HYPOCHLORSÄURE (HCLO): STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, VERWENDUNG, SYNTHESE - CHEMIE - 2025

Die Hypochlorsäure ist eine anorganische Verbindung mit der chemischen Formel HClO. Es entspricht der am wenigsten oxidierten Oxosäure des Chlors, da es nur ein Sauerstoffatom enthält. Daraus leiten sie das Hypochloritanion ClO ^- und seine Salze ab, die häufig als handelsübliche Wasserdesinfektionsmittel verwendet werden.

HClO ist das stärkste Oxidations- und antimikrobielle Mittel, das entsteht, wenn sich Chlorgas in Wasser löst. Seine antiseptische Wirkung ist seit mehr als einem Jahrhundert bekannt, noch bevor im Ersten Weltkrieg Chlorlösungen zur Reinigung der Wunden von Soldaten verwendet wurden.

Hypochlorsäuremolekül, dargestellt durch ein Ball-and-Stick-Modell. Quelle: Ben Mills und Jynto

Seine Entdeckung geht tatsächlich auf das Jahr 1834 des französischen Chemikers Antoine Jérôme Balard zurück, der die partielle Oxidation von Chlor durch Einblasen in eine wässrige Suspension von Quecksilberoxid, HgO, erreichte. Seitdem wird es als Desinfektionsmittel und als antivirales Mittel verwendet.

Chemisch gesehen ist HClO ein Oxidationsmittel, das sein Chloratom an andere Moleküle abgibt. Mit anderen Worten, damit können chlorierte Verbindungen synthetisiert werden, wobei Chloramine für die Entwicklung neuer Antibiotika von großer Bedeutung sind.

In den 1970er Jahren wurde entdeckt, dass der Körper diese Säure durch die Wirkung des Enzyms Myeloperoxidase auf natürliche Weise produzieren kann. Enzym, das während der Phagozytose auf Peroxide und Chloridanionen wirkt. So kann aus demselben Organismus dieser "Mörder" von Eindringlingen hervorgehen, jedoch in harmlosem Ausmaß für sein eigenes Wohlergehen.

Struktur

Das obere Bild zeigt die Struktur von HClO. Beachten Sie, dass die Formel der Struktur widerspricht: Das Molekül ist HO-Cl und nicht H-Cl-O; Letzteres wird jedoch normalerweise bevorzugt, um es direkt mit seinen stärker oxidierten Gegenstücken vergleichen zu können: HClO ₂ , HClO ₃ und HClO ₄ .

Chemische Struktur von Hypochlorsäure.

Der durch HClO freigesetzte saure Wasserstoff H ⁺ befindet sich in der an das Chloratom gebundenen OH-Gruppe. Man beachte auch die bemerkenswerten Längenunterschiede in den OH- und Cl-O-Bindungen, wobei letztere aufgrund der geringeren Überlappung der Chlororbitale, die diffuser sind, mit denen von Sauerstoff am längsten sind.

Das HOCl-Molekül kann unter normalen Bedingungen kaum stabil bleiben; Es kann nicht aus seinen wässrigen Lösungen isoliert werden, ohne unverhältnismäßig zu sein oder als Chlorgas, Cl _2, freigesetzt zu werden .

Daher gibt es keine wasserfreien Kristalle (nicht einmal Hydrate davon) von Hypochlorsäure; Und bis heute gibt es auch keinen Hinweis darauf, dass sie mit extravaganten Methoden hergestellt werden können. Wenn sie kristallisieren könnten, würden die HClO-Moleküle über ihre permanenten Dipole (negative Ladungen, die auf Sauerstoff ausgerichtet sind) miteinander interagieren.

Eigenschaften

Säure

HClO ist eine monoprotische Säure; Das heißt, Sie können dem wässrigen Medium (in dem es gebildet wird) nur ein H ⁺ spenden :

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

Aus dieser Gleichgewichtsgleichung geht hervor, dass eine Abnahme der H ₃ O ⁺ -Ionen (eine Zunahme der Basizität des Mediums) die Bildung von mehr Hypochloritanionen, ClO ^- begünstigt . Wenn eine Lösung von ClO ^- relativ stabil gehalten werden soll, muss folglich der pH-Wert basisch sein, was mit NaOH erreicht wird.

Seine Dissoziationskonstante pKa lässt Zweifel daran aufkommen, dass HClO eine schwache Säure ist. Wenn Sie es konzentriert handhaben, sollten Sie sich daher nicht so sehr um die H ₃ O ⁺ -Ionen kümmern , sondern um das HClO selbst (aufgrund seiner hohen Reaktivität und nicht wegen seiner Korrosivität).

Oxidationsmittel

Es wurde erwähnt, dass das Chloratom in HClO eine Oxidationszahl von +1 aufweist. Dies bedeutet, dass es kaum der Verstärkung eines einzelnen Elektrons bedarf, um in seinen Grundzustand (Cl ⁰ ) zurückzukehren und das Cl ₂ -Molekül bilden zu können . Folglich wird HClO zu Cl ₂ und H ₂ O reduziert , wodurch eine andere Spezies im Vergleich zu demselben Cl ₂ oder ClO ^- schneller oxidiert wird :

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

Diese Reaktion ermöglicht es uns bereits zu sehen, wie stabil HClO in seinen wässrigen Lösungen ist.

Seine Oxidationskraft wird nicht nur durch die Bildung von Cl ₂ gemessen , sondern auch durch seine Fähigkeit, sein Chloratom aufzugeben. Beispielsweise kann es mit stickstoffhaltigen Spezies (einschließlich Ammoniak und stickstoffhaltigen Basen) unter Bildung von Chloraminen reagieren:

HClO + NH → N-Cl + H ₂ O.

Es ist zu beachten, dass eine NH-Bindung größtenteils einer Aminogruppe (-NH ₂ ) aufgebrochen und durch eine N-Cl ersetzt ist. Gleiches gilt für die OH-Bindungen von Hydroxylgruppen:

HClO + OH → O-Cl + H ₂ O.

Diese Reaktionen sind entscheidend und erklären die desinfizierende und antibakterielle Wirkung von HClO.

Stabilität

HClO ist fast überall instabil, wo man es betrachtet. Beispielsweise ist das Hypochloritanion in Chlorspezies mit Oxidationszahlen von -1 und +5 unverhältnismäßig, stabiler als +1 in HClO (H ⁺ Cl ⁺ O ^2- ):

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

Diese Reaktion würde das Gleichgewicht wieder in Richtung des Verschwindens von HClO verschieben. Ebenso ist HClO direkt an einem parallelen Gleichgewicht mit Wasser und Chlorgas beteiligt:

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

Aus diesem Grund führt der Versuch, eine HClO-Lösung zu erhitzen, um sie zu konzentrieren (oder zu isolieren), zur Produktion von Cl ₂ , das als gelbes Gas identifiziert wird. Ebenso können diese Lösungen weder zu lange Licht noch Metalloxiden ausgesetzt werden, da sie Cl ₂ zersetzen (HClO verschwindet noch mehr):

2Cl ₂ + 2H ₂ O → 4HCl + O ₂

HCl reagiert mit HClO unter Bildung von mehr Cl ₂ :

HClO + HCl → Cl ₂ + H ₂ O.

Und so weiter, bis es kein HClO mehr gibt.

Synthese

Wasser und Chlor

Eine der Methoden zur Herstellung oder Synthese von Hypochlorsäure wurde bereits implizit erklärt: durch Auflösen von Chlorgas in Wasser. Ein anderes ziemlich ähnliches Verfahren besteht darin, das Anhydrid dieser Säure in Wasser zu lösen: Dichlormonoxid, Cl ₂ O:

Cl ₂ O (g) + H ₂ O (1) ≤ 2HClO (aq)

Auch hier gibt es keine Möglichkeit, reines HClO zu isolieren, da das Verdampfen des Wassers das Gleichgewicht zur Bildung von Cl ₂ O verschieben würde, einem Gas, das aus dem Wasser entweichen würde.

Andererseits war es möglich, konzentriertere Lösungen von HClO (20%) unter Verwendung von Quecksilberoxid, HgO, herzustellen. Zu diesem Zweck wird Chlor gerade an seinem Gefrierpunkt in einem Wasservolumen gelöst, so dass chloriertes Eis erhalten wird. Dann wird dasselbe Eis gerührt und mischt sich beim Schmelzen mit dem HgO:

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

Die 20% ige HClO-Lösung kann schließlich unter Vakuum destilliert werden.

Elektrolyse

Eine einfachere und sicherere Methode zur Herstellung von Hypochlorsäurelösungen ist die Verwendung von Salzlösungen als Rohmaterial anstelle von Chlor. Salzlösungen sind reich an Chloridanionen, Cl ^- , die durch einen Elektrolyseprozess zu Cl ₂ oxidiert werden können :

2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^-

2Cl ^- ≤ 2e ^- + Cl ₂

Diese beiden Reaktionen finden an der Anode statt, wo Chlor entsteht, das sich sofort auflöst und zu HClO führt. Im Kathodenraum wird das Wasser reduziert:

2H ₂ O + 2e ^- → 2OH ^- + H ₂

Auf diese Weise kann HClO im kommerziellen bis industriellen Maßstab synthetisiert werden; und diese aus Salzlösungen erhaltenen Lösungen sind tatsächlich die im Handel erhältlichen Produkte dieser Säure.

Anwendungen

Allgemeine Merkmale

HClO kann als Oxidationsmittel verwendet werden, um Alkohole zu Ketonen zu oxidieren und Chloramine, Chloramide oder Chlorhydrine (ausgehend von den Alkenen) zu synthetisieren.

Alle anderen Verwendungen können jedoch in einem Wort zusammengefasst werden: Biozid. Es ist ein Killer für Pilze, Bakterien, Viren und ein Neutralisator von Toxinen, die von Krankheitserregern freigesetzt werden.

Das Immunsystem unseres Körpers synthetisiert sein eigenes HClO durch die Wirkung des Enzyms Myeloperoxidase und hilft den weißen Blutkörperchen, die Eindringlinge auszurotten, die die Infektion verursachen.

Unzählige Studien legen verschiedene Mechanismen der Wirkung von HClO auf die biologische Matrix nahe. Dies spendet sein Chloratom an die Aminogruppen bestimmter Proteine ​​und oxidiert auch seine SH-Gruppen, die an SS-Disulfidbrücken vorhanden sind, was zu deren Denaturierung führt.

Es stoppt auch die DNA-Replikation durch Reaktion mit stickstoffhaltigen Basen, beeinflusst die vollständige Oxidation von Glucose und kann auch die Zellmembran deformieren. All diese Aktionen führen dazu, dass die Keime absterben.

Desinfektion und Reinigung

Aus diesem Grund werden HClO-Lösungen verwendet, um:

-Behandlung von infektiösen und gangränösen Wunden

-Desinfizieren Sie die Wasserversorgung

-Sterilisierungsmittel für chirurgisches Material oder Werkzeuge, die in der Veterinärmedizin, Medizin und Zahnmedizin verwendet werden

-Desinfektionsmittel für jede Art von Oberfläche oder Gegenstand im Allgemeinen: Stangen, Handläufe, Kaffeemaschinen, Keramik, Glastische, Labortische usw.

-Synthetisieren Sie Chloramine, die als weniger aggressive Antibiotika dienen, aber gleichzeitig haltbarer, spezifischer und stabiler als HClO selbst sind

Risiken

HClO-Lösungen können gefährlich sein, wenn sie hoch konzentriert sind, da sie mit oxidationsanfälligen Spezies heftig reagieren können. Darüber hinaus neigen sie dazu, bei Destabilisierung gasförmiges Chlor freizusetzen, weshalb sie unter einem strengen Sicherheitsprotokoll gelagert werden müssen.

HClO reagiert so reaktiv auf Keime, dass es dort, wo es gewässert wird, sofort verschwindet, ohne später ein Risiko für diejenigen darzustellen, die die von ihm behandelten Oberflächen berühren. Das gleiche passiert im Organismus: Es zersetzt sich schnell oder wird von allen Arten in der biologischen Umgebung neutralisiert.

Wenn es vom Körper selbst erzeugt wird, ist es wahrscheinlich, dass es niedrige HClO-Konzentrationen tolerieren kann. Wenn es jedoch hoch konzentriert ist (für synthetische Zwecke und nicht für Desinfektionsmittel verwendet), kann es unerwünschte Wirkungen haben, indem es auch gesunde Zellen (z. B. der Haut) angreift.

Verweise

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische Chemie . (Vierte Edition). Mc Graw Hill.
2. Gottardi, W., Debabov, D. & Nagl, M. (2013). N-Chloramine, eine vielversprechende Klasse gut verträglicher topischer Antiinfektiva. Antimikrobielle Mittel und Chemotherapie, 57 (3), 1107–1114. doi: 10.1128 / AAC.02132-12
3. Von Jeffrey Williams, Eric Rasmussen und Lori Robins. (06. Oktober 2017). Hypochlorsäure: Nutzung einer angeborenen Reaktion. Wiederhergestellt von: institutionconcontrol.tips
4. Hydro-Instrumente. (sf). Grundlegende Chemie der Chlorierung. Wiederhergestellt von: hydroinstruments.com
5. Wikipedia. (2019). Hypochlorsäure. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org
6. Serhan Sakarya et al. (2014). Hypochlorsäure: Ein ideales Mittel zur Wundversorgung mit starker mikrobizider, antibakterieller und wundheilender Wirkung. HMP-Wunden. Wiederhergestellt von: Wundenresearch.com
7. PrebChem. (2016). Herstellung von Hypochlorsäure. Wiederhergestellt von: prepchem.com