Natrio cianidas: cheminės savybės ir reakcijos mechanizmai

Įvadas

Natrio cianidas (NaCN) yra cheminis junginys, turintis pramoninių pritaikymų ir reikšmingų saugos problemų dėl savo didelio toksiškumo. Jo cheminių savybių ir reakcijos mechanizmų supratimas yra labai svarbus norint saugiai jį naudoti, naudoti pramonėje ir apsaugoti aplinką. Šio straipsnio tikslas – pateikti išsamią natrio cianido cheminių savybių ir reakcijos būdų apžvalgą.

Cheminės natrio cianido savybės

Fizinė išvaizda

Natrio cianidas yra balta kristalinė kieta medžiaga kambario temperatūroje. Jis turi kubinę kristalų struktūrą ir dažnai atrodo kaip mažos bekvapės (sausos) granulės arba milteliai. Tačiau susilietus su drėgme ar rūgštimis gali išsiskirti vandenilio cianido dujos, kurios turi ryškų kartaus migdolų kvapą. Svarbu pažymėti, kad ne visi gali aptikti šį kvapą, nes gebėjimas jį užuosti yra nulemtas genetiškai.

Tirpumas

NaCN labai gerai tirpsta vandenyje. Kai jis ištirpsta vandenyje, jis disocijuoja į natrio jonus (Na⁺) ir cianido jonus (CN⁻) pagal šią lygtį:

NaCN(-ai) H2O, Na+(aq) Na+ (aq) + CN(akv.)

Dėl didelio tirpumo vandenyje jis gali būti pavojingas aplinkai, nes gali lengvai užteršti vandens šaltinius. Jis taip pat tirpsta kai kuriuose poliniuose organiniuose tirpikliuose, tokiuose kaip metanolis ir etanolis.

Stabilumas

Natrio cianidas normaliomis sąlygomis yra gana stabilus. Tačiau jis jautrus karščiui, drėgmei ir rūgštims. Kaitinamas jis gali skilti, išskirdamas labai toksiškas vandenilio cianido dujas. Esant rūgštims, net ir silpnoms rūgštims, tokioms kaip anglies rūgštis (susidaranti, kai anglies dioksidas ištirpsta vandenyje), vyksta tokia reakcija: NaCN + H2O + CO2 → NaHCO3 + HCN↑

Ši reakcija pabrėžia, kaip svarbu natrio cianidą laikyti sausoje, vėsioje vietoje, atokiau nuo rūgštinių medžiagų.

Natrio cianido reakcijos mechanizmai

Reakcija su metalais

Natrio cianidas gerai žinomas dėl savo gebėjimo sudaryti kompleksus su metalais. Vienas iš labiausiai paplitusių jo panaudojimo būdų yra aukso ir sidabro gavyba iš jų rūdų kasybos pramonėje. Esant deguoniui ir vandeniui, natrio cianidas reaguoja su rūdoje esančiu auksu (Au) ir sudaro tirpų aukso ir cianido kompleksą. Bendrą reakciją galima pavaizduoti taip:

4Au+8NaCN+O2+2H2O→4Na[Au(CN)2]+ 4NaOH

Šioje reakcijoje cianido jonai koordinuojasi su aukso atomais, netirpus rūdoje esantis auksas paverčiamas tirpiu kompleksu, kurį galima lengvai atskirti nuo likusių uolienų ir kitų priemaišų. Reakcijos mechanizmas apima aukso oksidaciją deguonimi, o vėliau oksiduoto aukso kompleksavimą su cianido jonais.

Nukleofilinės pakeitimo reakcijos

Cianido jonai (CN⁻) yra stiprūs nukleofilai. Organinėje chemijoje jie gali dalyvauti nukleofilinėse pakeitimo reakcijose. Pavyzdžiui, kai alkilhalogenidas (R - X, kur R yra alkilo grupė, o X yra halogenas) reaguoja su natrio cianidu aprotiniame tirpiklyje, tokiame kaip dimetilsulfoksidas (DMSO), vyksta tokia reakcija: RX + NaCNR-CN + NaX

Cianido jonas atakuoja anglies atomą, prijungtą prie halogeno, pakeisdamas halogeno atomą pakeitimo reakcijoje. Ši reakcija plačiai naudojama sintezuojant nitrilus, kurie yra svarbūs tarpiniai produktai gaminant įvairius organinius junginius, tokius kaip karboksirūgštys, aminai ir heterocikliniai junginiai.

Reakcija su vandeniu (hidrolizė)

Kaip minėta anksčiau, natrio cianidas gali reaguoti su vandeniu hidrolizės reakcijos metu. Esant vandeniui, cianido jonas gali priimti protoną iš vandens ir sudaryti vandenilio cianidą ir hidroksido jonus: CN-(aq) + H2O(l) HCN (aq) + OH-(aq)

Ši hidrolizės reakcija yra grįžtama, o pusiausvyros padėtis priklauso nuo tokių veiksnių kaip pH ir temperatūra. Rūgščiuose tirpaluose pusiausvyra pasislenka link vandenilio cianido dujų susidarymo, o baziniuose tirpaluose cianido jonas išlieka daugiausia anijoninės formos.