El cianuro de hidrógeno , a veces llamado ácido prúsico , es un compuesto químico con la fórmula química HCN. Es un líquido incoloro , extremadamente venenoso e inflamable que hierve ligeramente por encima de la temperatura ambiente , a 25,6 ° C (78,1 ° F). El HCN se produce a escala industrial y es un precursor muy apreciado de muchos compuestos químicos, desde polímeros hasta productos farmacéuticos. [8]
Nombres | |||
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Nombre IUPAC | |||
Otros nombres
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Identificadores | |||
Modelo 3D ( JSmol ) | |||
3DMet | |||
CHEBI | |||
ChemSpider | |||
Tarjeta de información ECHA | 100.000.747 | ||
Número CE |
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KEGG | |||
Malla | Hidrógeno + Cianuro | ||
PubChem CID | |||
Número RTECS |
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UNII | |||
un numero | 1051 | ||
Tablero CompTox ( EPA ) | |||
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Propiedades | |||
HCN | |||
Masa molar | 27,0253 g / mol | ||
Apariencia | Líquido o gas incoloro | ||
Olor | Aceite de almendra amarga | ||
Densidad | 0,6876 g / cm 3 [3] | ||
Punto de fusion | −13,29 ° C (8,08 ° F; 259,86 K) [3] | ||
Punto de ebullición | 26 ° C (79 ° F; 299 K) [3] : 4,67 | ||
Miscible | |||
Solubilidad en etanol | Miscible | ||
Presión de vapor | 100 kPa (25 ° C) [3] : 6,94 | ||
Constante de la ley de Henry ( k H ) | 75 μmol Pa −1 kg −1 | ||
Acidez (p K a ) | 9.21 (en agua), 12,9 (en DMSO) [4] | ||
Basicidad (p K b ) | 4,79 (anión cianuro) | ||
Ácido conjugado | Hidrocianonio | ||
Base conjugada | Cianuro | ||
Índice de refracción ( n D ) | 1.2675 [5] | ||
Viscosidad | 0,183 mPa · s (25 ° C) [3] : 6,231 | ||
Estructura | |||
Grupo de puntos | C ∞v | ||
Forma molecular | Lineal | ||
Momento bipolar | 2,98 D | ||
Termoquímica | |||
Capacidad calorífica ( C ) | 35,9 JK −1 mol −1 (gas) [3] : 5,19 | ||
Entropía molar estándar ( S | 201,8 JK −1 mol −1 | ||
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 ) | 135,1 kJ mol −1 | ||
Peligros | |||
Pictogramas GHS | |||
Palabra de señal GHS | Peligro | ||
Declaraciones de peligro GHS | H225 , H300 , H310 , H319 , H330 , H336 , H370 , H400 , H410 | ||
Consejos de prudencia del SGA | P210 , P261 , P305 + 351 + 338 | ||
NFPA 704 (diamante de fuego) | 4 4 2 | ||
punto de inflamabilidad | −17,8 ° C (0,0 ° F; 255,3 K) | ||
autoignición temperatura | 538 ° C (1000 ° F; 811 K) | ||
Límites explosivos | 5,6% - 40,0% [6] | ||
Dosis o concentración letal (LD, LC): | |||
LC 50 ( concentración media ) | 501 ppm (rata, 5 min) 323 ppm (ratón, 5 min) 275 ppm (rata, 15 min) 170 ppm (rata, 30 min) 160 ppm (rata, 30 min) 323 ppm (rata, 5 min) [7 ] | ||
LC Lo ( menor publicado ) | 200 ppm (mamífero, 5 min) 36 ppm (mamífero, 2 h) 107 ppm (humano, 10 min) 759 ppm (conejo, 1 min) 759 ppm (gato, 1 min) 357 ppm (humano, 2 min) 179 ppm (humano, 1 hora) [7] | ||
NIOSH (límites de exposición a la salud de EE. UU.): | |||
PEL (permitido) | TWA 10 ppm (11 mg / m 3 ) [piel] [6] | ||
REL (recomendado) | ST 4,7 ppm (5 mg / m 3 ) [piel] [6] | ||
IDLH (peligro inmediato) | 50 ppm [6] | ||
Compuestos relacionados | |||
Alcanenitrilos relacionados |
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Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |||
verificar ( ¿qué es ?) | |||
Referencias de Infobox | |||
Estructura y propiedades generales
El cianuro de hidrógeno es una molécula lineal, con un triple enlace entre el carbono y el nitrógeno. El tautómero de HCN es HNC, isocianuro de hidrógeno .
El cianuro de hidrógeno es débilmente ácido con un p K a de 9.2. Se ioniza parcialmente en una solución acuosa para dar el anión cianuro , CN - . Una solución de cianuro de hidrógeno en agua , representada como HCN, se llama ácido cianhídrico . Las sales del anión cianuro se conocen como cianuros.
HCN tiene un débil almendra amarga -como olor que algunas personas no son capaces de detectar debido a un recesiva genética rasgo . [9] El compuesto volátil se ha utilizado como raticida por inhalación y veneno humano, así como para matar ballenas. [10] Los iones de cianuro interfieren con las enzimas respiratorias que contienen hierro.
Historia del descubrimiento
El cianuro de hidrógeno se aisló por primera vez de un pigmento azul ( azul de Prusia ) que se conocía desde 1706, pero cuya estructura se desconocía. Ahora se sabe que es un polímero de coordinación con una estructura compleja y una fórmula empírica de ferrocianuro férrico hidratado . En 1752, el químico francés Pierre Macquer dio el importante paso de demostrar que el azul de Prusia podía convertirse en un óxido de hierro más un componente volátil y que estos podían usarse para reconstituirlo. [11] El nuevo componente era lo que ahora se conoce como cianuro de hidrógeno. Siguiendo el ejemplo de Macquer, se prepara en primer lugar de azul de Prusia por el químico sueco Carl Wilhelm Scheele en 1782, [12] y, finalmente, se le dio el nombre en alemán Blausäure ( lit . "Ácido Blue") debido a su naturaleza ácida en agua y su derivación del azul de Prusia. En inglés, se conoció popularmente como ácido prúsico.
En 1787, el químico francés Claude Louis Berthollet demostró que el ácido prúsico no contenía oxígeno, [13] una importante contribución a la teoría del ácido, que hasta ahora había postulado que los ácidos deben contener oxígeno [14] (de ahí el nombre del oxígeno mismo, que es derivado de elementos griegos que significan "formador de ácido" y también se calcan en alemán como Sauerstoff ). En 1811, Joseph Louis Gay-Lussac preparó cianuro de hidrógeno licuado puro. [15] En 1815, Gay-Lussac dedujo la fórmula química del ácido prúsico. [16] El cianuro radical en el cianuro de hidrógeno recibió su nombre de cian , no solo una palabra inglesa para un tono de azul sino la palabra griega para azul ( griego antiguo : κύανος ), nuevamente debido a su derivación del azul de Prusia.
Producción y síntesis
El cianuro de hidrógeno se forma en cantidades al menos limitadas a partir de muchas combinaciones de hidrógeno, carbono y amoníaco . El cianuro de hidrógeno se produce actualmente en grandes cantidades mediante varios procesos, además de ser un producto de desecho recuperado de la fabricación de acrilonitrilo . [8] En 2006, se produjeron en EE. UU. Entre 500 millones y mil millones de libras (entre 230.000 y 450.000 t). [17]
El proceso más importante es la oxidación de Andrussow inventada por Leonid Andrussow en IG Farben en la que el metano y el amoníaco reaccionan en presencia de oxígeno a aproximadamente 1200 ° C (2190 ° F) sobre un catalizador de platino : [18]
- 2 CH 4 + 2 NH 3 + 3 O 2 → 2 HCN + 6 H 2 O
La energía necesaria para la reacción la proporciona la oxidación parcial del metano y el amoníaco.
De menor importancia es el proceso Degussa (proceso BMA ) en el que no se agrega oxígeno y la energía debe transferirse indirectamente a través de la pared del reactor: [19]
- CH 4 + NH 3 → HCN + 3H 2
Esta reacción es similar al reformado con vapor , la reacción del metano y el agua para dar monóxido de carbono e hidrógeno .
En el proceso de Shawinigan, los hidrocarburos , por ejemplo , propano , se hacen reaccionar con amoniaco. En el laboratorio, se producen pequeñas cantidades de HCN mediante la adición de ácidos a las sales de cianuro de metales alcalinos :
- H + + NaCN → HCN + Na +
Esta reacción es a veces la base de intoxicaciones accidentales porque el ácido convierte una sal de cianuro no volátil en el HCN gaseoso.
Métodos históricos de producción
La gran demanda de cianuros para las operaciones mineras en la década de 1890 fue satisfecha por George Thomas Beilby , quien patentó un método para producir cianuro de hidrógeno pasando amoníaco sobre carbón incandescente en 1892. Este método se utilizó hasta que Hamilton Castner en 1894 desarrolló una síntesis a partir del carbón. , amoniaco y sodio produciendo cianuro de sodio , que reacciona con el ácido para formar HCN gaseoso.
Aplicaciones
El HCN es el precursor del cianuro de sodio y el cianuro de potasio , que se utilizan principalmente en la minería de oro y plata y para la galvanoplastia de esos metales. Mediante la intermediación de cianohidrinas , se preparan diversos compuestos orgánicos útiles a partir de HCN, incluido el monómero metacrilato de metilo , a partir de acetona , el aminoácido metionina , mediante la síntesis de Strecker y los agentes quelantes EDTA y NTA . Mediante el proceso de hidrocianación , se agrega HCN al butadieno para dar adiponitrilo , un precursor del Nylon-6,6 . [8]
Ocurrencia
HCN se puede obtener de las frutas que tienen un hoyo , como las cerezas , albaricoques , manzanas y almendras amargas , los que se fabrican aceite de almendras y saborizante. Muchas de estas fosas contienen pequeñas cantidades de cianohidrinas como mandelonitrilo y amigdalina , que liberan lentamente cianuro de hidrógeno. [20] [21] Cien gramos de semillas de manzana trituradas pueden producir alrededor de 70 mg de HCN. [22] Algunos milpiés , como Harpaphe haydeniana , Desmoxytes purpurosea y Apheloria, liberan cianuro de hidrógeno como mecanismo de defensa, [23] al igual que ciertos insectos, como las polillas burnet y las larvas de Paropsisterna eucalyptus . [24] El cianuro de hidrógeno está contenido en el escape de los vehículos y en el humo de la combustión de plásticos que contienen nitrógeno . Las llamadas raíces "amargas" de la planta de yuca pueden contener hasta 1 gramo de HCN por kilogramo. [25] [26]
HCN en Titán
El HCN se ha medido en la atmósfera de Titán mediante cuatro instrumentos en la sonda espacial Cassini , un instrumento en la Voyager y un instrumento en la Tierra. [27] Una de estas mediciones fue in situ, donde la nave espacial Cassini se sumergió entre 1.000 y 1.100 km (620 y 680 millas) sobre la superficie de Titán para recolectar gas atmosférico para el análisis de espectrometría de masas . [28] El HCN se forma inicialmente en la atmósfera de Titán a través de la reacción de radicales de nitrógeno y metano producidos fotoquímicamente que pasan a través del intermedio H 2 CN, por ejemplo, (CH 3 + N → H 2 CN + H → HCN + H 2 ). [29] [30] La radiación ultravioleta descompone el HCN en CN + H; sin embargo, el CN se recicla eficazmente de nuevo en HCN mediante la reacción CN + CH 4 → HCN + CH 3 . [29]
HCN en la Tierra joven
Se ha postulado que el carbono de una cascada de asteroides (conocido como el Bombardeo Pesado Tardío ), resultante de la interacción de Júpiter y Saturno, explotó la superficie de la Tierra joven y reaccionó con nitrógeno en la atmósfera terrestre para formar HCN. [31]
HCN en mamíferos
Algunos autores [ ¿quién? ] han demostrado que las neuronas pueden producir cianuro de hidrógeno tras la activación de sus receptores opioides por opioides endógenos o exógenos. También han demostrado que la producción neuronal de HCN activa los receptores NMDA y desempeña un papel en la transducción de señales entre las células neuronales ( neurotransmisión ). Además, el aumento de la producción de HCN neuronal endógeno bajo opioides aparentemente era necesario para una analgesia adecuada de opioides , ya que la acción analgésica de los opioides era atenuada por los captadores de HCN. Consideraron que el HCN endógeno era un neuromodulador. [32]
También se ha demostrado que, al tiempo que estimula muscarínicos colinérgicos receptores en cultivadas de feocromocitoma de células aumenta la producción de HCN, en un organismo vivo ( in vivo ) colinérgicos muscarínicos estimulación en realidad disminuye la producción de HCN. [33]
Los leucocitos generan HCN durante la fagocitosis y pueden matar bacterias , hongos y otros patógenos al generar varios químicos tóxicos diferentes, uno de los cuales es el cianuro de hidrógeno. [32]
Se ha demostrado que la vasodilatación causada por el nitroprusiato de sodio está mediada no solo por la generación de NO, sino también por la generación de cianuro endógeno, que agrega no solo toxicidad, sino también cierta eficacia antihipertensiva adicional en comparación con la nitroglicerina y otros nitratos no cianogénicos que no causan aumenten los niveles de cianuro en sangre. [34]
El HCN es un componente del humo del tabaco . [35]
HCN y el origen de la vida
Se ha discutido el cianuro de hidrógeno como un precursor de los aminoácidos y ácidos nucleicos, y se propone que jugó un papel en el origen de la vida . [36] Aunque la relación de estas reacciones químicas con la teoría del origen de la vida sigue siendo especulativa, los estudios en esta área han llevado al descubrimiento de nuevas vías hacia compuestos orgánicos derivados de la condensación de HCN (por ejemplo, adenina ). [37]
HCN en el espacio
Se ha detectado HCN en el medio interestelar [38] y en las atmósferas de las estrellas de carbono . [39] Desde entonces, extensos estudios han investigado las vías de formación y destrucción del HCN en varios ambientes y han examinado su uso como trazador para una variedad de especies y procesos astronómicos. El HCN se puede observar desde telescopios terrestres a través de una serie de ventanas atmosféricas . [40] Se han observado todas las transiciones rotacionales puras J = 1 → 0, J = 3 → 2, J = 4 → 3 y J = 10 → 9 . [38] [41] [42]
El HCN se forma en las nubes interestelares a través de una de dos vías principales: [43] mediante una reacción neutra-neutra (CH 2 + N → HCN + H) y mediante recombinación disociativa (HCNH + + e - → HCN + H). La vía de recombinación disociativa es dominante en un 30%; sin embargo, el HCNH + debe estar en su forma lineal. La recombinación disociativa con su isómero estructural, H 2 NC + , produce exclusivamente isocianuro de hidrógeno (HNC).
El HCN se destruye en las nubes interestelares a través de varios mecanismos que dependen de la ubicación en la nube. [43] En las regiones dominadas por fotones (PDR), la fotodisociación domina, produciendo CN (HCN + ν → CN + H). A mayores profundidades, predomina la fotodisociación de los rayos cósmicos, produciendo CN (HCN + cr → CN + H). En el núcleo oscuro, dos mecanismos competidores lo destruyen, formando HCN + y HCNH + (HCN + H + → HCN + + H; HCN + HCO + → HCNH + + CO). La reacción con HCO + domina por un factor de ~ 3,5. El HCN se ha utilizado para analizar una variedad de especies y procesos en el medio interestelar. Se ha sugerido como un trazador de gas molecular denso [44] [45] y como un trazador de la afluencia estelar en regiones de formación de estrellas de gran masa. [46] Además, se ha demostrado que la relación HNC / HCN es un método excelente para distinguir entre PDR y regiones dominadas por rayos X (XDR). [47]
El 11 de agosto de 2014, los astrónomos publicaron estudios, utilizando el Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) por primera vez, que detallaban la distribución de HCN, HNC , H 2 CO y polvo dentro de las comas de los cometas C / 2012 F6 ( Lemmon) y C / 2012 S1 (ISON) . [48] [49]
En febrero de 2016, se anunció que se encontraron rastros de cianuro de hidrógeno en la atmósfera del caliente Super-Earth 55 Cancri e con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA . [50]
Como veneno y arma química
En la Primera Guerra Mundial , el cianuro de hidrógeno fue utilizado por los franceses a partir de 1916 como arma química contra las potencias centrales , y por los Estados Unidos e Italia en 1918. No se encontró que fuera lo suficientemente eficaz debido a las condiciones climáticas. [51] [52] El gas es más liviano que el aire y se dispersa rápidamente hacia la atmósfera. La dilución rápida hizo que su uso en el campo no fuera práctico. Por el contrario, los agentes más densos como el fosgeno o el cloro tendían a permanecer a nivel del suelo y se hundían en las trincheras de los campos de batalla del Frente Occidental. En comparación con tales agentes, el cianuro de hidrógeno tenía que estar presente en concentraciones más altas para ser fatal.
Una concentración de cianuro de hidrógeno de 100 a 200 ppm en el aire respirable matará a un ser humano en 10 a 60 minutos. [53] Una concentración de cianuro de hidrógeno de 2000 ppm (aproximadamente 2380 mg / m 3 ) matará a un ser humano en aproximadamente un minuto. [53] El efecto tóxico es causado por la acción del ion cianuro, que detiene la respiración celular . Actúa como un inhibidor no competitivo de una enzima en las mitocondrias llamada citocromo c oxidasa . Como tal, el cianuro de hidrógeno se incluye comúnmente entre las armas químicas como agente sanguíneo . [54]
La Convención sobre Armas Químicas lo incluye en la Lista 3 como un arma potencial que tiene usos industriales a gran escala. Los países signatarios deben declarar plantas de fabricación que produzcan más de 30 toneladas métricas por año y permitir la inspección por parte de la Organización para la Prohibición de Armas Químicas .
El cianuro de hidrógeno absorbido por el portador puede utilizarse como pesticida. Quizás el más infame de ellos es Zyklon B (en alemán: Ciclón B , donde la B significa Blausäure - ácido prúsico; también, para distinguirlo de un producto anterior conocido más tarde como Zyklon A), [55] se usó en el alemán nazi campos de exterminio durante la Segunda Guerra Mundial para matar en masa como parte de su programa de genocidio de Solución Final . El cianuro de hidrógeno también se utilizó en los campamentos para despiojar la ropa con el fin de erradicar las enfermedades transmitidas por piojos y otros parásitos. Uno de los productores checos originales siguió fabricando Zyklon B con la marca comercial "Uragan D2" [56] hasta hace poco. [ cuando? ]
El cianuro de hidrógeno también fue el agente empleado en la ejecución judicial en algunos estados de Estados Unidos , donde se produjo durante la ejecución por la acción del ácido sulfúrico sobre el cianuro de sodio o potasio .
Bajo el nombre de ácido prúsico , el HCN se ha utilizado como agente asesino en arpones balleneros , aunque resultó bastante peligroso para la tripulación que lo desplegó y fue rápidamente abandonado. [10] Desde mediados del siglo XVIII se utilizó en varios asesinatos por envenenamiento y suicidios. [57]
El gas de cianuro de hidrógeno en el aire es explosivo a concentraciones superiores al 5,6%. [58] Esta concentración está muy por encima de un nivel tóxico.
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enlaces externos
- Institut national de recherche et de sécurité (1997). " Cyanure d'hydrogène et solutions aqueuses ". Ficha toxicológica n ° 4 , París: INRS, 5pp. (Archivo PDF, en francés )
- Tarjeta internacional de seguridad química 0492
- Cianuro y cianuros de hidrógeno ( CICAD 61)
- Inventario Nacional de Contaminantes: Hoja de datos de compuestos de cianuro
- Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos
- Departamento de revisión de salud
- Densidad del gas de cianuro de hidrógeno