Estrutura de ácido hipocloroso (HCLO), propriedades, usos, síntese

Ele Ácido Hipocloroso É um composto inorgânico cuja fórmula química é HCLO. Corresponde pelo menos enferrujado de oxoácidos de cloro, porque contém apenas um átomo de oxigênio. Dele derivar o ânion hipoclorito, CLO^-, e seus sais, amplamente utilizados como desinfetantes de água comerciais.

O HCLO é o agente oxidante e antimicrobiano mais forte do que o gerado quando o cloro gasoso se dissolve na água. Sua ação anti -séptica é conhecida há mais de um século, mesmo antes de as soluções de cloro serem usadas para limpar as feridas de soldados na Primeira Guerra Mundial.

Molécula de ácido hipocloroso representado por um modelo de esferas e barras. Fonte: Ben Mills e Jynto [Domínio Público]

Sua descoberta de fato remonta a 1834, pelo químico francês Antoine Jérôme Balard, que alcançou a oxidação parcial do cloro borbulhando -a em uma suspensão aquosa de óxido de mercúrio, HGO. Desde então, tem sido usado como desinfetante e um agente antiviral.

Quimicamente falando, o HCLO é um agente oxidante que acaba dando a seu átomo de cloro a outras moléculas; Isto é, com ele compostos clorados podem ser sintetizados, sendo cloroaminas de grande relevância no desenvolvimento de novos antibióticos.

Nos anos 70, descobriu -se que o corpo é capaz de produzir naturalmente esse ácido através da ação da enzima mieloperoxidase; enzima agindo sobre peróxidos e ânions de cloreto durante a fagocitose. Assim, pelo mesmo organismo, esse "assassino" de intrusos pode surgir, mas em uma escala inofensiva para seu próprio poço -ser.

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Estrutura

A estrutura HCLO mostra na imagem superior. Observe que a fórmula contradiz a estrutura: a molécula é H-O-CL e sem H-CL-O; No entanto, este último é geralmente preferido de compará -lo diretamente com seus colegas mais oxidados: HCLO₂, HCLO₃ E HCLO₄.

Estrutura química do ácido hipocloroso.

Hidrogênio ácido, h⁺, Lançado pelo HCLO está localizado no grupo OH vinculado ao átomo de cloro. Observe as diferenças notáveis ​​de comprimento nos links O-H e Cl-O, sendo este o mais o mais longo devido ao menor grau de sobreposição de orbitais de cloro, mais difuso, com o de oxigênio.

A molécula de hocl mal consegue permanecer estável em condições normais; Não pode ser isolado de suas soluções aquosas sem desproporção ou liberação como um cloro gasoso, CL₂.

Portanto, não há cristais anidros (nem mesmo hidratos deles) de ácido hipocloroso; E até o momento, não há indicações de que eles possam ser preparados por métodos extravagantes. Se a cristalização, as moléculas HCLO interagiriam entre si através de seus dipolos permanentes (cargas negativas orientadas para o oxigênio).

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Propriedades

Acidez

O HCLO é um ácido monoprótico; Isto é, você só pode doar um h⁺ Para o ambiente aquoso (que é onde é formado):

HCLO (AC) + H₂Ou ↔ clo^-(AC) + H₃QUALQUER⁺(AC) (PKA = 7,53)

A partir desta equação de equilíbrio, observa -se que uma diminuição nos íons h₃QUALQUER⁺ (Um aumento na basicidade do meio ambiente), favorece a formação de ânions mais hipocloritos, CLO^-. Consequentemente, se você deseja manter uma solução de clo relativamente estável^- É necessário que o pH seja básico, o que é alcançado com NaOH.

Sua constante de dissociação, PKA, está ciente de que o HCLO é um ácido fraco. Portanto, ao manipular₃QUALQUER⁺, Mas pelo próprio HCLO (dada a alta reatividade e não por sua corrosividade).

Agente oxidante

Foi mencionado que o átomo de cloro no HCLO tem um número de oxidação de +1. Isso significa que mal requer o ganho de um único elétron para retornar ao seu estado basal (CL⁰) e ser capaz de formar a molécula CL₂. Consequentemente, o HCLO será reduzido a CL₂ e h₂Ou oxidando outra espécie mais rapidamente em comparação com o mesmo CL₂ ou clo^-:

2HCLO (AC) + 2H⁺ + 2e^- ↔ Cl₂(g) + 2h₂Ou (l)

Esta reação permite vislumbrar o quão estável o HCLO em suas soluções aquosas.

Seu poder oxidante não é apenas medido pela formação de CL₂, mas também por sua capacidade de desistir de seu átomo de cloro. Por exemplo, você pode reagir com espécies de nitrogênio (incluindo bases de amônia e nitrogênio), para causar cloroaminas:

Hclo + n-h → n-cl + h₂QUALQUER

Observe que um link n-h, um grupo amino (-nh está quebrado (-nh₂) principalmente, e é substituído por um n-Cl. O mesmo vale para as ligações O-H dos grupos hidroxila:

HCLO + O-H → O-Cl + H₂QUALQUER

Essas reações são cruciais e explicam o desinfetante e a ação antibacteriana do HCLO.

Estabilidade

HCLO é instável quase onde ele parece. Por exemplo, o ânion hipoclorito é desproporcional em espécies de cloro com números de oxidação de -1 e +5, mais estáveis ​​que +1 no HCLO (H⁺Cl⁺QUALQUER^2-):

3cl^-(AC) ↔ 2Cl^-(AC) + CLO₃^-(AC)

Essa reação moveria o equilíbrio para o desaparecimento do HCLO. Além disso, o HCLO participa diretamente de um equilíbrio paralelo com água e gás cloro:

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Cl₂(g) + h₂Ou (L) ↔ HCLO (AC) + H⁺(AC) + CL^-(AC)

É por isso que tentar aquecer uma solução HCLO para concentrá -la (ou isolá -la) leva à produção de CL₂, que é identificado por ser um gás amarelo. Da mesma forma, essas soluções não podem ser expostas à luz por muito tempo, ou à presença de óxidos metálicos, à medida que quebram o CL₂ (HCLO desaparece ainda mais):

2cl₂ + 2h₂O → 4hcl + o₂

O HCl reage com o hcllo para gerar mais CL₂:

Hclo + hcl → cl₂ + H₂QUALQUER

E assim por diante até que haja mais HCLO.

Síntese

Água e cloro

Um dos métodos para preparar ou sintetizar o ácido hipocloroso já foi implicitamente explicado: dissolução de cloro gasoso na água. Outro método bastante semelhante é se dissolver na água O anidrido desse ácido: o monóxido de dicloro, CL₂QUALQUER:

Cl₂Ou (g) ​​+ h₂Ou (l) ↔ 2HCLO (AC)

Novamente, não há como isolar o HCLO puro, pois evapora a água deslocar o equilíbrio para a formação de CL₂Ou, gás que escaparia da água.

Por outro lado, foi possível preparar soluções mais concentradas do HCLO (a 20%) usando óxido de mercúrio, HGO. Para fazer isso, o cloro se dissolve em um volume de água apenas em seu ponto de congelamento, de modo que o gelo clorado seja obtido. Então, esse mesmo gelo é agitado e, durante a derretimento, é misturado com o HGO:

2cl₂ + HGO + 12h₂O → 2HCLO + HGCL₂ + 11h₂QUALQUER

20% de dissolução HCLO pode finalmente ser destilada em um vácuo.

Eletrólise

Um método mais simples e seguro para preparar soluções de ácido hipocloroso é usar salmuelas como matéria -prima em vez de cloro. As salmueras são ricas em ânions de cloreto, CL^-, que através de um processo de eletrólise pode oxidar₂:

2h₂O → o₂ + 4h⁺ + 4e^-

2cl^- ↔ 2e^- + Cl₂

Essas duas reações ocorrem no ânodo, onde o cloro que se dissolve imediatamente para originar o HCLO é produzido; Enquanto estiver no compartimento do cátodo, a água é reduzida:

2h₂O + 2E^- → 2OH^- + H₂

Dessa maneira, o HCLO em escala comercial para industrial pode ser sintetizado; E essas soluções obtidas de salmueras são, de fato, os produtos disponíveis no mercado deste ácido.

Formulários

Aspectos gerais

O HCLO pode ser usado como um agente oxidante para oxidar álcoois em cetonas e sintetizar cloraminas, cloramidas ou cloridrinas (começando por alcenos).

No entanto, todos os outros usos podem ser abrangidos em uma palavra: Biocida. Ele é um fungo, bactérias, vírus e toxinas liberadas por patógenos.

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O sistema imunológico de nosso corpo sintetiza seu próprio HCLO pela ação da enzima mieloperoxidase, ajudando os glóbulos brancos a erradicar os intrusos que causam a infecção.

Infinidades de estudos propõem vários mecanismos de ação HCLO na matriz biológica. Isso doa seu átomo de cloro para os grupos amino de certas proteínas e também oxida seus grupos SH presentes aos dissulfetos S-S, resultando como a desnaturação deles.

Também interrompe a replicação do DNA reagindo com bases de nitrogênio, afeta a oxidação completa da glicose e também pode deformar a membrana celular. Todas essas ações acabam causando a morte aos germes.

Desinfecção e limpeza

É por isso que as soluções HCLO acabam sendo usadas para:

-Tratamento de feridas infecciosas e gangrenas

-Desinfetar o suprimento de água

-Agente esterilizante de material cirúrgico ou ferramentas usadas em veterinária, medicina e odontologia

-Desinfetante de qualquer tipo de superfície ou objeto em geral: barras, corrimãos, máquinas de café, cerâmica, mesas de vidro, pousadas de laboratório, etc.

-Sintetize cloroaminas que servem como antibióticos menos agressivos, mas ao mesmo tempo mais duráveis, específicos e estáveis ​​do que o próprio HCLO

Riscos

As soluções HCLO podem ser perigosas se estiverem muito concentradas, pois podem reagir violentamente com espécies que provavelmente oxidam. Além disso, eles tendem a liberar cloro gasoso desestabilizando, de modo que devem ser armazenados sob um rigoroso protocolo de segurança.

O HCLO é tão reativo em relação aos germes, que onde é irrigado desaparece no ato, sem representar um risco mais tarde para aqueles que tocam as superfícies tratadas por ele. O mesmo acontece dentro do organismo: é rapidamente quebrado ou é neutralizado por qualquer espécie do ambiente biológico.

Quando o próprio organismo gera, é presumível que isso possa tolerar baixas concentrações de HCLO. No entanto, se estiver muito concentrado (usado para fins sintéticos e não -infectantes), pode levar a efeitos indesejáveis, atacando células saudáveis ​​(pele, por exemplo).

Referências

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