Монохлорамин
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
Другие имена
| |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ЧЭБИ | |
| ЧЕМБЛ | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.031.095 |
| Номер ЕС |
|
| КЕГГ | |
| МеШ | хлорамин |
ПабХим CID | |
| НЕКОТОРЫЙ | |
| Число | 3093 |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| Нью-Хэмпшир 2 кл. | |
| Молярная масса | 51.476 g mol −1 |
| Появление | Бесцветный газ |
| Температура плавления | -66 ° C (-87 ° F; 207 К) |
| Кислотность ( pKa ) | 14 |
| Основность (p K b ) | 15 |
| Опасности | |
| Безопасность и гигиена труда (OHS/OSH): | |
Основные опасности | Коррозионная кислота |
Опасность проглатывания | Коррозионный; тошнота и рвота |
Опасности при вдыхании | Коррозионный |
Опасности для глаз | Раздражение |
Опасности для кожи | Раздражение |
| СГС Маркировка : | |
   | |
| Опасность | |
| Х290 , Х314 , Х315 , Х319 , Х335 , Х372 , Х412 | |
| P234 , P260 , P261 , P264 , P270 , P271 , P273 , P280 , P301+P330+P331 , P302+P352 , P303+P361+P353 , P304+P340 , P305+P351+P338 , P310 , П312 , П314 , П321 , P332+P313 , P337+P313 , P362 , P363 , P390 , P403+P233 , P404 , P405 , P501 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| Летальная доза или концентрация (LD, LC): | |
ЛД 50 ( средняя доза ) | 935 мг/кг (крыса, перорально) [2] |
| Родственные соединения | |
Родственные соединения | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Монохлорамин , часто называемый хлорамином , представляет собой химическое соединение с формулой NH 2 Cl. Вместе с дихлорамином (NHCl 2 ) и трихлоридом азота NCl 3 ) он является одним из трех хлораминов аммиака ( . [3] Это бесцветная жидкость с температурой плавления -66 °C (-87 °F), но обычно с ней обращаются как с разбавленным водным раствором , в таком виде его иногда используют в качестве дезинфицирующего средства . Хлорамин слишком нестабилен, чтобы измерить его температуру кипения . [4]
Очистка воды
[ редактировать ]Хлорамин используется в качестве дезинфицирующего средства для воды. Он менее агрессивен, чем хлор , и более устойчив к свету, чем гипохлориты . [5]
Дезинфекция питьевой воды
[ редактировать ]Хлорамин обычно используется в низких концентрациях в качестве вторичного дезинфицирующего средства в муниципальных системах водоснабжения в качестве альтернативы хлорированию . Это приложение растет. Хлор (называемый при очистке воды свободным хлором) заменяется хлорамином, а точнее монохлорамином, который гораздо менее реакционноспособен и не рассеивается так быстро, как свободный хлор. Хлорамин также имеет гораздо меньшую, но все же активную склонность, чем свободный хлор, превращать органические материалы в хлоруглероды, такие как хлороформ и четыреххлористый углерод . Такие соединения были идентифицированы как канцерогены , и в 1979 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) начало регулировать их уровень в питьевой воде в США . [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 свинца на питьевую воду , особенно в районах со старым жильем; такое воздействие может привести к повышению уровня свинца в кровотоке , что может представлять значительный риск для здоровья. К счастью, на водоочистных станциях можно добавлять едкие химикаты, которые преследуют двойную цель: снизить коррозионную активность воды и стабилизировать дезинфицирующее средство. [8]
Дезинфекция бассейна
[ редактировать ]В плавательных бассейнах хлорамины образуются в результате реакции свободного хлора с аминогруппами, присутствующими в органических веществах , преимущественно биологического происхождения (например, мочевина в поте и моче ). Хлорамины, по сравнению со свободным хлором, менее эффективны в качестве дезинфицирующего средства и, при неправильном использовании, более раздражают глаза пловцов. Хлорамины ответственны за характерный запах «хлора» в плавательных бассейнах, который люди часто ошибочно приписывают элементарному 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] Имеются также данные о том, что воздействие хлорамина может способствовать развитию респираторных заболеваний , включая астму , у пловцов . [12] Респираторные проблемы, связанные с воздействием хлорамина, широко распространены среди соревнующихся пловцов. [13]
Хотя характерный запах хлорамина некоторые описывают как приятный и даже ностальгический, [14] его образование в воде бассейна в результате воздействия хлора на биологические жидкости можно свести к минимуму, поощряя принятие душа и другие гигиенические методы перед входом в бассейн, [15] а также воздерживаться от плавания при заболеваниях пищеварительной системы и делать перерывы для посещения туалета. [16] [17]
Безопасность
[ редактировать ]Агентства по охране окружающей среды США Стандарты качества питьевой воды ограничивают концентрацию хлорамина в общественных системах водоснабжения до 4 частей на миллион (ppm) на основе среднегодового значения всех проб в распределительной системе. Чтобы соответствовать установленным EPA ограничениям на галогенированные побочные продукты дезинфекции , многие коммунальные предприятия переходят с хлорирования на хлораминирование . Хотя хлораминирование дает меньше регулируемых галогенированных побочных продуктов дезинфекции, оно может давать более высокие концентрации нерегулируемых йодсодержащих побочных продуктов дезинфекции и N -нитрозодиметиламина . [18] [19] как йодированные побочные продукты дезинфекции, так и N Было показано, что -нитрозодиметиламин являются генотоксичными , вызывая повреждение генетической информации внутри клетки, что приводит к мутациям , которые могут привести к раку . [19]
Случаи отравления свинцом
[ редактировать ]В 2000 году Вашингтон, округ Колумбия , перешёл с хлора на монохлорамин, что привело к выщелачиванию свинца из незаменённых труб. Число младенцев с повышенным уровнем свинца в крови выросло примерно в десять раз, а смертность плода, по одной из оценок, выросла на 32–63%. [20]
Трентон, штат Миссури, сделал то же самое, в результате чего около четверти проверенных домохозяйств превысили допустимые нормы содержания свинца в питьевой воде Агентства по охране окружающей среды в период с 2017 по 2019 год. Только в 2016 году у 20 детей был положительный результат на отравление свинцом. [20] В 2023 году профессор Технологического института Вирджинии Марк Эдвардс заявил, что скачки содержания свинца происходят при нескольких переключениях систем водоснабжения в год из-за отсутствия достаточной подготовки и отсутствия демонтажа свинцовых труб. [20] Недостаточная осведомленность коммунальных предприятий о том, что свинцовые трубы все еще используются, также является частью проблемы; Агентство по охране окружающей среды потребовало от всех предприятий водоснабжения в США подготовить полную инвентаризацию свинцовых труб к 16 октября 2024 года. [21]
Синтез и химические реакции
[ редактировать ]Хлорамин — крайне нестабильное соединение в концентрированной форме. Чистый хлорамин бурно разлагается при температуре выше -40 ° C (-40 ° F). [22] Газообразный хлорамин при низких давлениях и низких концентрациях хлорамина в водном растворе термически несколько более стабилен. Хлорамин хорошо растворим в воде и эфире , но менее растворим в хлороформе и четыреххлористом углероде . [5]
Производство
[ редактировать ]В разбавленном водном растворе хлорамин получают реакцией аммиака с гипохлоритом натрия : [5]
- NH 3 + NaOCl → NH 2 Cl + NaOH
Эта реакция также является первым этапом Олина Рашига по методу процесса синтеза гидразина . Реакцию следует проводить в слабощелочной среде ( рН 8,5–11). Действующим хлорирующим агентом в этой реакции является кислота , которая образуется путем протонирования гипохлорита хлорноватистая , а затем вступает в реакцию нуклеофильного замещения гидроксила (HOCl ) по аминогруппе . Реакция протекает быстрее всего при pH около 8. При более высоких значениях pH концентрация хлорноватистой кислоты ниже, при более низких значениях pH аммиак протонируется с образованием ионов аммония ( NH +
4 ), которые дальше не реагируют.
Раствор хлорамина можно концентрировать путем вакуумной перегонки и пропускания паров через карбонат калия , который поглощает воду. Хлорамин можно экстрагировать эфиром.
Газообразный хлорамин можно получить реакцией газообразного аммиака с газообразным хлором (разбавленным газообразным азотом ):
- 2 NH 3 + Cl 2 ⇌ NH 2 Cl + NH 4 Cl
Чистый хлорамин можно получить, пропуская фторамин через хлорид кальция :
- 2 NH 2 F + CaCl 2 → 2 NH 2 Cl + CaF 2
Разложение
[ редактировать ]Ковалентные кислоты связи N-Cl хлораминов легко гидролизуются с выделением хлорноватистой : [23]
- RR’NCl + H 2 O ⇌ RR’NH + HOCl
Количественная константа гидролиза ( величина К ) используется для выражения бактерицидной силы хлораминов, которая зависит от образования ими хлорноватистой кислоты в воде. Оно выражается уравнением, приведенным ниже, и обычно находится в диапазоне 10 −4 до 10 −10 ( 2.8 × 10 −10 для монохлорамина):
В водном растворе хлорамин медленно разлагается на диазот и хлорид аммония в нейтральной или слабощелочной (рН ≤ 11) среде:
- 3 NH 2 Cl → N 2 + NH 4 Cl + 2 HCl
Однако лишь несколько процентов 0,1 М раствора хлорамина в воде разлагаются по формуле за несколько недель. следующая реакция с гидроксид-ионами При значениях pH выше 11 медленно протекает :
- 3 NH 2 Cl + 3 ОН − → NH 3 + N 2 + 3 Cl − + 3 Н 2 О
В кислой среде при значениях pH около 4 хлорамин диспропорционируется с образованием дихлорамина , который, в свою очередь, снова диспропорционируется при значениях pH ниже 3 с образованием трихлорида азота :
- 2 NH 2 Cl + Н + ⇌ NHCl 2 + NH +
4 - 3 NHCl 2 + Н + ⇌ 2 NCl 3 + NH +
4
При низких значениях pH доминирует трихлорид азота, а при pH 3–5 – дихлорамин. Эти равновесия нарушаются необратимым распадом обоих соединений:
- NHCl 2 + NCl 3 + 2 H 2 O → N 2 + 3 HCl + 2 HOCl
Реакции
[ редактировать ]В воде хлорамин имеет pH-нейтральный уровень. Является окислителем (в кислом растворе: Е ° = +1,48 В , в основном растворе Е ° = +0,81 В ): [5]
- NH 2 Cl + 2 Н + + 2 и − → Нью-Хэмпшир +
4 + кл −
Реакции хлорамина включают радикальное , нуклеофильное и электрофильное замещение хлора, электрофильное замещение водорода и окислительное присоединение .
Хлорамин, как и хлорноватистая кислота, может отдавать положительно заряженный хлор в реакциях с нуклеофилами (Nu − ):
- Нет − + NH 3 Cl + → NuCl + NH 3
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 ):
- Нет − + NH 2 Cl → NuNH 2 + Cl −
Аминирование аммиака хлорамином с образованием гидразина является примером этого механизма, наблюдаемого в процессе Олина Рашига:
- NH 2 Cl + NH 3 + NaOH → N 2 H 4 + NaCl + H 2 O
Хлорамин электрофильно аминирует себя в нейтральных и щелочных средах, начиная его разложение:
- 2 NH 2 Cl → N 2 H 3 Cl + HCl
приводит : к суммарной реакции разложения Образующийся при саморазложении хлоргидразин (N 2 H 3 Cl) нестабилен и разлагается сам, что
- 3 NH 2 Cl → N 2 + NH 4 Cl + 2 HCl
Монохлорамин окисляет сульфгидрилы и дисульфиды так же, как хлорноватистая кислота. [24] но обладает только 0,4% биоцидным действием HClO. [25]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «ХЛОРАМИН» . КАМЕО Химические вещества . НОАА.
- ^ Jump up to: а б «Хлорамин Т тригидрат SDS» . Фишер . [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .
- ^ Лоуренс, Стивен А. (2004). Амины: синтез, свойства и применение . Издательство Кембриджского университета. п. 172. ИСБН 9780521782845 .
- ^ Jump up to: а б с д Хаммерл, Антон; Клапотке, Томас М. (2005), «Азот: неорганическая химия», Энциклопедия неорганической химии (2-е изд.), Wiley, стр. 55–58.
- ^ «Говинфо» (PDF) .
- ^ Стюарт В. Краснер (13 октября 2009 г.). «Образование и контроль появления побочных продуктов дезинфекции, представляющих опасность для здоровья» . Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 367 (1904). Философские труды Королевского общества: 4077–95. Бибкод : 2009RSPTA.367.4077K . дои : 10.1098/rsta.2009.0108 . ПМИД 19736234 .
- ^ Мари Линн Миранда; и др. (февраль 2007 г.). «Изменения уровня свинца в крови, связанные с использованием хлораминов в системах очистки воды» . Перспективы гигиены окружающей среды . 115 (2): 221–5. дои : 10.1289/ehp.9432 . ПМК 1817676 . ПМИД 17384768 .
- ^ Донеган, Фрэн Дж.; Дэвид Шорт (2011). Бассейны и СПА . Река Аппер-Седл, Нью-Джерси: креативный домовладелец. ISBN 978-1-58011-533-9 .
- ^ «Контроль хлораминов в закрытых плавательных бассейнах» . Правительство Нового Южного Уэльса. Архивировано из оригинала 3 апреля 2011 г. Проверено 15 февраля 2013 г.
- ^ Хейл, Крис (20 апреля 2016 г.). «Информация об обслуживании бассейна» . В голубые бассейны . Проверено 22 апреля 2016 г.
- ^ Буго, Валери; и др. (2009). «Дыхательная система пловцов». Спортивная медицина . 39 (4): 295–312. дои : 10.2165/00007256-200939040-00003 . ПМИД 19317518 . S2CID 26017985 .
- ^ Левеск, Бенуа; Дюшен, Жан-Франсуа; Гинграс, Сюзанна; Лавуа, Роберт; Прюд'Хомм, Денис; Бернар, Эммануэль; Буле, Луи-Филипп; Эрнст, Пьер (01 октября 2006 г.). «Детерминанты распространенности жалоб на здоровье среди молодых соревнующихся пловцов». Международные архивы гигиены труда и окружающей среды . 80 (1): 32–39. дои : 10.1007/s00420-006-0100-0 . ПМИД 16586082 . S2CID 21688495 .
- ^ «Запах хлора: ностальгический или вредный?» . Подогрев термального бассейна Rheem . 22 августа 2016 г. Проверено 22 ноября 2020 г.
- ^ «Хлорамины: понимание «запаха бассейна» » . horine.americanchemistry.com . Проверено 22 ноября 2020 г.
- ^ «По мнению Центра по контролю и профилактике заболеваний (CDC), запах хлора в бассейне на самом деле может указывать на наличие в воде биологических жидкостей» . Суета . Проверено 22 ноября 2020 г.
- ^ «Химическое раздражение глаз и легких | Здоровое плавание | Здоровая вода | CDC» . www.cdc.gov . 15 мая 2019 г. Проверено 22 ноября 2020 г.
- ^ Краснер, Стюарт В.; Вайнберг, Ховард С.; Ричардсон, Сьюзен Д.; Пастор Сальвадор Дж.; Чинн, Рассел; Склименти, Майкл Дж.; Онстад, Гретхен Д.; Трастон, Альфред Д. (2006). «Появление нового поколения побочных продуктов дезинфекции». Экологические науки и технологии . 40 (23): 7175–7185. дои : 10.1021/es060353j . ПМИД 17180964 . S2CID 41960634 .
- ^ Jump up to: а б Ричардсон, Сьюзен Д.; Плева, Майкл Дж.; Вагнер, Элизабет Д.; Шени, Рита; ДеМарини, Дэвид М. (2007). «Наличие, генотоксичность и канцерогенность регулируемых и появляющихся побочных продуктов дезинфекции в питьевой воде: обзор и дорожная карта исследований». Исследования мутаций/обзоры исследований мутаций . 636 (1–3): 178–242. дои : 10.1016/j.mrrev.2007.09.001 . ПМИД 17980649 .
- ^ Jump up to: а б с Эллисон Кайт (20 июля 2022 г.). « Свинцовые трубы «бомбы замедленного действия» будут демонтированы. Но сначала водоканалы должны их найти» . ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР . Отдел новостей Среднего Запада.
- ^ «Усовершенствования правил по свинцу и меди» . 4 мая 2022 г.
- ^ Холлеман, А.Ф.; Виберг, Э. «Неорганическая химия» Academic Press: Сан-Диего, 2001. ISBN 0-12-352651-5 .
- ^ Ура, Ясукадзу; Саката, Гозио (2007). «Хлороамины». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. п. 5. ISBN 978-3527306732 .
- ^ Джаканджело, JG; Оливьери, вице-президент; Кавата, К. (1987). «Окисление сульфгидрильных групп монохлорамином». Вода Рес . 21 (11): 1339–1344. дои : 10.1016/0043-1354(87)90007-8 .
- ^ Моррис, Дж. К. (1966). «Будущее хлорирования». Дж. Ам. Ассоциация водопроводных работ . 58 (11): 1475–1482. дои : 10.1002/j.1551-8833.1966.tb01719.x .