Хлорамін

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Хлорамін
Хімічна структура
Маса 8,5E−26 кг[1]
Хімічна формула ClH₂N[1]
Канонічна формула SMILES NCl[1]
Температура плавлення −66 °C
CMNS: Хлорамін у Вікісховищі

Хлорамін, або монохлорамін — хімічна сполука з формулою NH2Cl. Разом з дихлораміном (NHCl2) і трихлоридом азоту (NCl3) він є одним із трьох хлорамінів аміаку . Це безбарвна рідина з температурою плавлення −66 °C (−87 °F). Зазвичай, з ним працюють як з розбавленим водним розчином. Хлорамін надто нестійкий, щоб вимірювати його температуру кипіння.[2]

Очистка води

[ред. | ред. код]

Хлорамін використовується як дезінфікуючий засіб для води. Він менш агресивний, ніж хлор, і стійкіший до світла, ніж гіпохлорити.[3]

Знезараження питної води

[ред. | ред. код]

Хлорамін зазвичай використовується в низьких концентраціях як вторинний дезінфікуючий засіб у системах розподілу міської води як альтернатива хлоруванню. Хлор (в обробці води його називають вільним хлором) витісняється хлораміном, точніше, монохлораміном, який набагато менш реакційноздатний і не розсіюється так швидко, як вільний хлор. Хлорамін також має набагато нижчу, ніж вільний хлор, але все ще активну тенденцію, перетворювати органічні матеріали в хлорвуглеці, такі як хлороформ і чотирихлористий вуглець. Такі сполуки були визначені як канцерогени, і в 1979 році Агентство з охорони навколишнього середовища США (EPA) почало регулювати їх рівень у питній воді США.[4]

Деякі з нерегульованих побічних продуктів можуть становити більший ризик для здоров'я, ніж регульовані хімікати.[5]

Через свою кислотну природу додавання хлораміну у воду може збільшити вплив свинцю в питній воді, особливо в районах старого житла; такий вплив може призвести до підвищення рівня свинцю в крові, що може становити значний ризик для здоров'я. На щастя, водоочисні споруди можуть додавати їдкі хімікати на заводі, які мають подвійну мету: зменшити корозійну активність води та стабілізувати дезінфікуючий засіб.[6]

Дезінфекція басейну

[ред. | ред. код]

У плавальних басейнах хлораміни утворюються в результаті реакції вільного хлору з амінними групами, присутніми в органічних речовинах, переважно біологічного походження (наприклад, сечовина в поті та сечі). Порівняно з вільним хлором, хлораміни менш ефективні як дезінфікуючі засоби та, якщо ними не керувати належним чином, сильніше подразнюють очі плавців. Хлораміни є причиною характерного «хлорного» запаху басейнів, який люди часто неправильно приписують елементарному хлору.[7][8] Деякі набори для тестування басейнів, призначені для використання домовласниками, не розрізняють вільний хлор і хлораміни, що може ввести в оману та призвести до неоптимальних рівнів хлорамінів у воді басейну.[9] Є також докази того, що вплив хлораміну може сприяти респіраторним проблемам, включаючи астму, серед плавців .[10] Проблеми з диханням, пов'язані з впливом хлораміну, є поширеними серед спортсменів-плавців.[11]

Хоча характерний запах хлораміну дехто описує як приємний і навіть ностальгічний,[12] його утворення у воді басейну внаслідок впливу хлору на рідини організму можна звести до мінімуму, заохочуючи приймати душ та використовувати інші гігієнічні методи перед входом у басейн,[13], а також утримуватись від плавання під час захворювань органів травлення та робити перерви для відвідування туалету.[14][15]

Безпека

[ред. | ред. код]

Стандарти якості питної води Агентства з охорони навколишнього середовища США обмежують концентрацію хлораміну для громадських систем водопостачання до 4 частин на мільйон (ppm) на основі середньорічного значення всіх зразків у системі розподілу. Щоб відповідати встановленим EPA обмеженням на галогеновані побічні продукти дезінфекції, багато комунальних підприємств переходять від хлорування до хлорамінування. У той час як хлорамінування виробляє менше регульованих загальних галогенованих побічних продуктів дезінфекції, воно може давати більші концентрації нерегульованих йодованих побічних продуктів дезінфекції та N-нітрозодиметиламіну .[16][17] Доведено, що йодовані побічні продукти дезінфекції та N -нітрозодиметиламін генотоксичні, спричиняючи пошкодження генетичної інформації всередині клітини, що призводить до мутацій, які можуть призвести до раку .[17]

Випадки отруєння свинцем

[ред. | ред. код]

У 2000 році Вашингтон, округ Колумбія, перейшов з хлору на монохлорамін, що призвело до вимивання свинцю з незамінених труб. Кількість немовлят з підвищеним вмістом свинцю в крові зросла приблизно в десять разів, а за однією оцінкою внутрішньоутробна смертність зросла на 32-63 %.[18]

Трентон, штат Міссурі, зробив таку саму зміну, внаслідок чого приблизно одна чверть перевірених домогосподарств перевищила ліміти вмісту свинцю в питній воді EPA в період з 2017 по 2019 рік. Тільки в 2016 році 20 дітей дали позитивний результат на отруєння свинцем.[18] У 2023 році професор Технічного університету Вірджинії Марк Едвардс сказав, що стрибки свинцю відбуваються під час кількох переключень систем водопостачання на рік через відсутність достатньої підготовки та відсутність свинцевих труб.[18] Відсутність обізнаності комунальних служб про те, що свинцеві труби все ще використовуються, також є частиною проблеми; EPA вимагало від усіх водопровідних служб у Сполучених Штатах підготувати повну інвентаризацію свинцевих труб до 16 жовтня 2024 року[19]

Синтез і хімічні реакції

[ред. | ред. код]

Хлорамін є дуже нестійкою сполукою в концентрованому вигляді. Чистий хлорамін бурхливо розкладається вище −40 °C (−40 °F).[20] Газоподібний хлорамін при низьких тисках і низьких концентраціях хлораміну у водному розчині термічно дещо більш стабільний. Хлорамін добре розчинний у воді та ефірі, але гірше розчинний у хлороформі та чотирихлористому вуглеці .[3]

Виробництво

[ред. | ред. код]

У розбавленому водному розчині хлорамін отримують реакцією аміаку з гіпохлоритом натрію :[3]

NH 3 + NaOCl → NH 2 Cl + NaOH

Ця реакція також є першим кроком процесу Оліна Рашіга для синтезу гідразину. Реакцію необхідно проводити в слаболужному середовищі (рН 8.5–11). Діючим хлоруючим агентом у цій реакції є гіпохлоритна кислота (HOCl), яка повинна утворюватися шляхом протонування гіпохлориту, а потім реагує в нуклеофільному заміщенні гідроксилу проти аміногрупи. Реакція відбувається найшвидше при рН 8. При вищих значеннях рН концентрація гіпохлоритної кислоти нижча, при нижчих значеннях рН аміак протонується з утворенням іонів амонію (NH+
4</br> NH+
4), які далі не реагують.

Розчин хлораміну можна сконцентрувати за допомогою вакуумної дистиляції та пропускання пари через карбонат калію, який поглинає воду. Хлорамін можна екстрагувати ефіром.

Газоподібний хлорамін можна отримати в результаті реакції газоподібного аміаку з газоподібним хлором (розбавленим газоподібним азотом):

2 NH 3 + Cl 2 is in equilibrium with NH 2 Cl + NH 4 Cl

Чистий хлорамін можна отримати, пропускаючи флуороамін(інші мови) через хлорид кальцію:

2 NH 2 F + CaCl 2 → 2 NH 2 Cl + CaF 2

Розкладання

[ред. | ред. код]

Ковалентні зв'язки N−Cl хлорамінів легко гідролізуються з виділенням гіпохлоритної кислоти:

RR′NCl + H 2 O is in equilibrium with RR′NH + HOCl

Кількісна константа гідролізу (значення К) використовується для вираження бактерицидної сили хлорамінів, яка залежить від утворення ними гіхлоритної кислоти у воді. Вона виражається наведеним нижче рівнянням і зазвичай знаходиться в діапазоні від 10 −4 до 10 −10 (2.8 для монохлораміну):

У водному розчині хлорамін повільно розкладається на азот і хлорид амонію в нейтральному або слаболужному (pH ≤ 11) середовищі:

3 NH 2 Cl → N 2 + NH 4 Cl + 2 HCl

Однак лише кілька відсотків від 0,1 Розчин М хлораміну у воді розкладається за формулою за кілька тижнів. При значеннях рН вище 11 повільно відбувається така реакція з гідроксид-іонами:

3 NH 2 Cl + 3 OH − → NH 3 + N 2 + 3 Cl − + 3 H 2 O

У кислому середовищі при значеннях рН близько 4 хлорамін диспропорціонує з утворенням дихлораміну, який, у свою чергу, знову диспропорціонує при значеннях рН нижче 3 з утворенням трихлориду азоту:

2 NH 2 Cl + H + is in equilibrium with NHCl 2 + NH+
4</br> NH+
4
3 NHCl 2 + H + is in equilibrium with 2 NCl 3 + NH+
4</br> NH+
4

При низьких значеннях рН домінує трихлористий азот і при рН 3–5 домінує дихлорамін. Ці рівноваги порушуються необоротним розкладанням обох сполук:

NHCl 2 + NCl 3 + 2 H 2 O → N 2 + 3 HCl + 2 HOCl

Реакції

[ред. | ред. код]

У воді хлорамін pH-нейтральний. Це окислювач (кислий розчин: E° = +1.48 V, в основному розчині E° = +0.81 V):[3]

NH 2 Cl + 2 Н + + 2 e − → NH+
4</br> NH+
4 + Cl −

Реакції хлораміну включають радикальне, нуклеофільне та електрофільне заміщення хлору, електрофільне заміщення водню та окисне приєднання .

Хлорамін, як і хлорноватиста кислота, може віддавати позитивно заряджений хлор у реакціях з нуклеофілами (Nu −):

Nu − + NH 3 Cl + → NuCl + NH 3

Приклади реакцій хлорування включають перетворення в дихлорамін і трихлорид азоту в кислому середовищі, як описано в розділі розкладання.

Хлорамін також може амінувати нуклеофіли (електрофільне амінування):

Nu − + NH 2 Cl → NuNH 2 + Cl −

Амінування аміаку хлораміном з утворенням гідразину є прикладом цього механізму, який спостерігається в процесі Оліна Рашига:

NH 2 Cl + NH 3 + NaOH → N 2 H 4 + NaCl + H 2 O

Хлорамін електрофільно амінується в нейтральних і лужних середовищах, щоб почати його розкладання:

2 NH 2 Cl → N 2 H 3 Cl + HCl

Хлоргідразин (N 2 H 3 Cl), що утворюється під час саморозпаду, нестійкий і розкладається сам, що призводить до сумарної реакції розкладання:

3 NH 2 Cl → N 2 + NH 4 Cl + 2 HCl

Монохлорамін окислює сульфгідрили та дисульфіди(інші мови) так само, як хлорноватиста кислота[21], але має лише 0,4 % біоцидного ефекту HClO.[22]

Примітки

[ред. | ред. код]
  1. ↑ а б в CHLORAMINE
  2. ↑ Lawrence, Stephen A. (2004). Amines: Synthesis, Properties and Applications (англ.). Cambridge University Press. с. 172. ISBN 9780521782845.
  3. ↑ а б в г Hammerl, Anton; Klapötke, Thomas M. (2005), Nitrogen: Inorganic Chemistry, Encyclopedia of Inorganic Chemistry (вид. 2nd), Wiley, с. 55—58
  4. ↑ Govinfo (PDF).
  5. ↑ Stuart W. Krasner (13 жовтня 2009). The formation and control of emerging disinfection by-products of health concern. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. Philosophical Transactions of the Royal Society. 367 (1904): 4077—95. Bibcode:2009RSPTA.367.4077K. doi:10.1098/rsta.2009.0108. PMID 19736234.
  6. ↑ Marie Lynn Miranda та ін. (February 2007). Changes in Blood Lead Levels Associated with Use of Chloramines in Water Treatment Systems. Environmental Health Perspectives. 115 (2): 221—5. doi:10.1289/ehp.9432. PMC 1817676. PMID 17384768.
  7. ↑ Donegan, Fran J.; David Short (2011). Pools and Spas. Upper Saddle River, New Jersey: Creative Homeowner. ISBN 978-1-58011-533-9.
  8. ↑ Controlling Chloramines in Indoor Swimming Pools. NSW Government. Архів оригіналу за 3 квітня 2011. Процитовано 15 лютого 2013.
  9. ↑ Hale, Chris (20 квітня 2016). Pool Service Information. Into The Blue Pools. Процитовано 22 квітня 2016.
  10. ↑ Bougault, Valérie та ін. (2009). The Respiratory Health of Swimmers. Sports Medicine. 39 (4): 295—312. doi:10.2165/00007256-200939040-00003. PMID 19317518.
  11. ↑ Lévesque, Benoit; Duchesne, Jean-François; Gingras, Suzanne; Lavoie, Robert; Prud'Homme, Denis; Bernard, Emmanuelle; Boulet, Louis-Philippe; Ernst, Pierre (1 жовтня 2006). The determinants of prevalence of health complaints among young competitive swimmers. International Archives of Occupational and Environmental Health. 80 (1): 32—39. doi:10.1007/s00420-006-0100-0. PMID 16586082.
  12. ↑ The smell of chlorine: nostalgic or noxious?. Rheem Thermal Swimming Pool Heating (амер.). 22 серпня 2016. Процитовано 22 листопада 2020.
  13. ↑ Chloramines: Understanding "Pool Smell". chlorine.americanchemistry.com. Процитовано 22 листопада 2020.
  14. ↑ The Chlorine Smell From Pools May Actually Indicate Bodily Fluids Mixed In The Water, According To The CDC. Bustle (англ.). Процитовано 22 листопада 2020.
  15. ↑ Chemical Irritation of the Eyes and Lungs | Healthy Swimming | Healthy Water | CDC. www.cdc.gov (амер.). 15 травня 2019. Процитовано 22 листопада 2020.
  16. ↑ Krasner, Stuart W.; Weinberg, Howard S.; Richardson, Susan D.; Pastor, Salvador J.; Chinn, Russell; Sclimenti, Michael J.; Onstad, Gretchen D.; Thruston, Alfred D. (2006). Occurrence of a New Generation of Disinfection Byproducts. Environmental Science & Technology. 40 (23): 7175—7185. doi:10.1021/es060353j. PMID 17180964.
  17. ↑ а б Richardson, Susan D.; Plewa, Michael J.; Wagner, Elizabeth D.; Schoeny, Rita; DeMarini, David M. (2007). Occurrence, genotoxicity, and carcinogenicity of regulated and emerging disinfection by-products in drinking water: A review and roadmap for research. Mutation Research/Reviews in Mutation Research. 636 (1–3): 178—242. doi:10.1016/j.mrrev.2007.09.001. PMID 17980649.
  18. ↑ а б в Allison Kite (20 липня 2022). 'Time bomb' lead pipes will be removed. But first water utilities have to find them. NPR. Midwest Newsroom.
  19. ↑ Lead and Copper Rule Improvements
  20. ↑ Holleman, A. F.; Wiberg, E. «Inorganic Chemistry» Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5
  21. ↑ Jacangelo, J. G.; Olivieri, V. P.; Kawata, K. (1987). Oxidation of sulfhydryl groups by monochloramine. Water Res. 21 (11): 1339—1344. doi:10.1016/0043-1354(87)90007-8.
  22. ↑ Morris, J. C. (1966). Future of chlorination. J. Am. Water Works Assoc. 58 (11): 1475—1482. doi:10.1002/j.1551-8833.1966.tb01719.x.

Посилання

[ред. | ред. код]
Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Хлорамін&oldid=43506237