Монохлорамин - Monochloramine

Монохлорамин
Стерео, скелетная формула хлорамина с добавлением всех явных атомов водорода
Модель для заполнения пространства хлорамином
Имена
Другие имена
  • Монохлорамин
  • Хлорамид[1]
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.031.095 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 234-217-9
КЕГГ
MeSHхлорамин
UNII
Номер ООН3093
Характеристики
NH
2Cl
Молярная масса51,476 г моль−1
ВнешностьБесцветный газ
Температура плавления -66 ° С (-87 ° F, 207 К)
Кислотность (пKа)14
Основность (пKб)15
Родственные соединения
Родственные амины
Опасности
Главный опасностиКоррозионная кислота
Пиктограммы GHSGHS07: ВредноGHS08: Опасность для здоровьяGHS05: Коррозийный
Сигнальное слово GHSОпасность
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
Проглатывание опасностьЕдкий; тошнота и рвота
Вдыхание опасностьКоррозионный
Глаз опасностьРаздражение
Кожа опасностьРаздражение
NFPA 704 (огненный алмаз)
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
935 мг / кг (крыса, перорально)[2]
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Монохлорамин, часто называют просто хлорамин, это химическое соединение с формулой NH2Cl. Вместе с дихлорамин (NHCl2) и трихлорид азота (NCl3), это один из трех хлораминов аммиак.[3] Это бесцветная жидкость по своему температура плавления -66 ° C (-87 ° F), но обычно с ним обращаются как с разбавленным водный раствор, в каком виде он иногда используется как дезинфицирующее средство. Хлорамин слишком нестабилен, чтобы точка кипения измеряется.[4]

Очистка воды

Смотрите также: Хлораминирование

Хлорамин используется как дезинфицирующее средство для воды. Он менее агрессивен, чем хлор и более устойчив к свету, чем гипохлориты.[5]

Обеззараживание питьевой воды

Хлорамин обычно используется при низкой концентрации как вторичный дезинфицирующее средство в муниципальные системы водоснабжения как альтернатива хлорирование. Это приложение увеличивается. Хлор (упоминается в очистка воды как свободный хлор) замещается хлорамином, а именно монохлорамином, который намного более стабилен и не растворяется так быстро, как свободный хлор. Хлорамин также имеет гораздо более низкую, но все же активную тенденцию, чем свободный хлор, превращать органические материалы в хлороуглероды Такие как хлороформ и четыреххлористый углерод. Такие соединения были идентифицированы как канцерогены а в 1979 г. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) начало регулировать их уровни в США. питьевая вода.[6]

Некоторые из нерегулируемых побочных продуктов могут представлять больший риск для здоровья, чем регулируемые химические вещества.[7]

Из-за его кислой природы добавление хлорамина в воду может увеличить воздействие свинец в питьевой воде, особенно в районах со старым жилищем; это воздействие может привести к увеличению уровень свинца в кровотоке, которые могут представлять значительный риск для здоровья. К счастью, водоочистные сооружения могут добавлять на завод едкие химические вещества, которые имеют двойную цель: снизить коррозионную активность воды и стабилизировать дезинфицирующее средство.[8]

Дезинфекция бассейнов

В бассейны, хлорамины образуются при реакции свободного хлора с аминогруппы присутствует в органические вещества, в основном те, которые имеют биологическое происхождение (например, мочевина в пот и моча ). Хлорамины, по сравнению со свободным хлором, менее эффективны в качестве дезинфицирующее средство и, если не справиться правильно, больше раздражает глаза пловцов. Хлорамины ответственны за характерный «хлорный» запах плавательных бассейнов, который люди часто ошибочно приписывают хлору.[9][10] Некоторые наборы для тестирования бассейнов, предназначенные для использования домовладельцами, не различают свободный хлор и хлорамины, что может вводить в заблуждение и приводить к неоптимальным уровням хлораминов в воде бассейна.[11]Есть также свидетельства того, что воздействие хлорамина может способствовать респираторные проблемы, включая астма, среди пловцы.[12] Респираторные проблемы, связанные с воздействием хлорамина, обычны и распространены среди спортсменов-пловцов.[13]

Хотя характерный запах хлорамина некоторые описывают как приятный и даже ностальгический,[14] его образование в воде бассейна в результате воздействия хлора на жидкости организма можно свести к минимуму, поощряя душ и другие методы гигиены перед входом в бассейн,[15] а также воздерживаться от плавания при заболеваниях пищеварительной системы и делать перерывы для посещения туалета.[16][17]

Безопасность

Агентство по охране окружающей среды США стандарты качества питьевой воды ограничить концентрацию хлорамина в общественных системах водоснабжения до 4 частей на миллион (ppm) на основе текущего среднего годового значения всех проб в системе распределения. Чтобы соответствовать ограничениям, регулируемым EPA, на галогенированные побочные продукты дезинфекции, многие коммунальные службы переходят с хлорирование к хлораминирование. В то время как хлораминирование дает меньше регулируемых общих побочных продуктов галогенированной дезинфекции, оно может производить более высокие концентрации нерегулируемых побочных продуктов дезинфекции, содержащих йод, и N-нитрозодиметиламин.[18][19] Побочные продукты дезинфекции, содержащие йод, и N-нитрозодиметиламин оказался генотоксичный, вызывая повреждение генетической информации внутри клетки, что приводит к мутации что может привести к рак.[19]

Синтез и химические реакции

Хлорамин - крайне нестабильное соединение в концентрированной форме. Чистый хлорамин бурно разлагается при температуре выше -40 ° C (-40 ° F).[20] Газообразный хлорамин при низких давлениях и низких концентрациях хлорамина в водном растворе термически немного более устойчив. Хлорамин хорошо растворяется в воде и эфир, но менее растворим в хлороформ и четыреххлористый углерод.[5]

Производство

В разбавленном водном растворе хлорамин получают по реакции аммиак с гипохлорит натрия:[5]

NH3 + NaOCl → NH2Cl + NaOH

Эта реакция также является первым шагом Процесс Олина Рашига за гидразин синтез. Реакцию следует проводить в слабощелочной среде (pH 8.5–11). Действующим хлорирующим агентом в этой реакции является хлорноватистая кислота (HOCl), который должен быть сгенерирован протонирование из гипохлорит, а затем реагирует в нуклеофильное замещение из гидроксил против аминогруппа. Реакция протекает быстрее всего при pH 8. При более высоких значениях pH концентрация хлорноватистой кислоты ниже, при более низких значениях pH аммиак протонируется с образованием ионы аммония (NH+
4), которые дальше не реагируют.

Раствор хлорамина можно сконцентрировать вакуумная перегонка и пропуская пар через карбонат калия который впитывает воду. Хлорамин можно экстрагировать эфиром.

Газообразный хлорамин может быть получен реакцией газообразного аммиака с хлор газ (разбавленный азот газ):

2 NH3 + Cl2 ⇌ NH2Cl + NH4Cl

Чистый хлорамин можно получить, пропуская фторамин через хлорид кальция:

2 NH2F + CaCl2 → 2 NH2Cl + CaF2

Разложение

В ковалентный Связи N-Cl хлораминов легко гидролизованный с выпуском хлорноватистая кислота:[21]

RR′NCl + H2O ⇌ RR′NH + HOCl

Количественный константа гидролиза (K значение) используется для выражения бактерицидный сила хлораминов, которая зависит от их образования в воде хлорноватистой кислоты. Он выражается приведенным ниже уравнением и обычно находится в диапазоне 10−4 до 10−10 (2.8×10−10 для монохлорамина):

В водном растворе хлорамин медленно разлагается до диазот и хлорид аммония в нейтральной или слабощелочной (pH ≤ 11) среде:

3 NH2Cl → N2 + NH4Cl + 2 HCl

Однако лишь несколько процентов от 0,1M Раствор хлорамина в воде разлагается по формуле за несколько недель. При значениях pH выше 11 следующая реакция с гидроксид-ионы медленно происходит:

3 NH2Cl + 3 OH− → NH3 + N2 + 3 Cl− + 3 часа2О

В кислой среде при значениях pH около 4 хлорамин непропорционально формировать дихлорамин, который, в свою очередь, снова диспропорционирует при значениях pH ниже 3 с образованием трихлорид азота:

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

При низких значениях pH преобладает трихлорид азота, а при pH 3–5 - дихлорамин. Это равновесие нарушается необратимым разложением обоих соединений:

NHCl2 + NCl3 + 2 часа2O → N2 + 3 HCl + 2 HOCl

Реакции

В воде хлорамин имеет нейтральный pH. Это окислитель (кислый раствор: E° = −1,48 В, в основном решении E° = -0,81 В):[5]

NH2Cl + 2 H+ + 2 е− → NH+
4 + Cl−

Реакции хлорамина включают: радикальный, нуклеофильный, и электрофильное замещение хлора, электрофильного замещения водорода и окислительные добавки.

Хлорамин может, как и хлорноватистая кислота, отдавать положительно заряженный хлор в реакциях с нуклеофилы (Nu−):

Nu− + NH3Cl+ → NuCl + NH3

Примеры реакций хлорирования включают превращения в дихлорамин и трихлорид азота в кислой среде, как описано в разделе разложения.

Хлорамин может также аминировать нуклеофилы (электрофильное аминирование ):

Nu− + NH2Cl → NuNH2 + Cl−

Аминирование аммиака хлорамином с образованием гидразина является примером этого механизма, наблюдаемого в процессе Олина Рашига:

NH2Cl + NH3 + NaOH → N2ЧАС4 + NaCl + H2О

Хлорамин электрофильно аминирует себя в нейтральной и щелочной среде, чтобы начать его разложение:

2 NH2Cl → N2ЧАС3Cl + HCl

В хлоргидразин (N2ЧАС3Cl), образующийся при саморазложении, нестабилен и сам разлагается, что приводит к чистой реакции разложения:

3 NH2Cl → N2 + NH4Cl + 2 HCl

Монохлорамин окисляет сульфгидрилы и дисульфиды так же, как хлорноватистая кислота,[22] но обладает только 0,4% биоцидного действия HClO.[23]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «ХЛОРАМИН». CAMEO Chemicals. NOAA.
  2. ^ а б "ДСН тригидрата хлорамина Т". Фишер.
  3. ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  978-0-08-037941-8.
  4. ^ Лоуренс, Стивен А. (2004). Амины: синтез, свойства и применение. Издательство Кембриджского университета. п. 172. ISBN  9780521782845.
  5. ^ а б c d Хаммерл, Антон; Клапётке, Томас М. (2005), «Азот: неорганическая химия», Энциклопедия неорганической химии (2-е изд.), Wiley, стр. 55–58.
  6. ^ http://www.epa.gov/fedrgstr/EPA-WATER/2006/January/Day-04/w03.pdf
  7. ^ Стюарт В. Краснер (13.10.2009). «Формирование и контроль появляющихся побочных продуктов дезинфекции, вызывающих озабоченность в отношении здоровья». Философские труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки. Философские труды Королевского общества. 367 (1904): 4077–95. Bibcode:2009RSPTA.367.4077K. Дои:10.1098 / rsta.2009.0108. PMID  19736234.
  8. ^ Мари Линн Миранда; и другие. (Февраль 2007 г.). «Изменения уровней свинца в крови, связанные с использованием хлораминов в системах очистки воды». Перспективы гигиены окружающей среды. 115 (2): 221–5. Дои:10.1289 / ehp.9432. ЧВК  1817676. PMID  17384768.
  9. ^ Донеган, Фрэн Дж .; Дэвид Шорт (2011). Бассейны и СПА. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Креативный домовладелец. ISBN  978-1-58011-533-9.
  10. ^ «Контроль хлораминов в закрытых плавательных бассейнах». Правительство Нового Южного Уэльса. Архивировано из оригинал на 2011-04-03. Получено 2013-02-15.
  11. ^ Хейл, Крис (20 апреля 2016 г.). «Информация об услугах пула». В синие бассейны. Получено 22 апреля 2016.
  12. ^ Буго, Валери; и другие. (2009). «Респираторное здоровье пловцов». Спортивная медицина. 39 (4): 295–312. Дои:10.2165/00007256-200939040-00003. PMID  19317518. S2CID  26017985.
  13. ^ Левеск, Бенуа; Дюшен, Жан-Франсуа; Жинграс, Сюзанна; Лавуа, Роберт; Prud'Homme, Денис; Бернар, Эммануэль; Буле, Луи-Филипп; Эрнст, Пьер (01.10.2006). «Детерминанты распространенности жалоб на здоровье среди молодых спортсменов-пловцов». Международный архив гигиены труда и окружающей среды. 80 (1): 32–39. Дои:10.1007 / s00420-006-0100-0. PMID  16586082. S2CID  21688495.
  14. ^ «Запах хлора: ностальгический или ядовитый?». Отопление термального бассейна Rheem. 2016-08-22. Получено 2020-11-22.
  15. ^ "Хлорамины: понимание" запаха бассейна"". chlorine.americanchemistry.com. Получено 2020-11-22.
  16. ^ «По данным CDC, запах хлора из бассейнов может указывать на смешанные с водой жидкости организма». Суета. Получено 2020-11-22.
  17. ^ «Химическое раздражение глаз и легких | Здоровое плавание | Здоровая вода | CDC». www.cdc.gov. 2019-05-15. Получено 2020-11-22.
  18. ^ Краснер, Стюарт У .; Weinberg, Howard S .; Richardson, Susan D .; Пастор, Сальвадор Дж .; Чинн, Рассел; Склименти, Майкл Дж .; Онстад, Гретхен Д .; Thruston, Альфред Д. (2006). «Возникновение нового поколения побочных продуктов дезинфекции». Экологические науки и технологии. 40 (23): 7175–7185. Дои:10.1021 / es060353j. PMID  17180964. S2CID  41960634.
  19. ^ а б Richardson, Susan D .; Plewa, Майкл Дж .; Вагнер, Элизабет Д .; Шони, Рита; ДеМарини, Дэвид М. (2007). «Возникновение, генотоксичность и канцерогенность регулируемых и возникающих побочных продуктов дезинфекции в питьевой воде: обзор и дорожная карта для исследований». Мутации / Обзоры в Мутационных исследованиях. 636 (1–3): 178–242. Дои:10.1016 / j.mrrev.2007.09.001. PMID  17980649.
  20. ^ Холлеман, А. Ф .; Виберг, Э. "Неорганическая химия" Academic Press: Сан-Диего, 2001. ISBN  0-12-352651-5.
  21. ^ Ура, Ясукадзу; Саката, Гозё (2007). «Хлорамины». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. п. 5.
  22. ^ Jacangelo, J. G .; Olivieri, V.P .; Кавата, К. (1987). «Окисление сульфгидрильных групп монохлорамином». Вода Res. 21 (11): 1339–1344. Дои:10.1016/0043-1354(87)90007-8.
  23. ^ Моррис, Дж. К. (1966). «Будущее хлорирования». Варенье. Ассоциация водных работ. 58 (11): 1475–1482. Дои:10.1002 / j.1551-8833.1966.tb01719.x.

внешняя ссылка