Monokloramin
|
|
|
|
| Namn | |
|---|---|
Andra namn
|
|
| Identifierare | |
|
3D-modell ( JSmol )
|
|
| ChEBI | |
| ChEMBL | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard | 100.031.095 |
| EG-nummer |
|
| KEGG | |
| Maska | kloramin |
|
PubChem CID
|
|
| UNII | |
| FN-nummer | 3093 |
|
CompTox Dashboard ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Egenskaper | |
|
NH2Cl _ _ |
|
| Molar massa | 51,476 g mol -1 |
| Utseende | Färglös gas |
| Smältpunkt | −66 °C (−87 °F; 207 K) |
| Surhet (p K a ) | 14 |
| Grundläggande (p K b ) | 15 |
| Besläktade föreningar | |
|
Besläktade aminer
|
|
| Faror | |
| Arbetssäkerhet och hälsa (OHS/OSH): | |
|
Huvudsakliga faror
|
Frätande syra |
|
Förtäringsrisker
|
Frätande; illamående och kräkningar |
|
Inandningsrisker
|
Frätande |
|
Ögonfaror
|
Irritation |
|
Hudfaror
|
Irritation |
| GHS- märkning : | |
  
|
|
| Fara | |
| H290 , H314 , H315 , H319 , H335 , H372 , H412 | |
| P234 , P260 , P261 , P264 , P270 , P271 , P273 , P280 , P301+P330+P331 , P302+P352 , P303+P361+P353, P3004+P30 , P3004+P30 , P3004 + P30 , P3004+P30 , P312 , P314 , P321 , P332+P313 , P337+P313 , P362 , P363 , P390 , P403+P233 , P404 , P405 , P501 | |
| NFPA 704 (branddiamant) | |
| Dödlig dos eller koncentration (LD, LC): | |
|
LD 50 ( mediandos )
|
935 mg/kg (råtta, oral) |
|
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).
|
|
Monokloramin , ofta kallad kloramin , är den kemiska föreningen med formeln NH 2 Cl. Tillsammans med dikloramin (NHCl 2 ) och kvävetriklorid (NCl 3 ), är det en av de tre kloraminerna i ammoniak . Det är en färglös vätska vid dess smältpunkt av -66 ° C (-87 ° F), men det hanteras vanligtvis som en utspädd vattenlösning , i vilken form det ibland används som ett desinfektionsmedel . Kloramin är för instabilt för att få sin kokpunkt mätt.
Vattenbehandling
Kloramin används som desinfektionsmedel för vatten. Det är mindre aggressivt än klor och mer stabilt mot ljus än hypokloriter .
Desinfektion av dricksvatten
Kloramin används vanligtvis i låga koncentrationer som ett sekundärt desinfektionsmedel i kommunala vattendistributionssystem som ett alternativ till klorering . Denna applikation ökar. Klor (kallas vid vattenbehandling som fritt klor) undanträngs av kloramin - närmare bestämt monokloramin - som är mycket stabilare och inte försvinner lika snabbt som fritt klor. Kloramin har också en mycket lägre, men fortfarande aktiv, tendens än fritt klor att omvandla organiskt material till klorkarboner som kloroform och koltetraklorid . Sådana föreningar har identifierats som cancerframkallande och 1979 började United States Environmental Protection Agency (EPA) reglera deras nivåer i USA:s dricksvatten .
Vissa av de oreglerade biprodukterna kan möjligen utgöra större hälsorisker än de reglerade kemikalierna.
På grund av dess sura natur kan tillsats av kloramin till vattenförsörjningen öka exponeringen för bly i dricksvatten, särskilt i områden med äldre bostäder; denna exponering kan resultera i ökade blynivåer i blodomloppet , vilket kan utgöra en betydande hälsorisk. Lyckligtvis kan vattenreningsverk lägga till frätande kemikalier vid anläggningen som har det dubbla syftet att minska vattnets frätande förmåga och stabilisera desinfektionsmedlet.
Desinfektion av pool
I simbassänger bildas kloraminer genom reaktionen mellan fritt klor och amingrupper som finns i organiska ämnen , huvudsakligen de som är biologiskt ursprung (t.ex. urea i svett och urin ). Kloraminer, jämfört med fritt klor, är både mindre effektiva som desinfektionsmedel och, om de inte hanteras på rätt sätt, mer irriterande för ögonen på simmare. Kloraminer är ansvariga för den distinkta "klor" lukten av simbassänger, som ofta felaktigt tillskrivs elementärt klor av allmänheten. Vissa pooltestsatser som utformats för användning av husägare skiljer inte på fritt klor och kloraminer, vilket kan vara vilseledande och leda till icke-optimala nivåer av kloraminer i poolvattnet. Det finns också bevis för att exponering för kloramin kan bidra till andningsproblem , inklusive astma , bland simmare . Andningsproblem relaterade till kloraminexponering är vanliga och vanliga bland tävlingssimmare.
Även om kloramins distinkta lukt av vissa har beskrivits som behaglig och till och med nostalgisk, kan dess bildning i poolvattnet som ett resultat av att kroppsvätskor exponeras för klor minimeras genom att uppmuntra duschning och andra hygienmetoder innan du går in i poolen, samt att avstå från att simma medan man lider av matsmältningssjukdomar och ta pauser för att använda badrummet.
Säkerhet
US EPA:s dricksvattenkvalitetsnormer begränsar kloraminkoncentrationen för offentliga vattensystem till 4 delar per miljon (ppm) baserat på ett löpande årligt genomsnitt av alla prover i distributionssystemet. För att möta EPA-reglerade gränser för halogenerade desinfektionsbiprodukter byter många företag från klorering till klorering . Medan kloraminering ger färre reglerade totala halogenerade desinfektionsbiprodukter, kan den producera större koncentrationer av oreglerade joderade desinfektionsbiprodukter och N -nitrosodimetylamin . Både joderade desinfektionsbiprodukter och N -nitrosodimetylamin har visat sig vara genotoxiska , vilket orsakar skada på den genetiska informationen i en cell vilket resulterar i mutationer som kan leda till cancer .
Syntes och kemiska reaktioner
Kloramin är en mycket instabil förening i koncentrerad form. Ren kloramin sönderdelas våldsamt över −40 °C (−40 °F). Gasformig kloramin vid låga tryck och låga koncentrationer av kloramin i vattenlösning är termiskt något mer stabila. Kloramin är lättlösligt i vatten och eter , men mindre lösligt i kloroform och koltetraklorid .
Produktion
I utspädd vattenlösning framställs kloramin genom reaktion av ammoniak med natriumhypoklorit :
- NH3 + NaOCl → NH2CI + NaOH
Denna reaktion är också det första steget i Olin Raschig-processen för hydrazinsyntes . Reaktionen måste utföras i ett lätt alkaliskt medium ( pH 8,5–11). Det verkande kloreringsmedlet i denna reaktion är hypoklorsyra (HOCl), som måste genereras genom protonering av hypoklorit och sedan reagerar i en nukleofil substitution av hydroxylen mot aminogruppen . Reaktionen sker snabbast runt pH 8. Vid högre pH-värden är koncentrationen av underklorsyra lägre, vid lägre pH-värden protoneras ammoniak för att bilda ammoniumjoner ( NH
+ 4 ), som inte reagerar vidare.
Kloraminlösningen kan koncentreras genom vakuumdestillation och genom att leda ångan genom kaliumkarbonat som absorberar vattnet. Kloramin kan extraheras med eter.
Gasformig kloramin kan erhållas från reaktionen av gasformig ammoniak med klorgas (utspädd med kvävgas ):
- 2 NH 3 + Cl 2 ⇌ NH 2 Cl + NH 4 Cl
Ren kloramin kan framställas genom att passera fluoramin genom kalciumklorid :
- 2 NH2F + CaCl2 CaF2 → 2 NH2Cl +
Sönderfall
De kovalenta N−Cl-bindningarna av kloraminer hydrolyseras lätt med frisättning av underklorsyrlighet :
- RR′NCl + H2O ⇌ RR′NH + HOCl
Den kvantitativa hydrolyskonstanten ( K- värde) används för att uttrycka den bakteriedödande kraften hos kloraminer, som beror på att de genererar underklorsyra i vatten. Det uttrycks av ekvationen nedan och ligger i allmänhet i intervallet 10 −4 till 10 −10 ( 2,8 × 10 −10 för monokloramin):
I vattenlösning sönderdelas kloramin långsamt till kväve och ammoniumklorid i ett neutralt eller svagt alkaliskt (pH ≤ 11) medium:
- 3 NH2CI → N2 + NH4CI + 2 HCl
Men bara några procent av en 0,1 M kloraminlösning i vatten sönderdelas enligt formeln på flera veckor. Vid pH-värden över 11 sker långsamt följande reaktion med hydroxidjoner :
- 3 NH 2 Cl + 3 OH − → NH 3 + N 2 + 3 Cl − + 3 H 2 O
disproportioneras kloramin för att bilda dikloramin , som i sin tur disproportioneras igen vid pH-värden under 3 för att bilda kvävetriklorid :
- 2 NH 2 Cl + H + ⇌ NHCl 2 + NH
+ 4 - 3 NHCl 2 + H + ⇌ 2 NCl 3 + NH
+ 4
Vid låga pH-värden dominerar kvävetriklorid och vid pH 3–5 dominerar dikloramin. Dessa jämvikter störs av den irreversibla nedbrytningen av båda föreningarna:
- NHCl2 + NCl3 + 2 H2O → N2 + 3 HCl + 2 HOCl
Reaktioner
I vatten är kloramin pH-neutralt. Det är ett oxidationsmedel (sur lösning: E ° = +1,48 V , i basisk lösning E ° = +0,81 V ):
- NH 2 Cl + 2 H + + 2 e − → NH
+ 4 + Cl −
Reaktioner av kloramin inkluderar radikal , nukleofil och elektrofil substitution av klor, elektrofil substitution av väte och oxidativa tillägg .
Kloramin kan, liksom hypoklorsyra, donera positivt laddat klor i reaktioner med nukleofiler (Nu − ):
- Nu − + NH3Cl + → NuCl + NH3
Exempel på kloreringsreaktioner inkluderar omvandlingar till dikloramin och kvävetriklorid i surt medium, som beskrivs i nedbrytningsavsnittet.
Kloramin kan också aminera nukleofiler ( elektrofil aminering ):
- Nu − + NH2CI → NuNH2 + Cl-
Amineringen av ammoniak med kloramin för att bilda hydrazin är ett exempel på denna mekanism som ses i Olin Raschig-processen:
- NH2Cl + NH3 + NaOH → N2H4 + NaCl + H2O
Kloramin aminerar sig själv elektrofilt i neutrala och alkaliska medier för att starta nedbrytningen:
- 2 NH2CI → N2H3CI + HCl _
Klorhydrazinet (N 2 H 3 Cl) som bildas vid självnedbrytning är instabilt och sönderdelas av sig självt, vilket leder till nettonedbrytningsreaktionen:
- 3 NH2CI → N2 + NH4CI + 2 HCl
Monokloramin oxiderar sulfhydryler och disulfider på samma sätt som hypoklorsyrlighet, men har bara 0,4 % av den biocidala effekten av HClO.