AXIT HYPOCHLOROUS (HCLO): CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT, CÔNG DỤNG, TỔNG HỢP - HÓA HỌC - 2026

Các axit hipoclorơ là một hợp chất vô cơ với công thức hóa học HClO. Nó tương ứng với oxit ít bị oxi hóa nhất trong số các oxit của clo, vì nó chỉ chứa một nguyên tử oxi. Từ đó, họ thu được anion hypoclorit, ClO ^- và các muối của nó, được sử dụng rộng rãi làm chất khử trùng nước thương mại.

HClO là chất oxy hóa và kháng khuẩn mạnh nhất được tạo ra khi khí clo hòa tan trong nước. Tác dụng khử trùng của nó đã được biết đến trong hơn một thế kỷ, thậm chí trước cả khi dung dịch clo được sử dụng để làm sạch vết thương của binh lính trong Thế chiến thứ nhất.

Phân tử axit clohiđric được biểu diễn bằng mô hình quả bóng và que. Nguồn: Ben Mills và Jynto

Thực tế, khám phá ra nó có từ năm 1834, bởi nhà hóa học người Pháp Antoine Jérôme Balard, người đã đạt được quá trình oxy hóa một phần clo bằng cách sủi bọt khí nó trong một huyền phù nước của oxit thủy ngân, HgO. Kể từ đó, nó đã được sử dụng như một chất khử trùng và chất kháng vi-rút.

Về mặt hóa học, HClO là một chất oxi hóa khi nhường nguyên tử clo của nó cho các phân tử khác; có nghĩa là, cùng với nó, các hợp chất clo có thể được tổng hợp, là chất chloroamine có liên quan lớn trong việc phát triển các loại kháng sinh mới.

Vào những năm 1970, người ta phát hiện ra rằng cơ thể có thể sản xuất axit này một cách tự nhiên thông qua hoạt động của enzyme myeloperoxidase; enzyme tác động lên peroxit và anion clorua trong quá trình thực bào. Vì vậy, từ cùng một sinh vật, "kẻ giết người" xâm nhập này có thể xuất hiện, nhưng ở quy mô vô hại đối với hạnh phúc của chính nó.

Kết cấu

Hình ảnh trên cho thấy cấu trúc của HClO. Lưu ý rằng công thức mâu thuẫn với cấu trúc: phân tử là HO-Cl chứ không phải H-Cl-O; tuy nhiên, chất sau thường được ưu tiên hơn để có thể so sánh trực tiếp với các chất có tính oxi hóa cao hơn: HClO ₂ , HClO ₃ và HClO ₄ .

Cấu trúc hóa học của axit hypoclorơ.

Hiđro có tính axit, H ⁺ do HClO giải phóng nằm ở nhóm OH gắn với nguyên tử clo. Cũng lưu ý sự khác biệt về độ dài đáng chú ý trong liên kết OH và Cl-O, liên kết sau là dài nhất do mức độ xen phủ của các obitan clo ít hơn, khuếch tán nhiều hơn với các obitan của oxy.

Phân tử HOCl hầu như không thể duy trì ổn định trong điều kiện bình thường; Nó không thể được phân lập từ các dung dịch nước của nó mà không bị mất cân xứng hoặc giải phóng dưới dạng khí clo, Cl ₂ .

Do đó, không có tinh thể khan (thậm chí không phải hydrat của chúng) của axit hypoclorơ; Và cho đến nay, cũng không có dấu hiệu nào cho thấy chúng có thể được điều chế bằng các phương pháp xa hoa. Nếu chúng có thể kết tinh, các phân tử HClO sẽ tương tác với nhau thông qua các lưỡng cực vĩnh viễn của chúng (các điện tích âm hướng về ôxy).

Tính chất

Tính axit

HClO là một axit đơn chức; nghĩa là, bạn chỉ có thể tặng một H ⁺ cho môi trường nước (chính là nơi nó được hình thành):

HClO (aq) + H ₂ O ↔ ClO ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq) (pKa = 7,53)

Từ phương trình cân bằng này, người ta quan sát thấy rằng sự giảm ion H ₃ O ⁺ (tăng tính bazơ của môi trường) tạo điều kiện cho sự hình thành nhiều anion hypoclorit, ClO ^- . Do đó, nếu muốn giữ dung dịch ClO ^- tương đối ổn định, thì pH phải là bazơ, đạt được bằng NaOH.

Hằng số phân ly của nó, pKa, khiến người ta nghi ngờ rằng HClO là một axit yếu. Do đó, khi xử lý nó đậm đặc, bạn không nên lo lắng quá nhiều về các ion H ₃ O ⁺ , mà về bản thân HClO (do nó có khả năng phản ứng cao và không phải vì tính ăn mòn của nó).

Chất oxy hóa

Người ta đã đề cập rằng nguyên tử clo trong HClO có số oxi hóa +1. Điều này có nghĩa là nó hầu như không đòi hỏi sự đạt được của một điện tử duy nhất để trở về trạng thái cơ bản của nó (Cl ⁰ ) và để có thể hình thành phân tử Cl ₂ . Do đó, HClO sẽ bị khử thành Cl ₂ và H ₂ O, oxy hóa một loại khác nhanh hơn so với cùng một Cl ₂ hoặc ClO ^- :

2HClO (aq) + 2H ⁺ + 2e ^- ↔ Cl ₂ (g) + 2H ₂ O (l)

Phản ứng này đã cho phép chúng ta thấy HClO ổn định như thế nào trong các dung dịch nước của nó.

Khả năng oxy hóa của nó không chỉ được đo bằng sự tạo thành Cl ₂ , mà còn bằng khả năng loại bỏ nguyên tử clo của nó. Ví dụ, nó có thể phản ứng với các loại nitơ (bao gồm amoniac và bazơ nitơ), để tạo ra chloroamine:

HClO + NH → N-Cl + H ₂ O

Lưu ý rằng phần lớn liên kết NH bị phá vỡ, của một nhóm amin (-NH ₂ ) và được thay thế bằng N-Cl. Điều tương tự cũng xảy ra với các liên kết OH của các nhóm hydroxyl:

HClO + OH → O-Cl + H ₂ O

Những phản ứng này rất quan trọng và giải thích hoạt động khử trùng và kháng khuẩn của HClO.

Ổn định

HClO hầu như không ổn định ở mọi nơi bạn nhìn vào nó. Ví dụ, anion hypoclorit không cân đối trong các loại clo có số oxi hóa -1 và +5, bền hơn +1 trong HClO (H ⁺ Cl ⁺ O ^2- ):

3ClO ^- (aq) ↔ 2Cl ^- (aq) + ClO ₃ ^- (aq)

Phản ứng này sẽ lại chuyển trạng thái cân bằng theo hướng HClO biến mất. Tương tự, HClO tham gia trực tiếp ở trạng thái cân bằng song song với nước và khí clo:

Cl ₂ (g) + H ₂ O (l) ↔ HClO (aq) + H ⁺ (aq) + Cl ^- (aq)

Đó là lý do tại sao khi cố gắng đun nóng dung dịch HClO để cô đặc (hoặc cô lập) dẫn đến tạo ra khí Cl ₂ , được xác định là khí màu vàng. Tương tự như vậy, các dung dịch này không thể tiếp xúc với ánh sáng quá lâu, cũng như không có mặt các oxit kim loại, vì chúng phân hủy Cl ₂ (HClO còn biến mất nhiều hơn):

2Cl ₂ + 2H ₂ O → 4HCl + O ₂

HCl phản ứng với HClO tạo ra nhiều Cl ₂ :

HClO + HCl → Cl ₂ + H ₂ O

Và tiếp tục như vậy cho đến khi không còn HClO nữa.

Tổng hợp

Nước và clo

Một trong những phương pháp điều chế hoặc tổng hợp axit hipoclorơ đã được giải thích ngầm: bằng cách hòa tan khí clo trong nước. Một phương pháp khá tương tự khác bao gồm hòa tan anhydrit của axit này trong nước: dicloro monoxit, Cl ₂ O:

Cl ₂ O (g) + H ₂ O (l) ↔ 2HClO (aq)

Một lần nữa, không có cách nào để cô lập HClO nguyên chất, vì làm bay hơi nước sẽ chuyển trạng thái cân bằng sang sự tạo thành Cl ₂ O, một chất khí sẽ thoát ra khỏi nước.

Mặt khác, có thể điều chế dung dịch HClO (20%) đậm đặc hơn bằng thủy ngân oxit là HgO. Để làm điều này, clo được hòa tan trong một thể tích nước ngay tại điểm đóng băng của nó, theo cách thu được nước đá clo hóa. Sau đó, cùng một loại đá này được khuấy, và khi nó tan chảy, nó sẽ trộn với HgO:

2Cl ₂ + HgO + 12H ₂ O → 2HClO + HgCl ₂ + 11H ₂ O

Dung dịch HClO 20% cuối cùng có thể được chưng cất trong chân không.

Điện phân

Một phương pháp đơn giản và an toàn hơn để chuẩn bị dung dịch axit hypoclorơ là sử dụng nước muối làm nguyên liệu thô thay vì clo. Brines rất giàu anion clorua, Cl ^- , thông qua quá trình điện phân có thể bị oxy hóa thành Cl ₂ :

2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^-

2Cl ^- ↔ 2e ^- + Cl ₂

Hai phản ứng này xảy ra ở cực dương, clo được tạo ra ngay lập tức tan ra tạo thành HClO; còn ở ngăn catốt, nước bị khử:

2H ₂ O + 2e ^- → 2OH ^- + H ₂

Bằng cách này, HClO có thể được tổng hợp ở quy mô thương mại đến công nghiệp; và những dung dịch thu được từ nước muối thực chất là sản phẩm bán sẵn của axit này.

Các ứng dụng

Các tính năng chung

HClO có thể được sử dụng như một chất oxy hóa để oxy hóa rượu thành xeton, và để tổng hợp chloroamine, chloroamide hoặc chlorohydrins (bắt đầu từ anken).

Tuy nhiên, tất cả các công dụng khác của nó có thể được gói gọn trong một từ: chất diệt khuẩn. Nó là chất tiêu diệt nấm, vi khuẩn, vi rút và là chất trung hòa các chất độc do mầm bệnh tiết ra.

Hệ thống miễn dịch của cơ thể chúng ta tự tổng hợp HClO nhờ tác động của enzym myeloperoxidase, giúp các tế bào bạch cầu tiêu diệt những kẻ xâm nhập gây nhiễm trùng.

Vô số nghiên cứu đề xuất các cơ chế khác nhau của hoạt động của HClO trên chất nền sinh học. Điều này tặng nguyên tử clo của nó cho các nhóm amin của một số protein nhất định, và cũng oxy hóa các nhóm SH của nó có mặt thành cầu nối disulfua SS, dẫn đến biến tính của chúng.

Nó cũng ngăn chặn quá trình sao chép DNA do phản ứng với các bazơ nitơ, ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa hoàn toàn glucose và cũng có thể làm biến dạng màng tế bào. Tất cả những hành động này cuối cùng làm cho vi trùng chết.

Khử trùng và làm sạch

Đó là lý do tại sao dung dịch HClO cuối cùng được sử dụng để:

-Điều trị vết thương nhiễm trùng và hoại tử

-Khử trùng nguồn cung cấp nước

- Chất khử trùng cho vật liệu phẫu thuật, hoặc dụng cụ được sử dụng trong thú y, y học và nha khoa

- Chất khử trùng của bất kỳ loại bề mặt hoặc vật thể nào nói chung: quầy bar, tay vịn, máy pha cà phê, đồ gốm, bàn kính, quầy thí nghiệm, v.v.

-Tổng hợp các chloroamine đóng vai trò như các chất kháng sinh ít mạnh hơn, nhưng đồng thời bền hơn, đặc hiệu và ổn định hơn chính HClO

Rủi ro

Dung dịch HClO có thể nguy hiểm nếu chúng có nồng độ cao, vì chúng có thể phản ứng mạnh với các chất dễ bị oxy hóa. Ngoài ra, chúng có xu hướng giải phóng khí clo khi bị mất ổn định, vì vậy chúng phải được bảo quản theo một giao thức bảo mật nghiêm ngặt.

HClO phản ứng với vi trùng đến mức nơi nó được tưới nước, nó sẽ biến mất ngay lập tức mà không gây rủi ro về sau cho những ai chạm vào bề mặt được xử lý bởi nó. Điều tương tự cũng xảy ra bên trong sinh vật: nó bị phân hủy nhanh chóng, hoặc bị vô hiệu hóa bởi bất kỳ loài nào trong môi trường sinh vật.

Khi được tạo ra bởi chính cơ thể, nó có thể chịu được nồng độ HClO thấp. Tuy nhiên, nếu nó có nồng độ cao (được sử dụng cho mục đích tổng hợp và không phải chất khử trùng), nó có thể có tác dụng không mong muốn bằng cách tấn công các tế bào khỏe mạnh (ví dụ: của da).

Người giới thiệu

1. Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa học vô cơ . (Tái bản lần thứ tư). Đồi Mc Graw.
2. Gottardi, W., Debabov, D., & Nagl, M. (2013). N-chloramines, một nhóm thuốc chống nhiễm trùng tại chỗ được dung nạp tốt đầy hứa hẹn. Chất kháng khuẩn và hóa trị liệu, 57 (3), 1107–1114. doi: 10.1128 / AAC.02132-12
3. Bởi Jeffrey Williams, Eric Rasmussen và Lori Robins. (Ngày 06 tháng 10 năm 2017). Axit hypochlorous: Khai thác phản ứng bẩm sinh. Đã khôi phục từ: Nhiễm trùng kiểm soát.tips
4. Dụng cụ thủy lực. (sf). Hóa học cơ bản của Clo hóa. Được khôi phục từ: hydroinstruments.com
5. Wikipedia. (2019). Axit clohydric. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
6. Serhan Sakarya và cộng sự. (2014). Axit hypochlorous: Một chất chăm sóc vết thương lý tưởng với khả năng diệt vi khuẩn, kháng khuẩn và chữa lành vết thương mạnh mẽ. HMP Vết thương. Được phục hồi từ: domainsresearch.com
7. PrebChem. (2016). Điều chế axit hipoclorơ. Được khôi phục từ: prepchem.com