Preparat kwasu azotowego, związki i zagrożenia



The kwas azotawy jest to kwas średnio silny do słabego, trwały tylko w zimnym rozcieńczonym roztworze wodnym. Jest znany tylko w roztworze i w postaci soli azotynowych (takich jak azotyn sodu i azotyn potasu).

Kwas azotowy uczestniczy w równowadze ozonowej niższej atmosfery (troposfery). Azotyn jest ważnym źródłem silnego środka rozszerzającego naczynia z tlenkiem azotu. Grupa nitrowa (-NO2) jest obecna w estrach kwasu azotawego i związkach nitrowych.

Azotyny są szeroko stosowane w przemyśle spożywczym do leczenia mięsa. Jednakże Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem (IARC), wyspecjalizowana organizacja nowotworowa Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) Organizacji Narodów Zjednoczonych, zaklasyfikowała azotyn jako prawdopodobnie rakotwórczy dla ludzi, gdy jest spożywana w warunkach, które powodują one endogenne nitrozowanie.

Wzory

Kwas azotawy: HNO2

Azotyn: NIE2-

Azotyn sodu: NaNO2

  • CAS: 7782-77-6 Kwas azotawy
  • CAS: 14797-65-0 Azotyn
  • CAS: 14797-65-0 Azotyn sodu (kwas azotowy, sól sodowa)

Struktura 2D

Struktura 3D

Charakterystyka kwasu azotowego

Właściwości fizyczne i chemiczne

Zakłada się, że kwas azotawy znajduje się w dynamicznej równowadze z jego bezwodnikiem w roztworach wodnych:

2HNO2 ⇌ N2O3 + H2O

Z powodu hydrolizy jego sole (azotyny) są niestabilne w roztworze wodnym. Kwas azotowy jest wytwarzany jako produkt pośredni, gdy gazy NOx są rozpuszczane w wodzie (tlenki mono-azotu, takie jak tlenek azotu i dwutlenek azotu, odpowiednio NO i NO2).

Po podgrzaniu w obecności piasku, odłamków szkła lub innych ostrych przedmiotów, a nawet w niskiej temperaturze, dysproporcje kwasu azotawego jako:

3 HNO2 ⇌ HNO3 + 2NO + H2O

Dzięki powyższej reakcji kwas azotawy może działać jako środek redukujący i jako środek utleniający. Ta reakcja dysproporcjonowania wpływa na właściwości roztworów kwasu azotowego i jest ważna w produkcji kwasu azotowego.

Szczególnie ważną właściwością kwasu azotawego jest jego zdolność do diazowania amin organicznych. Z pierwszorzędowymi aminami kwas tworzy sole diazoniowe

RN-H2 + HNO2 + HCl → [RN-NΞN] Cl + 2H2O

Azotyn sodu (lub sól sodowa kwasu azotowego) jest krystalicznym proszkiem o barwie białej do lekko żółtawej, bardzo dobrze rozpuszczalnym w wodzie i higroskopijnym (absorbuje wilgoć z otaczającego środowiska).

Azotyn potasu jest związkiem nieorganicznym o wzorze chemicznym KNO2. Jest to jonowa sól jonów potasowych K + i jonów azotynowych NO2-.

Podobnie jak inne sole azotynowe, takie jak azotyn sodu, jest toksyczny w przypadku spożycia i może być mutagenny lub teratogenny.

Kwas azotowy występuje w dwóch postaciach izomerycznych:

Struktury te prowadzą do dwóch serii organicznych pochodnych o znaczeniu przemysłowym:

(I) Estry azotynowe:

(II) Pochodne azotu:

Estry azotynowe zawierają nitrozoksylową grupę funkcyjną o ogólnym wzorze RONO, w której R oznacza grupę arylową lub alkilową.

Nitro-pochodne (związki nitrowane) są związkami organicznymi, które zawierają jedną lub więcej grup funkcyjnych nitrowych (-NO2).

Związki grupy nitrowej są prawie zawsze wytwarzane przez reakcje nitrowania, które rozpoczynają się kwasem azotowym. Są rzadko spotykane w przyrodzie. Przynajmniej niektóre naturalne grupy nitrowe pochodzą z utleniania grup aminowych.

Nieorganiczne związki azotynowe (azotyn sodu, azotyn potasu itp.)

Palność

Te związki są wybuchowe. Niektóre z tych substancji mogą rozkładać się wybuchowo, gdy są ogrzewane lub biorą udział w pożarze. Może wybuchnąć z powodu ciepła lub zanieczyszczenia. Pojemniki mogą eksplodować po podgrzaniu. Spływ może spowodować zagrożenie pożarem lub wybuchem.

Reaktywność

Związki z tej grupy mogą działać jako niezwykle silne środki utleniające, a mieszaniny ze środkami redukującymi lub zredukowanymi materiałami, takimi jak substancje organiczne, mogą być wybuchowe.

Reaguje z kwasami, tworząc toksyczny dwutlenek azotu. Gwałtowna eksplozja występuje, gdy sól amonowa jest połączona z solą azotynową.

Zagrożenie dla zdrowia

Wdychanie, połknięcie lub kontakt (skóra, oczy) z oparami lub substancjami może spowodować poważne obrażenia, oparzenia lub śmierć. Ogień może wytwarzać drażniące, żrące i / lub toksyczne gazy. Spływ z kontroli ognia lub wody rozcieńczającej może spowodować zanieczyszczenie.

Organiczne związki azotynowe (estry azotynowe, pochodne nitrowe)

Palność

Większość materiałów z tej grupy jest technicznie trudnopalna. Jednakże są one często niestabilne chemicznie i podlegają, w bardzo różnym stopniu, rozkładowi wybuchowemu.

Reaktywność

Aromatyczne związki nitrowe mogą eksplodować w obecności zasady, takiej jak wodorotlenek sodu lub wodorotlenek potasu, nawet w obecności wody lub rozpuszczalników organicznych. Tendencje wybuchowe związków nitroaromatycznych są zwiększone przez obecność wielu grup nitrowych.

Toksyczność

Wiele związków w tej grupie jest bardzo toksycznych.

Używa

Wśród estrów azotynowych, azotyn amylu i inne azotyny alkilowe są stosowane w medycynie do leczenia chorób serca i do przedłużania orgazmu, zwłaszcza u mężczyzn. Czasami są wykorzystywane rekreacyjnie ze względu na efekt euforii.

Grupa nitrowa jest jednym z najczęstszych wybuchów (grupa funkcjonalna, która tworzy związek wybuchowy) na całym świecie. Wiele z nich jest wykorzystywanych w syntezie organicznej, ale największe wykorzystanie związków w tej grupie dotyczy materiałów wybuchowych wojskowych i komercyjnych..

Chloramfenikol (antybiotyk przydatny w leczeniu zakażeń bakteryjnych) jest rzadkim przykładem naturalnego związku nitrowego.

Sole diazoniowe są szeroko stosowane do wytwarzania jaskrawo zabarwionych związków zwanych barwnikami azowymi.

Głównym zastosowaniem azotynu sodu jest przemysłowa produkcja związków organonitrogennych. Jest prekursorem wielu leków, barwników i pestycydów. Jednak jego najbardziej znanym zastosowaniem jest dodatek do żywności zapobiegający zatruciu jadem kiełbasianym. Ma numer E250.

Azotyn potasu jest stosowany jako dodatek do żywności w podobny sposób jak azotyn sodu. Ma numer E249.

W pewnych warunkach (zwłaszcza podczas gotowania) azotyny w mięsie mogą reagować z produktami degradacji aminokwasów, tworząc nitrozoaminy, które są znanymi czynnikami rakotwórczymi.

Jednakże rola azotynów w zapobieganiu zatruciu jadem kiełbasianym zapobiegła zakazowi ich stosowania w peklowanym mięsie. Są one uważane za niezastąpione w zapobieganiu zatruciom botulinowym z powodu spożycia suszonych kiełbas peklowanych.

Azotyn sodu jest jednym z najważniejszych leków, które wymagają podstawowego systemu ochrony zdrowia (znajduje się na liście podstawowych leków Światowej Organizacji Zdrowia).

Kwas azotowy i zanieczyszczenie powietrza

Tlenki azotu (NOx) można znaleźć w środowisku zewnętrznym i wewnętrznym.

Stężenie tlenków azotu w atmosferze znacznie wzrosło w ciągu ostatnich 100 lat.

Jego badania są niezbędne do planowania jakości powietrza i oceny jego wpływu na zdrowie ludzkie i środowisko.

W zależności od ich pochodzenia źródła emisji zanieczyszczeń atmosferycznych można sklasyfikować jako:

• Ze środowiska zewnętrznego
a. Źródła antropogeniczne
a.1. Procesy przemysłowe
a.2. Działalność człowieka
b. Źródła naturalne
b.1. Procesy spalania biomasy (paliwa kopalne).
b.2. Oceany
b.3. Piętro
b.4. Procesy związane ze światłem słonecznym

• Środowiska wewnętrzne
a. Źródła przeniknęły z otoczenia zewnętrznego przez procesy wymiany powietrza.
b. Źródła pochodzące z procesów spalania w środowisku wewnętrznym (główne).

NO poziomów2 w środowiskach wewnętrznych są wyższe niż wartości NO2 na zewnątrz Stosunek wewnętrzny / zewnętrzny (I / E) jest większy niż 1.

Znajomość i kontrola tych źródeł emisji środowiska wewnętrznego ma fundamentalne znaczenie ze względu na czas osobistego pobytu w tych środowiskach (domy, biura, środki transportu).

Od późnych lat 70. kwas azotawy (HONO) został zidentyfikowany jako kluczowy składnik atmosferyczny ze względu na jego rolę jako bezpośredniego źródła rodników hydroksylowych (OH).

Istnieje wiele znanych źródeł OH w troposferze, jednak produkcja OHO w HONO jest interesująca, ponieważ źródła, losy i dobowy cykl HONO w atmosferze zaczęły być wyjaśniane dopiero niedawno..

Kwas azotowy uczestniczy w równowadze ozonowej troposfery. Heterogeniczna reakcja tlenku azotu (NO) i wody wytwarza kwas azotawy. Gdy ta reakcja zachodzi na powierzchni aerozoli atmosferycznych, produkt jest łatwo fotodekomponowany do rodników hydroksylowych

Rodniki OH biorą udział w powstawaniu ozonu (O3) i azotanu peroksyacetylu (PAN), które powodują tzw. „Smog fotochemiczny” w zanieczyszczonych regionach i przyczyniają się do utleniania lotnych związków organicznych (VOC), które z kolei tworzą cząstki i gazy utlenione.

Kwas azotowy silnie absorbuje światło słoneczne o długościach fal krótszych niż 390 nm, co prowadzi do jego fotolitycznej degradacji w OH i tlenku azotu (NO).

HONO + hν → OH + NO

W nocy brak tego mechanizmu powoduje akumulację HONO. Wznowienie fotonizy HONO po świcie może prowadzić do znacznej formacji OH rano.

W społeczeństwach zachodnich ludzie spędzają blisko 90% swojego czasu w pomieszczeniach, głównie we własnych domach.

Globalne zapotrzebowanie na oszczędności energii doprowadziło do oszczędności energii w ogrzewaniu i chłodzeniu (dobra izolacja wnętrz, niski poziom infiltracji powietrza, energooszczędne okna) prowadzące do wzrostu poziomu zanieczyszczeń powietrza w takich środowiskach.

Ze względu na mniejsze objętości i mniejszy współczynnik wymiany powietrza, czas przebywania zanieczyszczeń powietrza jest znacznie dłuższy w środowiskach wewnętrznych w porównaniu z atmosferą zewnętrzną.

Wśród wszystkich związków obecnych w powietrzu wewnętrznym, HONO stanowi ważną substancję zanieczyszczającą w fazie gazowej, która może występować w dość wysokich stężeniach, co ma wpływ na jakość powietrza i zdrowie..

HONUS może prowadzić do podrażnienia dróg oddechowych człowieka i problemów z oddychaniem.

HONO, gdy wchodzi w kontakt z niektórymi związkami obecnymi na powierzchniach środowiska wewnętrznego (jak na przykład nikotyna dymu tytoniowego), może tworzyć rakotwórcze nitrozoaminy.

HONO środowisk wewnętrznych może być generowany bezpośrednio podczas procesu spalania, tj. Przez palenie świec, w kuchenkach gazowych i grzejnikach, lub może być utworzony przez niejednorodną hydrolizę NO2 w kilku powierzchniach wewnętrznych.

2NO2 + H2O → HONO + HNO3

Frakcja światła słonecznego UV może zwiększyć heterogeniczną konwersję NO2 do HONO.

Alvarez i in. (2014) oraz Bartolomei i in. (2014) wykazali, że HONO powstaje w heterogenicznych reakcjach wywołanych światłem, NO2 ze zwykłymi powierzchniami w pomieszczeniach, takich jak szkło, środki czyszczące, farba i lakier.

Podobnie, indukowane światłem tempo tworzenia się HONO, obserwowane na powierzchniach wewnętrznych, może pomóc wyjaśnić wysoki poziom OH obserwowany wewnątrz w ciągu dnia.

HONO może być emitowane bezpośrednio jako pierwotne zanieczyszczenie i osiągać wysokie poziomy w powietrzu wewnątrz pomieszczeń dzięki procesom spalania, na przykład w słabo wentylowanych kuchniach „energooszczędnych” domów z kuchenkami gazowymi.

Ponadto HONO można tworzyć poprzez niejednorodne reakcje NO2 z warstwami wody pochłoniętymi na kilku powierzchniach wewnętrznych.

Chociaż dwa źródła HONO (bezpośrednia emisja i heterogeniczne reakcje NO2 fazy gazowej z warstwami wody zaadsorbowanej w nieobecności światła słonecznego) stanowią znaczące wewnętrzne źródła HONO, modele, które mają tylko te dwa źródła systematycznie niedoszacowują poziomów dobowego HONO obserwowanego w środowiskach wewnętrznych.

Alvarez i in. (2014) przeprowadzili badania nad heterogenicznymi reakcjami wywołanymi przez światło, NO2 w fazie gazowej z powszechnie stosowaną serią chemii gospodarczej, w tym środek do czyszczenia podłóg (detergent alkaliczny), środek do czyszczenia łazienki (detergent kwaśny), biała farba ścienna i lakier.

Zastosowane w tym badaniu długości fal fotoelektrycznych są charakterystyczne dla widm słonecznych, które mogą łatwo przenikać do przestrzeni wewnętrznych (λ> 340 nm).

Autorzy ci stwierdzili, że te chemikalia domowe odgrywają ważną rolę w chemii i jakości powietrza w pomieszczeniach.

Według jego badań foto-dysocjacja nawet niewielkiej części HONO w celu wytworzenia rodników hydroksylowych miałaby ogromny wpływ na chemię powietrza w pomieszczeniach.

Podobnie Bartolomei i in. (2014) badali heterogeniczne reakcje NO2 z wybranymi wewnętrznymi powierzchniami farby, w obecności światła, i wykazał, że tworzenie się HONO wzrasta wraz ze światłem i względną wilgotnością we wspomnianych wnętrzach.

Bezpieczeństwo i ryzyko

Oświadczenia o zagrożeniach globalnie zharmonizowanego systemu klasyfikacji i oznakowania chemikaliów (SGA)

Globalnie Zharmonizowany System Klasyfikacji i Oznakowania Chemikaliów (SGA) jest systemem uzgodnionym na szczeblu międzynarodowym, stworzonym przez Organizację Narodów Zjednoczonych i mającym na celu zastąpienie różnych standardów klasyfikacji i oznakowania stosowanych w różnych krajach przy użyciu spójnych kryteriów na całym świecie.

Niebezpieczeństwo (i odpowiadająca jej rozdział SGA) Klasy, standardy klasyfikacji i oznakowania oraz zalecenia dla azotynu sodu są następujące (Europejska Agencja Chemikaliów, 2017; Narodów Zjednoczonych, 2015; pubchem, 2017):

Oświadczenia o zagrożeniach GHS

H272: Może nasilić pożar; Utleniacz [Ostrzeżenie Płyn utleniający; Substancje stałe utleniające - kategoria 3] (PubChem, 2017).
H301: Toksyczny po spożyciu [Toksyczność ostra zagrożenia, doustny - Kategoria 3] (PubChem, 2017).
H319: Powoduje poważne podrażnienie oczu [Ostrzeżenie Poważne uszkodzenie oczu / działanie drażniące na oczy - Kategoria 2A] (PubChem, 2017).
H341: Podejrzewa się, że powoduje wady genetyczne [Mutagenność komórek zarodkowych - kategoria 2] (PubChem, 2017).
H361: Podejrzewa się, że działa szkodliwie na płodność lub płód [Ostrzeżenie Toksyczność reprodukcyjna - Kategoria 2] (PubChem, 2017).
H370: Powoduje uszkodzenie narządów [Niebezpieczeństwo Działanie toksyczne na narządy docelowe, jednorazowe narażenie - Kategoria 1] (PubChem, 2017).
H373: Powoduje uszkodzenie narządów poprzez długotrwałe lub powtarzane narażenie [Ostrzeżenie Działanie toksyczne na narządy docelowe, powtarzane narażenie - Kategoria 2] (PubChem, 2017).
H400: Działa bardzo toksycznie na organizmy wodne [Ostrzeżenie Niebezpieczne dla środowiska wodnego, zagrożenie ostre - kategoria 1] (PubChem, 2017).
H410: Działa bardzo toksycznie na organizmy wodne, powodując długotrwałe niekorzystne skutki [Ostrzeżenie Niebezpieczne dla środowiska wodnego, zagrożenie długotrwałe - Kategoria 1] (PubChem, 2017).

Kody instrukcji zapobiegawczych
P301 + P310, P305 + P351 + P338, P307 + P311, P308 + P313, P314, P321, P330, P337 + P313, P301, P301, P202, P210, P220, P221, P260, P264, P270, P273, P280, P281, P370 + P378, P391, P405 i P501 (PubChem, 2017).

Referencje

  1. Alvarez, E.G., Sörgel, M., Gligorovski, S., Bassil, S., Bartolomei, V., Coulomb, B., ... i Wortham, H. (2014). Produkcja kwasu azotowego indukowanego światłem (HONO) z heterogenicznych reakcji NO 2 na chemikalia domowe. Atmospheric Environment, 95, 391-399. 
  2. Bartolomei, V., Sörgel, M., Gligorovski, S., Alvarez, E. G., Gandolfo, A., Strekowski, R., ... i Wortham, H. (2014). Tworzenie się wewnętrznego kwasu azotowego (HONO) przez indukowane światłem reakcje heterogeniczne NO2 z białą farbą ścienną. Environmental Science and Pollution Research, 21 (15), 9259-9269. 
  3. Benjah-bmm27, (2007). Amyl-azotynowe kulki 3D [image] Źródło: en.wikipedia.org.
  4. Benjah-bmm27, (2009). Chloramfenikol-3D [zdjęcie] Źródło: en.wikipedia.org.
  5. Benjah-bmm27, Pngbot, (2007). Nitrite-ester-2D [image] Źródło: en.wikipedia.org.
  6. Benjah-bmm27, Pngbot, (2007). Nitro-group-2D [image] Źródło: en.wikipedia.org.
  7. Benjah-bmm27, Pngbot, (2007). Nitrite-ester-2D [image] Źródło: en.wikipedia.org.
  8. ChemIDplus, (2017). Struktura 3D 7632-00-0 - azotyn sodu [USP] [image] Źródło: chem.nlm.nih.gov.
  9. Europejska Agencja Chemikaliów (ECHA). (2017). Podsumowanie klasyfikacji i oznakowania. Klasyfikacja zharmonizowana - załącznik VI do rozporządzenia (WE) nr 1272/2008 (rozporządzenie CLP). Azotyn sodu. Pobrane 5 lutego 2017 r. Z: echa.europa.eu
  10. Gall, E.T., Griffin, R.J., Steiner, A.L., Dibb, J., Scheuer, E., Gong, L., ... & Flynn, J. (2016). Ocena źródeł i pochłaniaczy kwasu azotowego w odpływie miejskim. Atmospheric Environment, 127, 272-282.
  11. Gligorovski, S. (2016). Kwas azotawy (HONO): powstające wewnętrzne zanieczyszczenie. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 314, 1-5.
  12. JSmol, (2017). Azotyn [image] Źródło: chemapps.stolaf.edu.
  13. JSmol, (2017). Kwas azotowy [image] Źródło: chemapps.stolaf.edu.
  14. Jü, (2013). Azotyn amylu Wzór V.1. [image] Źródło: en.wikipedia.org.
  15. Madruga, D. G. i Patier, R. F. (2006). ZAANGAŻOWANIE NOx W CHEMIĘ ATMOSFERYCZNĄ. Electronic Journal of the Environment, (2), 90. 
  16. Organizacja Narodów Zjednoczonych (2015). Globalnie Zharmonizowany System Klasyfikacji i Oznakowania Produktów Chemicznych (SGA) Szósta edycja poprawiona. Nowy Jork, Stany Zjednoczone: publikacja ONZ. Źródło: unece.org.
  17. National Center for Biotechnology Information. Baza danych PubChem. (2017). Azotyn. Bethesda, MD, EU: National Library of Medicine. Źródło: ncbi.nlm.nih.gov.
  18. National Center for Biotechnology Information. Baza danych PubChem. (2017). Kwas azotawy. Bethesda, MD, EU: National Library of Medicine. Źródło: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  19. National Center for Biotechnology Information. Baza danych PubChem. (2017). Azotyn sodu. Bethesda, MD, EU: National Library of Medicine. Źródło: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  20. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). CAMEO Chemicals. (2017). Arkusz danych chemicznych. Azotyny, nieorganiczne, N.O.S. Silver Spring, MD. UE; Źródło: cameochemicals.noaa.gov.
  21. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). CAMEO Chemicals. (2017). Reaktywny arkusz danych grupy. Związki azotanowe i azotynowe, nieorganiczne. Silver Spring, MD. UE; Źródło: cameochemicals.noaa.gov.
  22. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). CAMEO Chemicals. (2017). Reaktywny arkusz danych grupy. Nitro, Nitroso, azotany i związki azotynowe, organiczne. Silver Spring, MD. UE; Źródło: cameochemicals.noaa.gov.
  23. Oelen, W. (2005). Kryształy azotynu sodu [image] Źródło: en.wikipedia.org.
  24. PubChem, (2016). Azotyn [image] Źródło: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  25. PubChem, (2016). Kwas azotawy [image] Źródło: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  26. PubChem, (2016). Azotyn sodu [image] Źródło: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  27. Spataro, F. i Ianniello, A. (2014). Źródła atmosferycznego kwasu azotowego: stan nauki, bieżące potrzeby badawcze i perspektywy na przyszłość. Journal of the Air & Waste Management Association, 64 (11), 1232-1250.
  28. Thiemann, M., Scheibler, E. i Wiegand, K. W. (2000). Kwas azotowy, kwas azotowy i tlenki azotu. W Encyklopedii chemii przemysłowej Ullmanna. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.