Цијановодород

Цијановодород, понекогаш наречен и прусинска киселина — хемиско соединение со формула HCN и структура . Тоа е безбојна, исклучително отровна и запалива течност која врие малку над собната температура, на . HCN се произведува на индустриско ниво и е високо ценет претходник на многу хемиски соединенија кои се движат од полимери до фармацевтски производи. Примените од големи размери се за производство на калиум цијанид и адипонитрил, кои се користат во рударството и пластиката, соодветно. Тој е поотровен од цврстите соединенија на цијанид поради неговата испарлива природа.
1 Структура и општи својства
Цијановодородот е линеарна молекула, со тројна врска помеѓу јаглеродот и азот. Тавтомерот на HCN е HNC, водороден изоцијанид.
Цијановодородот е слабо кисел со p''K''<sub>a</sub> од 9,2. Делумно се јонизира во воден раствор за да се добие анјон на цијанид, CN <sup>-</sup>. Растворот на цијановодород во вода, претставен како HCN, се нарекува ''цијановодородна киселина''. Солите на цијанидниот анјон се познати како цијаниди.
HCN има слаб мирис на горчлив бадем кој некои луѓе не можат да го детектираат поради рецесивна генетска одлика. Испарливото соединение се користело како глодарицид за вдишување и човечки отров, како и за убивање на китови. Цијанидните јони интерферираат со респираторните ензими што содржат железо.
2 Хемиски својства
Цијановодород ќе реагира со алкени при катализа на никел комплекси. Оваа реакција се нарекува хидроцијанизација.: RCH=CH <sub>2</sub> + HCN →‎ RCH <sub>2</sub> -CH <sub>2</sub> -CN
Четири молекули на HCN ќе се тетрамеризираат во диаминомалеонитрил, кој може да се претвори во различни пурини.
3 Историја на откривање
Цијановодородот првпат бил изолиран од синиот пигмент (пруско сино) кој бил познат уште од 1706 година, но чија структура била непозната. Сега е познато дека е координативен полимер со сложена структура и емпириска формула на хидриран железен фероцијанид. Во 1752 година, францускиот хемичар Пјер Макер направил важен чекор за да покаже дека пруската сина боја може да се претвори во железен оксид плус испарлива компонента и дека тие може да се искористат за нејзино реконституирање. Новата компонента била она што сега е познато како цијановодород. Следејќи го водството на Макер, тој првпат бил подготвен од пруско сино од шведскиот хемичар Карл Вилхелм Шеле во 1782 година, и на крајот го добил германското име ''Blausäure'' (''светло'' „Сина киселина“) поради неговата кисела природа во водата и деривирање од пруската сина боја. На англиски, популарно станала позната како ''прусинска киселина.''
Во 1787 година, францускиот хемичар Клод Луј Бертоле покажал дека прусинската киселина не содржи кислород, важен придонес во теоријата на киселина, која до тоа време се претпоставувало дека киселините мора да содржат кислород (оттука и името на самиот кислород, што е добиени од грчки елементи што значат „''создавач на киселина''“ и исто така се пресметуваат на германски како ''Sauerstoff'' ). Во 1811 година, Џозеф Луис Геј-Лисак подготви чист, течен цијановодород. Во 1815 г., Геј-Лусик ја заклучил хемиската формула на пруска киселина. Радикалниот ''цијанид'' во цијановодород го добил своето име од цијан, не само англиски збор за нијанса на сино туку грчки збор за сино (|κύανος), повторно поради неговото деривирање од пруската сина боја.
4 Производство и синтеза
Цијановодородот се формира во барем ограничени количини од многу комбинации на водород, јаглерод и амонијак. Цијановодородот во моментов се произведува во големи количини со неколку процеси, како и обновен отпаден производ од производството на акрилонитрил. Во 2006 година, во САД биле произведени помеѓу 500 милиони и 1 милијарди (помеѓу 230.000 и 450.000 t).
Најважниот процес е Андрусовата оксидација измислена од Леонид Андрусов во ИГ Фарбен во која метанот и амонијакот реагираат во присуство на кислород на околу 1,200 °C (2.190 °F) над платина катализатор:: 2 CH <sub>4</sub> + 2 NH <sub>3</sub> + 3 O <sub>2</sub> → 2 HCN + 6 H<sub>2</sub>O
Енергијата потребна за реакцијата се обезбедува со делумна оксидација на метанот и амонијакот.
Од помала важност е процесот Дегуса (БМА процес) во кој не се додава кислород и енергијата мора индиректно да се пренесе преку ѕидот на реакторот:: CH <sub>4</sub> + NH <sub>3</sub> → HCN + 3H <sub>2</sub>
Оваа реакција е слична на реформирањето на пареа, реакцијата на метанот и водата за давање јаглерод моноксид и водород.
Во Шавинигенскиот процес, јаглеводородите, на пр. пропанот, се реагираат со амонијак.
Во лабораторија, мали количини на HCN се произведуваат со додавање на киселини во цијанидните соли на алкалните метали:
: H <sup>+</sup> + NaCN → HCN + Na <sup>+</sup>
Оваа реакција понекогаш е основа за случајни труења бидејќи киселината претвора неиспарлива цијанидна сол во гасовита HCN.
4.1 Историски методи на производство
Големата побарувачка за цијаниди за рударски операции во 1890-тите била исполнета од Џорџ Томас Бејлби, кој патентирал метод за производство на цијановодород со поминување на амонијак преку блескав јаглен во 1892 година. Овој метод се користел додека Хамилтон Кастнер во 1894 година не развил синтеза почнувајќи од јаглен, амонијак и натриум што дава натриум цијанид, кој реагира со киселина за да формира гасовит HCN.
5 Апликации
HCN е претходник на натриум цијанид и калиум цијанид, кои се користат главно во ископувањето злато и сребро и за галванизација на тие метали. Преку посредство на цијанохидрините, различни корисни органски соединенија се подготвуваат од HCN вклучувајќи го мономерот метил метакрилат, од ацетон, аминокиселината метионин, преку синтезата на Strecker и хелатни агенси EDTA и NTA. Преку процесот на хидроцијација, HCN се додава во бутадиен за да се добие адипонитрил, претходник на најлон-6,6.
HCN се користи на глобално ниво како фумигант против многу видови инсекти штетници кои ги напаѓаат капацитетите за производство на храна. И неговата ефикасност и начинот на примена доведуваат до употреба на многу мали количини на фумигант во споредба со другите токсични супстанции што се користат за истата намена. Користењето на HCN како фумигант, исто така, има минимално влијание врз животната средина, во споредба со слични структурни фумигантни молекули како што се сулфурил флуорид, и метил бромид.
6 Појава
HCN се добива од овошје што има јамка, како што се цреши, кајсии, јаболка и горчливи бадеми, од кои се добиваат бадемово масло и ароми. Многу од овие јами содржат мали количини на цијанохидрини како што се манделонитрил и амигдалин, кои полека ослободуваат цијановодород. Сто грама мелени семки од јаболка можат да дадат околу 70 mg HCN. Таканаречените „горчливи“ корени на растението маниока може да содржат до 1 грам HCN на килограм. Некои милипеди, како што се ''Harpaphe haydeniana'', ''Desmoxytes purpurosea'' и ''Apheloria'' ослободуваат цијановодород како одбранбен механизам, како и одредени инсекти, како што се молците и ларвите на ''Paropsisterna eucalyptus''. Цијановодород се содржува во издувните гасови на возилата и во чадот од согорувањето на пластиката што содржи азот.
6.1 HCN на Титан
HCN е измерен во атмосферата на Титан со четири инструменти на вселенската сонда Касини, еден инструмент на Војаџер и еден инструмент на Земјата. Едно од овие мерења било ''на самото место'', каде што леталото Касини паднало помеѓу 1,000 и 1,100 км (620 и 680 mi) над површината на Титан за собирање на атмосферски гас за анализа со масена спектрометрија. HCN првично се формирал во атмосферата на Титан преку реакција на фотохемиски произведените метан и азотни радикали кои продолжуваат низ H <sub>2</sub> CN посредник, на пр., (CH <sub>3</sub> + N → H <sub>2</sub> CN + H → HCN + H <sub>2</sub> ). Ултравиолетовото зрачење го разложува HCN на CN + H; сепак, CN ефикасно се рециклира назад во HCN преку реакцијата CN + CH <sub>4</sub> → HCN + CH<sub>3</sub>.
6.2 HCN на младата Земја
Се претпоставува дека јаглеродот од каскада од астероиди (познат како доцно тешко бомбардирање ), како резултат на интеракцијата на Јупитер и Сатурн, ја разнел површината на младата Земја и реагирал со азот во атмосферата на Земјата за да формира HCN.
6.3 HCN кај цицачите
Некои автори  покажале дека невроните можат да произведат цијановодород при активирање на нивните опиоидни рецептори од ендогени или егзогени опиоиди. Тие исто така покажале дека невронското производство на HCN ги активира NMDA рецепторите и игра улога во трансдукцијата на сигналот помеѓу невронските клетки (невротрансмисија). Згора на тоа, зголеменото производство на ендогени невронски HCN под опиоиди било навидум потребно за адекватна опиоидна аналгезија, бидејќи аналгетското дејство на опиоидите било атенуирано од чистачите на HCN. Тие сметале дека ендогениот HCN е невромодулатор.
Исто така, се покажало дека, додека стимулирањето на мускаринските холинергични рецептори во култивираните клетки на феохромоцитом ''го зголемува'' производството на HCN, во жив организам (''in vivo'') мускаринската холинергична стимулација всушност ''го намалува'' производството на HCN.
Леукоцитите генерираат HCN за време на фагоцитозата и можат да убијат бактерии, габи и други патогени со генерирање на неколку различни токсични хемикалии, од кои едната е цијановодород.
Вазодилатација предизвикана од натриум нитропрусид се покажа дека е посредувана не само од генерирањето на NO, туку и од ендогеното генерирање на цијаниди, кое додава не само токсичност, туку и одредена дополнителна антихипертензивна ефикасност во споредба со нитроглицеринот и другите нецијаногени нитрати кои не предизвикуваат да се зголеми нивото на цијанид во крвта.
HCN е составен дел на чадот од тутун.
6.4 HCN и потеклото на животот
Цијановодородот е дискутиран како претходник на аминокиселините и нуклеинските киселини и се предлага дека играл улога во потеклото на животот. Иако врската на овие хемиски реакции со потеклото на теоријата на животот останува шпекулативна, студиите во оваа област довеле до откритија на нови патишта до органски соединенија добиени од кондензацијата на HCN (на пр. Аденин).
6.5 HCN во вселената
HCN е откриен во меѓуѕвездената средина и во атмосферите на јаглеродните ѕвезди. Оттогаш, обемни студии ги испитувале патиштата на формирање и уништување на HCN во различни средини и ја испитувале неговата употреба како трагач за различни астрономски видови и процеси. HCN може да се набљудува од телескопи на земја преку голем број атмосферски прозорци. Сите J=1→0, J=3→2, J= 4→3 и J=10→9 чисти ротациони транзиции се забележани.
HCN се формира во меѓуѕвездени облаци преку една од двете главни патишта: преку неутрално-неутрална реакција (CH <sub>2</sub> + N → HCN + H) и преку дисоцијативна рекомбинација (HCNH <sup>+</sup> + e <sup>-</sup> → HCN + H). Дисоцијативната патека на рекомбинација е доминантна за 30%; сепак, HCNH <sup>+</sup> мора да биде во линеарна форма. Дисоцијативната рекомбинација со неговиот структурен изомер, H <sub>2</sub> NC <sup>+</sup>, исклучиво произведува водороден изоцијанид (HNC).
HCN се уништува во меѓуѕвездените облаци преку голем број механизми во зависност од локацијата во облакот. Во регионите доминирани од фотони (PDRs), доминира фотодисоцијацијата, произведувајќи CN (HCN + ν → CN + H). На понатамошни длабочини, фотодисоцијацијата со космичките зраци доминира, произведувајќи CN (HCN + cr → CN + H). Во темното јадро, два конкурентни механизми го уништуваат, формирајќи HCN <sup>+</sup> и HCNH <sup>+</sup> (HCN + H <sup>+</sup> → HCN <sup>+</sup> + H; HCN + HCO <sup>+</sup> → HCNH <sup>+</sup> + CO). Реакцијата со HCO <sup>+</sup> доминира со фактор ~3,5. HCN се користи за анализа на различни видови и процеси во меѓуѕвездената средина. Предложено е како трагач за густ молекуларен гас и како трагач на ѕвезден прилив во областите што формираат ѕвезди со голема маса. Понатаму, соодносот HNC/HCN се покажал како одличен метод за разликување помеѓу PDR и региони доминирани со Х-зраци (XDRs).
На 11 август 2014 година, астрономите објавиле студии, користејќи ја Големата милиметарска/подмилиметарска низа Атакама (ALMA) за прв пат, кои ја детализирале дистрибуцијата на HCN, HNC, <sub>H2CO</sub> и прашината во комата на кометите C/2012 F6 ( Lemmon) и C/2012 S1 (ISON).
Во февруари 2016 година, било објавено дека траги од цијановодород се пронајдени во атмосферата на жешката Супер-Земја 55 Cancri e со вселенскиот телескоп Хабл на НАСА.
7 Како отров и хемиско оружје
Во Првата светска војна, цијановодородот го користеле Французите од 1916 година како хемиско оружје против Централните сили, а САД и Италија во 1918 година. Се покажало дека не е доволно ефикасен поради временските услови. Гасот е полесен од воздухот и брзо се распрснува во атмосферата. Брзото разредување ја направило неговата употреба на терен непрактична. Спротивно на тоа, погустите агенси како фосген или хлор имаат тенденција да останат на нивото на земјата и да потонат во рововите на боиштата на Западниот фронт. Во споредба со таквите средства, цијановодородот морало да биде присутен во повисоки концентрации за да биде фатален.
Концентрацијата на цијановодород од 100-200 ppm во воздухот што вдишува ќе убие човек во рок од 10 до 60 минути. Концентрација на цијановодород од 2000 ppm (околу 2380 mg/m <sup>3</sup> ) ќе убие човек за околу една минута. Токсичниот ефект е предизвикан од дејството на цијанидниот јон, кој го запира клеточното дишење. Дејствува како неконкурентен инхибитор за ензимот во митохондриите наречен цитохром c оксидаза. Како таков, цијановодородот е вообичаено наведен меѓу хемиското оружје како крвен агенс.
Конвенцијата за хемиско оружје го наведува во Распоред 3 како потенцијално оружје што има индустриска употреба од големи размери. Земјите потписнички мора да пријават производствени погони кои произведуваат повеќе од 30 метрички тони годишно и да дозволат инспекција од Организацијата за забрана на хемиско оружје.
Можеби неговата најозлогласена употреба е de (германски: ''Циклон Б'', со Б што значи de - прусинска киселина; исто така, за да се разликува од претходниот производ подоцна познат како Zyklon A), користен во нацистичките германски логори за истребување за време на Втората светска војна за ''масовно'' убивање како дел од нивната програма за геноцид за конечно решение. Цијановодород исто така се користел во камповите за излачување облека во обиди да се искорени болестите што ги носат вошките и другите паразити. Еден од оригиналните чешки производители продолжи да го прави Zyklon B под трговската марка „Uragan D2“ до околу 2015 година
За време на Втората светска војна, САД размислувале да го користат, заедно со цијаноген хлорид, како дел од Операцијата Даунфол, планираната инвазија на Јапонија, но претседателот Хари Труман се решил против тоа, наместо да ги користи атомските бомби развиени од тајниот проект Менхетен.
Цијановодородот исто така било средството кое се користело во судските дејствија во некои американски држави, каде што бил произведен за време на извршувањето со дејство на сулфурна киселина на натриум или калиум цијанид.
Под името ''прусинска киселина'', HCN се користел како убиствен агенс во харпуните на китови, иако се покажал доста опасен за екипажот што го распоредувал и брзо бил напуштен. Од средината на 18 век се користел во голем број убиства со труење и самоубиства.
Гасот цијановодород во воздухот е експлозивен при концентрации над 5,6%. Оваа концентрација е далеку над токсичното ниво.