360-3.
  34. Weapons of War - Poison Gas. firstworldwar.com
  35. Environmental and Health Effects. Cyanidecode.org. Retrieved on 2012-06-02.
  36. . Organisation for the Prohibition of Chemical Weapons. [2009-01-14].
  37. Dwork, D.; van Pelt, R. J. . Norton. 1996: 443. ISBN 978-0-393-03933-7. 已忽略未知参数|url-access= (帮助)
  38. . Chemical Factory Draslovka a.s. [2020-07-06].
  39. . [18 October 2014].
  40. . NIOSH.

外部链接

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.