Kloramina
Kloramina adalah derivat amonia yang disubstitusi satu, dua atau tiga atom hidrogennya dengan atom klor: monokloramina (kloramina, NHCl), dikloramina (NHCl), dan nitrogen triklorida (NCl). Istilah "kloramina" juga merujuk kepada keluarga senyawa organik dengan rumus RNCl dan RNCl (dengan R adalah suatu gugus organik).
Monokloramina (kloramina) adalah suatu senyawa anorganik dengan rumus NHCl. Ini adalah cairan tak berwarna dan tak stabil pada titik leburnya , tetapi ini biasanya ditangani sebagai larutan encer dalam air, yang dalam bentuk ini kadang-kadang digunakan sebagai disinfektan. Titik didih kloramina adalah . Kloramina tidak tergolong sebagai karsinogen pada manusia.
Biaya grosir di negara berkembang adalah sekitar 13,80 sampai 18,41 dolar A.S. per 500 gram pada tahun 2014.
Kloramina digunakan sebagai disinfektan untuk air karena tidak seagresif klor dan lebih stabil terhadap cahaya daripada hipoklorit.
NHCl umum digunakan dalam konsentrasi rendah sebagai disinfektan sekunder pada sistem distribusi air kota sebagai alternatif untuk klorinasi. Aplikasi ini semakin meningkat. Klorin (dalam istilah pengolahan air disebut sebagai klorin bebas) digantikan oleh kloramina—lebih spesifiknya adalah monokloramina—yang jauh lebih stabil dan tidak menghilang secepat klorin bebas. NHCl juga memiliki kecenderungan yang lebih rendah daripada klorin bebas, meski tetap ada, dalam hal mengubah bahan organik menjadi klorokarbon seperti kloroform dan karbon tetraklorida. Senyawa tersebut telah diidentifikasi sebagai karsinogen dan pada tahun 1979 United States Environmental Protection Agency mulai mengatur kadarnya dalam air minum A.S.
Beberapa produk sampingan yang tidak diatur dapat menimbulkan risiko kesehatan yang lebih besar daripada bahan kimia yang diatur.
Penambahan kloramina ke dalam suplai air dapat meningkatkan paparan timbal dalam air minum ("Plumbosolvency"), terutama di daerah perumahan tua; paparan ini dapat menyebabkan peningkatan kadar timbal dalam aliran darah, yang dapat menimbulkan risiko kesehatan yang signifikan.
Dalam kolam renang, kloramina terbentuk melalui reaksi klorin bebas dengan zat organik, seperti urin dan keringat. Kloramina, dibanding dengan klorin, keduanya adalah disinfektan yang kurang efektif dan, jika tidak dikelola dengan tepat, lebih mengiritasi mata para perenang. Kloramina juga bertanggung jawab terhadap laporan aroma "klorin" kolam renang. Beberapa modul pengujian kolam yang dirancang untuk digunakan oleh pemilik tidak mampu membedakan klorin bebas dan kloramina, yang dapat dapat menyesatkan dan menyebabkan pengukuran tingkat kloramina dalam air kolam tidak optimal. Terdapat pula bukti bahwa paparan kloramina dapat memberi kontribusi pada masalah pernapasan, termasuk asma, di kalangan perenang. Masalah pernapasan terkait paparan kloramina adalah umum dan merupakan prevalensi di kalangan perenang profesional.
Standar mutu air minum EPA Amerika Serikat membatasi konsentrasi kloramina untuk sistem air publik sebesar 4 ppm berdasarkan rata-rata aliran tahunan seluruh sampel pada sistem distribusi. Dalam rangka memenuhi batas peraturan EPA pada produk sampingan disinfeksi terhalogenasi, banyak utilitas beralih dari klorinasi menjadi kloraminasi. Sementara kloraminasi menghasilkan produk samping terhalogenasi terdaftar yang lebih sedikit, ia dapat menghasilkan konsentrasi produk samping teriodinasi dan "N"-nitrosodimetilamina lebih banyak. Baik produk samping disinfeksi teriodinasi dan "N"-nitrosodimetilamina keduanya menunjukkan genotoksisitas.
NHCl adalah senyawa yang sangat tidak stabil dalam bentuk pekatnya. NHCl murni terdekomposisi hebat pada suhu di atas . Kloramina gas pada tekanan rendah dan larutan encer kloramina dalam air sedikit lebih stabil. Kloramina mudah larut dalam air dan eter, tetapi kurang larut dalam kloroform dan karbon tetraklorida.
Sebagai larutan encer dalam air, kloramina dibuat melalui reaksi antara amonia dengan natrium hipoklorit:
Ini juga merupakan tahap pertama sintesis hidrazin Raschig. Reaksi harus dilakukan dalam suasana sedikit basa (pH 8.5–11). Asam hipoklorit (HOCl) bertindak selaku zat pengklorinasi dalam reaksi ini, yang harus dihasilkan melalui protonasi hipoklorit, dan kemudian bereaksi dalam suatu substitusi nukleofilik gugus hidroksil terhadap gugus amino. Reaksi paling cepat beralangsung pada pH di sekitar 8. Pada pH yang lebih tinggi, konsentrasi asam hipoklorit lebih rendah, sedangkan pada pH yang lebih rendah amonia terprotonasi membentuk ion amonium , yang tidak mengalami reaksi lebih lanjut.
Larutan kloramina dapat dipekatkan dengan distilasi vakum dan melewatkan uapnya melalui kalium karbonat yang akan menyerap air. Kloramina dapat diekstraksi menggunakan eter.
Kloramina gas dapat diperoleh dari reaksi antara amonia gas dengan gas klor (yang diencerkan dengan gas nitrogen):
Kloramina murni dapat dibuat dengan melewatkan fluoramina melalui kalsium klorida:
Ikatan kovalen N−Cl bonds kloramina mudah terhidrolisis dengan membebaskan asam hipoklorit:
Tetapan hidrolisis kuantitatif ("K") digunakan untuk menyatakan daya bakterisida kloramina, yang bergantung pada tingkat menghasilkan asam hipoklorit dalam air. Ia dinyatakan dengan persamaan berikut, dan umumnya berada pada kisaran 10 sampai 10 ( untuk monokloramina):
Dalam larutan akuatik, kloramina terdekomposisi lambat menjadi dinitrogen dan amonium klorida dalam suasana netral atau sedikit basa (pH ≤ 11):
Namun, hanya beberapa persen dari larutan kloramina 0,1 M dalam air terdekomposisi, sesuai rumus, dalam beberapa minggu. Pada pH di atas 11, terjadi reaksi lambat dengan ion hidroksida sebagai berikut:
Dalam suasana asam pada pH sekitar 4, kloramina terdisproporsionasi menjadi bentuk dikloroamina, yang pada gilirannya terdisproporsionasi kembali pada pH di bawah 3 membentuk nitrogen triklorida:
Pada pH rendah, nitrogen triklorida mendominasi dan pada pH 3–5 dikloroamina yang mendominasi. Kesetimbangan ini diganggu oleh dekomposisi tak dapat balik dari kedua senyawa:
Dalam air, kloramina berada dalam kondisi pH netral. Ia adalah oksidator (larutan asam: , dalam larutan basa ):
Reaksi kloramina termasuk substitusi radikal, nukleofilik, dan elektrofilik klorin, substitusi elektrofilik hidrogen, dan adisi oksidatif.
Kloramina dapat, seperti asam hipoklorit, mendonorkan klorin bermuatan positif dalam reaksi dengan nukleofil (Nu):
Contoh reaksi klorinasi meliputi transformasi menjadi dikloroamina dan nitrogen triklorida dalam suasana asam, seperti dijelaskan pada bagian dekomposisi
Kloramina juga dapat mengaminasi nukleofil (aminasi elektrofilik):
Aminasi amonia dengan kloramina membentuk hidrazin adalah contoh mekanisme ini (proses Raschig):
Kloramina mengaminasi elektrofilik dirinya sendiri dalam suasana netral dan basa untuk memulai dekomposisinya:
Klorohidrazin () yang terbentuk selama swa-dekomposisi adalah tak stabil dan terdekomposisi sendiri, yang menyebabkan reaksi dekomposisi bersih sebagai berikut:
Monokloramina mengoksidasi sulfhidril dan disulfida dengan cara yang sama seperti asam hipoklorit, tetapi hanya memiliki efek biosida sebesar 0,4% dari HClO.
Kloramina harus dihilangkan dari air untuk aplikasi dialisis, akuarium, hidroponik, dan bir "homebrewing". Kloramina dapat mengganggu dialisis, dapat mencederai hewan akuatik, dan dapat memberi rasa obat pada bir homebrewing melalui pembentukan klorofenol. Pada aplikasi hidroponik, kloramina dapat menghambat pertumbuhan tanaman.
Ketika digunakan proses kimia atau biologi yang dapat mengubah kimia kloramina, ia akan mengalami deklorinasi reduktif. Teknik lain adalah menggunakan metode fisika—bukan kimia—untuk menghilangkan kloramina.
Kloramina harus dihilangkan dari air sebelum digunakan dalam mesin dialisis ginjal, karena ia akan kontak langsung dengan aliran darah melalui suatu membran permeabel. Namun, pasien cuci darah dapat tetap minum air yang diberi perlakuan kloramina dengan aman, karena kloramina dinetralisir oleh proses penceranan.
Penggunaan sinar ultraviolet untuk penghilangan klor atau kloramina adalah teknologi yang mapan yang telah diterima luas di kalangan farmasi, minuman, dan aplikasi dialisis. UV juga digunakan untuk disinfeksi fasilitas akuatik.
Kloramina dapat dihilangkan dari air keran melalui pengolahan dengan superklorinasi (10 ppm atau lebih klorin bebas, seperti dari dosis pemutih natrium hipoklorit atau disinfektan kolam) sementara pH dijaga di sekitar 7 (seperti memberi dosis asam hidroklorat). Asam hipoklorit dari klorin bebas mengusir amonia dari kloramina, dan amonia keluar dalam bentuk gas dari permukaan air. Proses ini memakan waktu sekitar 24 jam untuk konsentrasi air keran normal, sekitar beberapa ppm kloramina. Residu klorin bebas dapat dihilangkan dengan dijemur di bawah sinar matahari selama 4 jam.
Asam askorbat (vitamin C) dan natrium askorbat menetralisir baik klor maupun kloramin, tetapi terdegradasi dalam satu atau dua hari, sehingga hanya bisa digunakan untuk aplikasi jangka pendek. "SFPUC" menentukan bahwa tablet vitamin C 1000 mg, yang digerus dan dicampur dengan air bak, dapat menghilangkan kloramina secara total dalam bak mandi ukuran sedang tanpa menekan pH secara signifikan.
Karbon aktif telah digunakan untuk menghilangkan kloramina jauh sebelum tersedianya karbon katalitik; karbon aktif standar memerlukan waktu kontak yang sangat lama, yang artinya diperlukan karbon yang sangat banyak. Untuk penghilangan total, dapat diperlukan sampai dengan empat kali waktu kontak dengan karbon katalitik.
Sebagian besar unit dialisis saat ini bergantung pada saringan karbon aktif granular ("granular activated carbon" GAC), yang dua di antaranya disusun berseri sehingga kelolosan kloramina dapat dideteksi setelah saringan pertama, sebelum saringan kedua gagal. Selain itu, injeksi natrium metabisulfit dapat digunakan dalam kondisi tertentu.
Natrium tiosulfat digunakan untuk mendeklorinasi air keran untuk akuarium atau memberi perlakuan efluen dari pengolahan air limbah sebelum dilepas ke sungai. Reaksi reduksinya analog dengan reaksi reduksi iodium. Perlakuan air keran membutuhkan antara 0,1 dan 0,3 gram natrium tiosulfat pentahidrat (kristal) per 10 L air. Banyak hewan sensitif terhadap kloramina, dan harus dihilangkan dari air yang diberikan ke banyak hewan di kebun binatang.
Kloramina, seperti klorin, bisa dihilangkan dengan cara merebus dan mendiamkannya. Namun, waktu yang dibutuhkan untuk menghilangkan kloramina jauh lebih lama dari pada klorin. Waktu yang diperlukan untuk menghilangkan setengah kloramina (waktu paruh) dari air dengan cara merebus adalah 26,6 jam, sedangkan waktu paruh klorin bebas dalam 10 galon air mendidih hanya 1,8 jam.
Berbagai kloramina organik dikenal dan terbukti berguna dalam sintesis organik. Contohnya termasuk "N"-kloromorfolina (ClN(CHCH)O), "N"-kloropiperidina, dan "N"-kloroquinuklidinium klorida.
Kloramina sering merupakan produk sampingan yang tidak diinginkan dari reaksi oksidasi senyawa organik (yang mempunyai gugus amino) dengan pemutih. Reduksi kembali kloramina menjadi amina dapat dilakukan melalui donor hidrida ringan. Natrium borohidrida akan mereduksi kloramina, namun reaksi ini sangat meningkat dengan katalisis asam.