Monochloramin - Monochloramine - Wikipedia

Monochloramin
Stereo, kosterní vzorec chloraminu se všemi přidanými explicitními vodíky
Mezikusový model chloraminu
Jména
Ostatní jména
  • Monochloramin
  • Chloramid[1]
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
Informační karta ECHA100.031.095 Upravte to na Wikidata
Číslo ES
  • 234-217-9
KEGG
Pletivochloramin
UNII
UN číslo3093
Vlastnosti
NH
2Cl
Molární hmotnost51,476 g mol−1
VzhledBezbarvý plyn
Bod tání -66 ° C (-87 ° F; 207 K)
Kyselost (strK.A)14
Zásaditost (strK.b)15
Související sloučeniny
Související aminy
Nebezpečí
Hlavní nebezpečíKyselina korozivní
Piktogramy GHSGHS07: Zdraví škodlivýGHS08: Nebezpečí pro zdravíGHS05: Žíravý
Signální slovo GHSNebezpečí
H290, H314, H315, H319, H335, H372, H412
P234, P260, P261, P264, P270, P271, P273, P280, P301 + 330 + 331, P302 + 352, P303 + 361 + 353, P304 + 340, P305 + 351 + 338, P310, P312, P314, P321, P332 + 313, P337 + 313, P362, P363, P390, P403 + 233, P404, P405
Požití nebezpečíKorozívní; nevolnost a zvracení
Inhalace nebezpečíKorozívní
Oko nebezpečíPodráždění
Kůže nebezpečíPodráždění
NFPA 704 (ohnivý diamant)
Smrtelná dávka nebo koncentrace (LD, LC):
935 mg / kg (potkan, orálně)[2]
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Monochloramin, často nazývané jednoduše chloramin, je chemická sloučenina se vzorcem NH2Cl. Dohromady s dichloramin (NHCI2) a chlorid dusitý (NCl3), je to jeden ze tří chloraminů z amoniak.[3] Je to bezbarvá kapalina bod tání -66 ° C (-87 ° F), ale obvykle se s ním zachází jako s ředidlem vodný roztok, v jaké formě se někdy používá jako a dezinfekční prostředek. Chloramin je příliš nestabilní na to, aby ho měl bod varu měřeno.[4]

Úprava vody

Viz také: Chloraminace

Chloramin se používá jako a dezinfekční prostředek pro vodu. Je méně agresivní než chlór a stabilnější proti světlu než chlornany.[5]

Dezinfekce pitné vody

Chloramin se běžně používá v nízkém množství koncentrace jako sekundární dezinfekční prostředek v komunální rozvody vody jako alternativa k chlorování. Tato aplikace se zvyšuje. Chlór (uvedené v úprava vody jako volný chlor) je vytlačován chloraminem - konkrétně monochloraminem - který je mnohem stabilnější a nerozptyluje se tak rychle jako volný chlor. Chloramin má také mnohem nižší, ale stále aktivní tendenci přeměňovat organické materiály na volný chlor chlorované uhlovodíky jako chloroform a chlorid uhličitý. Takové sloučeniny byly identifikovány jako karcinogeny a v roce 1979 Agentura pro ochranu životního prostředí Spojených států (EPA) začaly regulovat jejich úrovně v USA pití vody.[6]

Některé z neregulovaných vedlejších produktů mohou představovat větší zdravotní rizika než regulované chemikálie.[7]

Vzhledem ke své kyselé povaze může přidání chloraminu do přívodu vody zvýšit expozici olovo v pitné vodě, zejména v oblastech se starším bydlením; tato expozice může mít za následek zvýšení hladiny olova v krvi, což může představovat významné zdravotní riziko. Naštěstí mohou čistírny odpadních vod přidávat do závodu žíravé chemikálie, které mají dvojí účel: snižovat korozivitu vody a stabilizovat dezinfekční prostředek.[8]

Dezinfekce bazénu

v bazény, chloraminy vznikají reakcí volného chloru s aminové skupiny předložit organické látky, hlavně biologického původu (např močovina v potit se a moč ). Chloraminy jsou ve srovnání s volným chlorem méně účinné jako a dezinfekční prostředek a pokud není správně zvládnuto, dráždí oči plavců. Chloraminy jsou odpovědné za charakteristický „chlórový“ zápach po bazénech, který je veřejností často nesprávně přiřazen k chloru.[9][10] Některé soupravy pro testování bazénů určené pro použití majiteli domů nerozlišují volný chlor a chloraminy, což může být zavádějící a vést k neoptimální hladině chloraminů ve vodě bazénu.[11]Existují také důkazy, k nimž může přispět expozice chloraminu dýchací problémy, počítaje v to astma mezi plavci.[12] Respirační problémy související s expozicí chloraminu jsou běžné a převládající u konkurenčních plavců.[13]

Ačkoli charakteristický zápach chloraminu někteří označili za příjemný a dokonce nostalgický,[14] jeho tvorba ve vodě bazénu v důsledku vystavení tělesných tekutin chlóru lze minimalizovat podporou sprchování a další hygienické metody před vstupem do bazénu,[15] stejně jako zdržet se plavání, zatímco trpíte zažívacími chorobami, a dělat si přestávky na používání koupelny.[16][17]

Bezpečnost

US EPA normy kvality pitné vody omezit koncentraci chloraminu ve veřejných vodovodech na 4 Díly na milión (ppm) na základě průběžného ročního průměru všech vzorků v distribučním systému. Za účelem splnění limitů halogenovaných látek regulovaných EPA vedlejší produkty dezinfekce, mnoho nástrojů přechází z chlorování na chloraminace. Zatímco chloraminace produkuje méně regulovaných celkových halogenovaných desinfekčních vedlejších produktů, může produkovat vyšší koncentrace neregulovaných jodovaných dezinfekčních vedlejších produktů a N-nitrosodimethylamin.[18][19] Jodované dezinfekční vedlejší produkty a N-nitrosodimethylamin se ukázal být genotoxický, způsobující poškození genetické informace v buňce vedoucí k mutace což může vést k rakovina.[19]

Syntéza a chemické reakce

Chloramin je vysoce nestabilní sloučenina v koncentrované formě. Čistý chloramin se nad -40 ° C (-40 ° F) prudce rozkládá.[20] Plynný chloramin při nízkých tlacích a nízkých koncentracích chloraminu ve vodném roztoku je tepelně mírně stabilnější. Chloramin je snadno rozpustný ve vodě a éter, ale méně rozpustný v chloroform a chlorid uhličitý.[5]

Výroba

Ve zředěném vodném roztoku se chloramin připravuje reakcí amoniak s chlornan sodný:[5]

NH3 + NaOCl → NH2Cl + NaOH

Tato reakce je také prvním krokem Proces Olin Raschig pro hydrazin syntéza. Reakce musí být provedena v mírně zásaditém prostředí (pH 8,5–11). Působící chlorační činidlo při této reakci je kyselina chlorná (HOCl), kterou musí generovat protonace z chlornan, a poté reaguje v a nukleofilní substituce z hydroxyl proti aminoskupina. Reakce probíhá nejrychleji kolem pH 8. Při vyšších hodnotách pH je koncentrace kyseliny chlorné nižší, při nižších hodnotách pH je protonován amoniak za vzniku amonné ionty (NH+
4), které dále nereagují.

Chloraminový roztok může být koncentrován pomocí vakuová destilace a průchodem páry Uhličitan draselný který absorbuje vodu. Chloramin lze extrahovat etherem.

Plynný chloramin lze získat reakcí plynného amoniaku s chlór plyn (zředěný dusík plyn):

2 NH3 + Cl2 ⇌ NH2Cl + NH4Cl

Čistý chloramin lze připravit průchodem fluoroamin přes chlorid vápenatý:

2 NH2F + CaCl2 → 2 NH2Cl + CaF2

Rozklad

The kovalentní N-Cl vazby chloraminů jsou snadno dostupné hydrolyzovaný s vydáním kyselina chlorná:[21]

RR′NCl + H2O ⇌ RR′NH + HOCl

Kvantitativní konstanta hydrolýzy (K. hodnota) se používá k vyjádření baktericidní síla chloraminů, která závisí na jejich tvorbě kyseliny chlorné ve vodě. Vyjadřuje se rovnicí níže a obecně se pohybuje v rozsahu 10−4 do 10−10 (2.8×10−10 pro monochloramin):

Ve vodném roztoku se chloramin pomalu rozkládá na dinitrogen a chlorid amonný v neutrálním nebo mírně zásaditém (pH ≤ 11) médiu:

3 NH2Cl → N2 + NH4Cl + 2 HCl

Pouze pár procent z 0,1M chloraminový roztok ve vodě se podle vzorce rozloží za několik týdnů. Při hodnotách pH nad 11 následující reakce s hydroxidové ionty pomalu nastává:

3 NH2Cl + 3 OH− → NH3 + N2 + 3 Cl− + 3 H2Ó

V kyselém prostředí při hodnotách pH kolem 4 chloramin nepřiměřené tvořit dichloramin, což se opět zvýší na hodnotu pH pod 3, aby se vytvořil chlorid dusitý:

2 NH2Cl + H+ ⇌ NHCl2 + NH+
4
3 NHCI2 + H+ ⇌ 2 NCl3 + NH+
4

Při nízkých hodnotách pH dominuje chlorid dusitý a při pH 3–5 dominuje dichloramin. Tyto rovnováhy jsou narušeny nevratným rozkladem obou sloučenin:

NHCl2 + NCl3 + 2 H2O → N2 + 3 HCl + 2 HOCl

Reakce

Ve vodě je chloramin pH neutrální. Je to oxidační činidlo (kyselý roztok: E° = -1,48 V, v základním řešení E° = −0,81 V):[5]

NH2Cl + 2 H+ + 2 E− → NH+
4 + Cl−

Mezi reakce chloraminu patří radikální, nukleofilní, a elektrofilní substituce chloru, elektrofilní substituce vodíku a oxidační přísady.

Chloramin může, stejně jako kyselina chlorná, darovat pozitivně nabitý chlor v reakcích s nukleofily (Nu−):

Nu− + NH3Cl+ → NuCl + NH3

Příklady chloračních reakcí zahrnují transformace na dichloramin a chlorid dusitý v kyselém prostředí, jak je popsáno v části rozkladu.

Chloramin může také aminovat nukleofily (elektrofilní aminace ):

Nu− + NH2Cl → NuNH2 + Cl−

Aminace amoniaku chloraminem za vzniku hydrazinu je příkladem tohoto mechanismu pozorovaného v procesu Olin Raschig:

NH2Cl + NH3 + NaOH → N2H4 + NaCl + H2Ó

Chloramin se elektrofilně aminuje v neutrálním a alkalickém prostředí, aby zahájil svůj rozklad:

2 NH2Cl → N2H3Cl + HCl

The chlorhydrazin (N2H3Cl) vznikající při samorozpadu je nestabilní a rozkládá se, což vede k čisté rozkladné reakci:

3 NH2Cl → N2 + NH4Cl + 2 HCl

Monochloramin oxiduje sulfhydryly a disulfidy stejným způsobem jako kyselina chlorná,[22] ale má pouze 0,4% biocidního účinku HClO.[23]

Viz také

Reference

  1. ^ "CHLORAMINE". CAMEO Chemicals. NOAA.
  2. ^ A b "Chloramin T Trihydrát SDS". Rybář.
  3. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemie prvků (2. vyd.). Butterworth-Heinemann. ISBN  978-0-08-037941-8.
  4. ^ Lawrence, Stephen A. (2004). Aminy: Syntéza, vlastnosti a aplikace. Cambridge University Press. str. 172. ISBN  9780521782845.
  5. ^ A b C d Hammerl, Anton; Klapötke, Thomas M. (2005), „Nitrogen: Anorganic Chemistry“, Encyclopedia of Anorganic Chemistry (2. vyd.), Wiley, str. 55–58
  6. ^ http://www.epa.gov/fedrgstr/EPA-WATER/2006/January/Day-04/w03.pdf
  7. ^ Stuart W. Krasner (2009-10-13). „Tvorba a kontrola vznikajících vedlejších produktů dezinfekce ohrožujících zdraví“. Filozofické transakce Královské společnosti A: Matematické, fyzikální a technické vědy. Filozofické transakce královské společnosti. 367 (1904): 4077–95. Bibcode:2009RSPTA.367.4077K. doi:10.1098 / rsta.2009.0108. PMID  19736234.
  8. ^ Marie Lynn Miranda; et al. (Únor 2007). „Změny hladin olova v krvi spojené s používáním chloraminů v systémech úpravy vody“. Perspektivy zdraví a životního prostředí. 115 (2): 221–5. doi:10,1289 / ehp.9432. PMC  1817676. PMID  17384768.
  9. ^ Donegan, Fran J .; David Short (2011). Bazény a lázně. Upper Saddle River, New Jersey: Creative Homeowner. ISBN  978-1-58011-533-9.
  10. ^ „Ovládání chloraminů v krytých bazénech“. Vláda NSW. Archivovány od originál dne 04.04.2011. Citováno 2013-02-15.
  11. ^ Hale, Chris (20. dubna 2016). „Pool Service Information“. Do modrých bazénů. Citováno 22. dubna 2016.
  12. ^ Bougault, Valérie; et al. (2009). „Respirační zdraví plavců“. Sportovní medicína. 39 (4): 295–312. doi:10.2165/00007256-200939040-00003. PMID  19317518. S2CID  26017985.
  13. ^ Lévesque, Benoit; Duchesne, Jean-François; Gingras, Suzanne; Lavoie, Robert; Prud'Homme, Denis; Bernard, Emmanuelle; Boulet, Louis-Philippe; Ernst, Pierre (01.10.2006). "Determinanty prevalence zdravotních potíží u mladých závodních plavců". Mezinárodní archiv zdraví a ochrany životního prostředí. 80 (1): 32–39. doi:10.1007 / s00420-006-0100-0. PMID  16586082. S2CID  21688495.
  14. ^ „Vůně chlóru: nostalgická nebo škodlivá?“. Termální ohřev bazénu Rheem. 2016-08-22. Citováno 2020-11-22.
  15. ^ „Chloramines: Understanding“ Pool Smell"". chlor.americanchemistry.com. Citováno 2020-11-22.
  16. ^ „Vůně chloru z bazénů může podle CDC ve skutečnosti indikovat tělesné tekutiny smíchané ve vodě“. Shon. Citováno 2020-11-22.
  17. ^ "Chemické podráždění očí a plic | Zdravé plavání | Zdravá voda | CDC". www.cdc.gov. 2019-05-15. Citováno 2020-11-22.
  18. ^ Krasner, Stuart W .; Weinberg, Howard S .; Richardson, Susan D .; Pastor, Salvador J .; Chinn, Russell; Sclimenti, Michael J .; Onstad, Gretchen D .; Thruston, Alfred D. (2006). „Výskyt nové generace dezinfekčních vedlejších produktů“. Věda o životním prostředí a technologie. 40 (23): 7175–7185. doi:10.1021 / es060353j. PMID  17180964. S2CID  41960634.
  19. ^ A b Richardson, Susan D .; Plewa, Michael J .; Wagner, Elizabeth D .; Schoeny, Rita; DeMarini, David M. (2007). „Výskyt, genotoxicita a karcinogenita regulovaných a vznikajících vedlejších produktů dezinfekce v pitné vodě: přehled a cestovní mapa výzkumu“. Výzkum mutací / Recenze v oblasti výzkumu mutací. 636 (1–3): 178–242. doi:10.1016 / j.mrrev.2007.09.001. PMID  17980649.
  20. ^ Holleman, A. F .; Wiberg, E. "Anorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN  0-12-352651-5.
  21. ^ Ura, Yasukazu; Sakata, Gozyo (2007). „Chloroaminy“. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. str. 5.
  22. ^ Jacangelo, J. G .; Olivieri, V. P .; Kawata, K. (1987). "Oxidace sulfhydrylových skupin monochloraminem". Water Res. 21 (11): 1339–1344. doi:10.1016/0043-1354(87)90007-8.
  23. ^ Morris, J. C. (1966). „Budoucnost chlorace“. J. Am. Water Works Doc. 58 (11): 1475–1482. doi:10.1002 / j.1551-8833.1966.tb01719.x.

externí odkazy