Цианиды

Циани́ды — соли цианистоводородной (синильной) кислоты.
Номенклатура
[править | править код]Цианидами называют неорганические соли цианистоводородной кислоты. В номенклатуре IUPAC к цианидам относят также C-производные синильной кислоты — нитрилы[1].
Цианиды металлов (и аммония) принято называть указывая сначала анион, а затем катион со степенью окисления (в случаях, когда возможно разночтение), например — цианид меди(I) или цианид аммония. Также в справочниках и неформальной среде возможно использование слова «цианистый» вместо «цианид», например — цианистый калий.
Идентификация цианидов
[править | править код]Образование берлинской лазури при взаимодействии с ионами Fe2+ и Fe3+
[править | править код]Сначала цианиды взаимодействуют с железом(II) с образованием цианида железа(II):
Цианид железа(II) растворим в избытке цианидов с образованием комплекса гексацианоферрата(II):
После этого гексацианоферрат(II) взаимодействует с железом(III) с образованием осадка берлинской лазури характерного синего цвета:
Вся реакция проводится следующим образом: к нескольким каплям исследуемого раствора прибавляют 1 каплю соли железа(II) и 1 каплю сильного основания (NaOH, KOH), ставят на водяную баню. После этого прибавляют 1 каплю раствора соли железа(III). Положительной реакцией является выпадение синего осадка. Гексацианоферраты(II) и (III) вызывают ложное срабатывание, то есть мешают проведению реакции[2].
Образование тиоцианата железа(III)
[править | править код]Цианиды взаимодействуют с веществами, легко отдающими серу (например, с дисульфидом аммония), и самой серой с образованием тиоцианатов:
После этого тиоцианаты взаимодействуют с железом(III) с образованием тиоцианата железа(III) кроваво-красного цвета:
Реакцию проводят следующим образом: на водяной бане под тягой выпаривают несколько капель исследуемого раствора и дисульфида аммония. После охлаждения прибавляют несколько капель соляной кислоты и раствора железа(III). Реакция считается положительной, если появилось кроваво-красное окрашивание. Реакции мешают тиоцианаты[2].
Реакция с сульфидом меди(II)
[править | править код]Сульфид меди(II) полностью растворим в присутствии цианидов:
Данный способ может быть использован даже в присутствии тиоцианатов, гексацианоферратов и иных анионов. Реакцию проводят следующим образом: лист фильтровальной бумаги опускают в раствор сульфата тетраамминмеди(II) и высушивают. Перед испытанием его вносят в атмосферу сульфида водорода, после чего она окрашивается в бурый цвет. На неё помещают каплю исследуемого раствора. Реакция считается положительной в случае обесцвечивания участка фильтровальной бумаги, так как комплекс тетрацианокупрата(I) бесцветен[2].
Количественное определение цианидов
[править | править код]Цианиды могут быть количественно определены титриметрическим анализом. Чаще всего применяется комплексометрическое титрование. Далее рассмотрены часто применяемые методы.
Солями никеля(II)
[править | править код]Согласно ГОСТ 8465-79 и ГОСТ 8464-79, цианиды калия и натрия соответственно возможно титровать нитратом никеля с использованием аммиачного раствора диметилглиоксима в качестве индикатора. Конец титрования определяется по выпадению нерастворимого при перемешивании хлопьевидного осадка красноватого диметилглиоксимата никеля(II). При расчёте концентрации цианидов используется поправочный коэффициент, определяемый по нитрату серебра(I).
Нитратом серебра(I)
[править | править код]Нитрат серебра(I) является часто используемым титрантом для цианидов. Он реагирует с цианидами с образованием соответствующих дицианоаргентатов(I), например дицианоаргентата(I) натрия:
Показателем конца титрования служит выпадение нерастворимого осадка дицианоаргентата(I) серебра(I), иногда именуемого цианидом серебра(I):[3]
Точка эквивалентности сложно различима, ибо данный осадок растворяется тем медленнее, чем меньше свободного цианид-иона в растворе. Для уточнения точки эквивалентности некоторые источники рекомендуют добавлять в качестве индикатора раствор иодида калия и аммиака[3] или раствор иодида калия и гидроксида натрия[4].
Наличие (в щелочной среде) цианатов, тиоцианатов, гексацианоферратов(II), нитритов, боратов, силикатов и карбонатов не оказывает влияния на результат титрования. Наличие гексацианоферратов(III) оказывает незначительное влияние. Наличие тиосульфатов оказывает критическое влияние ввиду комплексообразования с серебром:[4]
Иодом
[править | править код]Вместе с тем также применяется титрование раствором элементарного иода в иодиде калия. Иод взаимодействует с цианидами с образованием бесцветных продуктов — цианида иода и иодида калия:
Метод отличается лёгкостью чёткого определения точки эквивалентности. Иод также является индикатором сам по себе, окрашивая раствор в избытке, однако рекомендуется добавление крахмала к концу титрования для более чёткого определения конца реакции.
Иные
[править | править код]Некоторые иные титранты могут быть использованы, однако мало распространены ввиду своей дороговизны по сравнению с вышеуказанными. Например, соли кобальта(II) имеют чёткое стехиометрическое отношение 1 к 5, образуя пентацианокобальтаты(II):[5]
в которых, однако, кобальт легко окисляется с Co(II) до Co(III).[5]
Соли меди(II) не могут быть использованы из-за параллельно происходящих реакций, в которых медь восстанавливается цианид-ионом, однако такие реакции имеют нестабильную стехиометрию приблизительно 1 к 4[5], что означает доминирующую реакцию с образованием гексацианокупрата(II):
Помимо этого, теоретически, цианиды могут быть определены кислотно-основным титрованием, в частности титрованием сильной кислотой, ибо синильная кислота очень слабо изменяет pH раствора:
Однако ввиду того, что цианиды очень часто (а на практике — всегда) имеют в себе примеси, которые также будут реагировать с сильными кислотами (например, карбонаты, гидроксиды и иные), данный метод не используется
Физические свойства
[править | править код]Цианиды щелочных, щёлочноземельных металлов, а также аммония и таллия(I) — бесцветные ионные соединения, хорошо растворимые в воде. Цианиды щелочных металлов во влажном воздухе разлагаются с выделением синильной кислоты и образованием соответствующего карбоната. Цианиды иных металлов чаще всего нерастворимы в воде, однако растворимы в избытке вышеперечисленных цианидов с образованием комплексов. Исключение составляют цианид ртути(II), который растворим в воде, и цианид кадмия, который плохо, но всё же растворяется в воде[6].
Достаточно стабильными цианидами являются цианиды натрия, калия, лития, бария, стронция и многие малорастворимые цианиды переходных металлов (никеля, цинка и т. д.). Цианиды же магния и кальция существуют только в растворе, а при попытке их выделить они полностью разлагаются до соответствующего гидроксида и синильной кислоты[7]:
Стабильность растворов цианида кальция уменьшается с увеличением концентрации Ca(CN)2. С концентрации 30-36 % они стабильны лишь на протяжении нескольких часов. Разбавленные же растворы могут храниться неделями[8].
Химические свойства
[править | править код]Водные растворы вследствие гидролиза имеют щелочную реакцию, и при использовании в промышленности в растворы цианидов щелочных металлов в качестве стабилизатора добавляют соответствующие гидроксиды:
При нагревании водные растворы цианидов щелочных и щелочноземельных металлов разлагаются с образованием формиата и аммиака:
Ввиду этой реакции во многих книгах не указывается метод очистки цианидов перекристаллизацией из водных растворов, однако, согласно другим данным, реакция происходит лишь в незначительной степени и таковое разложение не столь велико, как обычно принято указывать в книгах.[7]
Цианиды легко вытесняются из солей действием более сильных кислот. Также, из-за относительно низкой температуры кипения синильной кислоты, при действии на цианиды или их растворы сильных кислот при температурах выше этой можно наблюдать шипение, подобное таковому у карбонатов.
Цианид-ион проявляет свойства восстановителя. Под действием даже мягких окислителей (в том числе при действии кислорода воздуха) цианиды щелочных металлов легко окисляются до цианатов, тиоцианатов и иных веществ:
При нагревании с нитратом или хлоратом калия цианиды всех металлов реагируют столь активно, что смесь взрывается.[6]
При поджигании смеси порошка магния (а равно бериллия, кальция, бора, алюминия, церия и лантана) и цианида калия без присутствия воздуха происходит образование нитрида соответствующего металла и высвобождение щелочного металла:[6]
Цианиды являются хорошими комплексообразователями. Так, они способы растворять многие металлы (например, серебро и золото) в присутствии окислителей (чаще всего кислорода или пероксида водорода), создавать различные комплексные соединения. Это свойство используется в добыче благородных металлов:
Получение
[править | править код]До изобретения промышленных способов получения цианидов в Европе активно исследовались различные способы их получения. Одним из самых первых способов их получения был пиролиз тщательно высушенного гексацианоферрата(II) калия без доступа воздуха по реакции:
где (FeC2) есть стехиометрическое выражение различных продуктов, включающих углерод, железо, карбид железа. Полученный продукт имел тёмный цвет ввиду значительных количеств примесей вышеназванных веществ[8]. При проведении реакции на открытом воздухе могут выделиться различные вещества ввиду реакций окисления, среди которых: α-оксид железа(III), оксид железа(II,III), карбид железа, железо, оксид железа(II), феррит калия, β-метагидроксид железа, цианат калия, карбонат калия и цианид калия[9].
Для максимизации выхода цианида калия безводный гексацианоферрат(II) калия сплавляли с безводным карбонатом калия, после чего сливали жидкую смесь:[10]
Однако продукт был загрязнён некоторым количеством цианата калия. Впоследствии карбонат калия заменяли карбонатом натрия, ввиду чего массовое содержание цианидов увеличивалось из-за малой атомной массы натрия по сравнению с калием[8].
Также применялся способ сплавления гексацианоферрата(II) калия с тиоцианатом калия (и, в некоторых случаях, с добавления карбоната калия для предотвращения выделения циана)[8]:
Эмиль Эрленмейер также предложил способ получения цианидов сплавлением гексацианоферрата(II) калия с металлическим натрием. Способ давал количественный выход[8]. Данный способ в некоторых случаях используется в лабораториях по сей день для получения чистых цианидов:
В лабораториях также можно получить цианиды взаимодействием циановодорода и основания. Этот способ может также использоваться для получения цианидов, которые не производятся промышленностью (цианиды цезия, лития, рубидия и т. д.):
Сам циановодород может быть получен действием сильных кислот на выпускаемые промышленностью цианиды калия (или натрия) или действием их на гексацианоферраты(II)[11]:
Последний способ проблематичен тем, что на практике лишь половина цианогрупп будет выделена в качестве HCN ввиду образования гексацианоферрата(II) калия-железа(II), который крайне неохотно реагирует с серной кислотой. При длительном нагревании с 30%-ным раствором H2SO4 возможно его разрушение до HCN[8]. Иные источники рекомендуют нагревание ферроцианида калия с приблизительно 47%-ным раствором серной кислоты[11]. Помимо этого, катилитической активностью при кислотном разложении гексацианоферратов(II) является хлорид меди(I):[8]
Основой способ промышленного получения цианидов щелочных металлов — взаимодействие соответствующего гидроксида с синильной кислотой, которая получается в ходе метода Андрусова или метода BMA. В частности, это основной метод получения наиболее крупнотоннажного цианида — цианида натрия.
Другой промышленный метод получения цианида натрия — сплавление цианамида кальция с углём и хлоридом натрия либо карбонатом натрия с образованием цианплава:
Прочие цианиды получают в основном реакциями обмена цианидов щелочных металлов с соответствующими солями, например, цианид цинка получают взаимодействием стехиометрических количеств растворимого цианида и соли цинка:
Цианиды также могут быть получены восстановлением цианатов или тиоцианатов щелочных металлов в присутствии, например, порошка магния или железа[12], однако в случае с магнием возможна побочная реакция с образованием нитрида магния (см. раздел химических свойств):
Как особое исключение можно отметить реакции, происходящие с аммиаком. Например, цианид аммония может быть получен пропусканием аммиака над раскалённым углём:
Применение
[править | править код]- Цианиды применяют для извлечения золота и серебра из руд методом цианирования (один из процессов гидрометаллургии, основанный на растворении металла в цианистых растворах вследствие образования комплексных солей).
- В электрохимии — как комплексообразователь с высокой константой устойчивости для составления электролитов для гальванического покрытия благородными металлами изделий (золочение, серебрение, платинирование).
- В органическом синтезе.
- Цианиды применяют в аналитической химии для разделения металлов (как комплексообразователь).
- Как и ферроцианиды, цианиды когда-то использовались для азотирования стали.
- Использовались в качестве ядов, в том числе как яд от мышей и крыс; синильная кислота и некоторые её производные (хлорциан) также применялись в качестве боевых отравляющих веществ.
- В качестве отбеливателя в мокром фотопроцессе.
- В медицине используют некоторые соединения цианидов, например нитропруссид натрия.
В природе
[править | править код]Чаще всего, в природе цианиды встречаются в связи с сахарами, то есть в виде цианогликозидов. Цианогликозиды, например, амигдалин, встречаются в ядрах косточек некоторых растений, например, рода Слива (Prunus) и трибы Яблоневые (Maleae). Цианогликозиды подверждены гидролизу, в ходе которого разлагаются до синильной кислоты, углевода, и иных веществ, если это возможно. Цианогликозиды опасны при пероральном потреблении ввиду возможного отравления образующейся синильной кислотой.
Токсикология
[править | править код]

Все (неорганические) простые цианиды очень ядовиты. Цианиды в XX веке применялись как отравляющее вещество против грызунов в сельском хозяйстве. В начале XX века синильная кислота использовалась французами как боевое отравляющее вещество[13].
Цианид-анион является ингибитором фермента цитохром с-оксидаза (он же aa3) в IV комплексе дыхательной цепи переноса электронов (у эукариот локализована на внутренней мембране митохондрий). Анион синильной кислоты связывается с трёхвалентным железом, входящим в состав фермента, чем препятствует переносу электронов между цитохром с-оксидазой и кислородом. В результате нарушается транспорт электронов, и наступает клеточная гипоксия[13].
Наиболее токсичным и опасным цианидом является синильная кислота ввиду своей летучести, низкой молярной массы и возможности проходить сквозь кожные покровы как в жидкой, так и газообразной форме. Так, смертельная доза HCN составляет 1,0 мг/кг массы тела, а для цианидов натрия и калия — 1,8 мг/кг и 2,4 мг/кг массы тела соответственно[14].
Обезвреживание цианидов
[править | править код]В сточных водах предприятий промывные воды гальванических участков, в которых используются цианиды, относительно легко обезвреживаются с помощью окислителей. В связи с этим в 80-х — 90-х годах XX века был приостановлен массовый переход на «нецианистые электролиты» — оказалось, что несмотря на меньшую токсичность, они сложнее в обезвреживании и часто менее технологичны.
Наиболее часто применяются гипохлориты (хлорная известь, гипохлорит натрия), перманганат калия, оксид серы(IV) и пероксид водорода (конц.), которые переводят цианиды в менее опасные цианаты или вовсе разрушают соединение с образованием иных соединений азота и углерода:
Гипохлориты окисляют цианиды ступенчато. Сначала цианиды переводятся в цианаты, которые подвергаются быстрому гидролитическому расщеплению с образованием гидрокарбонат-иона и аммиака, которой окисляется до азота. Суммарно реакция протекает следующим образом[15]:
Катализаторами реакции с оксидом серы(IV) служат ионы меди(II), а кислород берётся из воздуха. Оптимальный pH реакции составляет 9[16].
Помимо этого, в промышленности часто применяется метод связывания цианидов в безопасные комплексы, например [Fe(CN)6]4-. Для этого часто использует сульфат железа(II)[16]:
Меры при отравлении цианидами
[править | править код]Противоцианидные антидоты вводят внутривенно или перорально. Их можно разделить на три основных класса.
- Сахара (прежде всего глюкоза), необратимо связывающие цианиды в нетоксичные циангидрины. Они постоянно присутствуют в крови и частично защищают организм при отравлении. Несмотря на это данная реакция относительно медленная, и существуют сомнения относительно того, может ли она быть использована в качестве первой линии противоядия.
- Тиосульфат натрия, который под действием фермента роданазы реагирует с цианидами, превращая их в роданиды, значительно менее ядовитые, чем цианиды.
- Вещества, превращающие гемоглобин крови в метгемоглобин. Последний не способен переносить кислород, но быстро связывает цианиды с образованием цианметгемоглобина, который впоследствии выводится из организма. К этому классу относятся некоторые красители (например, метиленовый синий), органические и неорганические нитриты.
Метгемоглобинобразователи наиболее эффективны из всех антидотов, так как действуют быстрее других, но в то же время они и опасны сами по себе: при их передозировке кровь теряет способность переносить кислород. Кроме того, реакция образования цианметгемоглобина обратима, и со временем часть цианида будет высвобождаться обратно. Поэтому антидоты этой группы применяют обычно в сочетании с антидотами других групп. Эффективным антидотом из этой группы является изоамиловый эфир азотистой кислоты (также известен как амилнитрит), ибо он действует очень быстро и может быть использован практически моментально.[17]
Примечания
[править | править код]- ↑ Chemistry (IUPAC), The International Union of Pure and Applied. IUPAC - cyanides (C01486). goldbook.iupac.org. Дата обращения: 20 марта 2022. Архивировано 16 марта 2022 года.
- ↑ 1 2 3 Крешков А. П. Основы аналитической химии, том 1. — Москва: Издательство "Химия", 1970. — С. 358, 359.
- ↑ 1 2 ASSAY FOR CYANIDE BY TITRATION WITH SILVER NITRATE (амер. англ.) (5 февраля 2018). Дата обращения: 5 июня 2024. Архивировано 5 июня 2024 года.
- ↑ 1 2 C. and J. J. Beringer. A Textbook of Assaying: For the Use of Those Connected with Mines, 9th Edition (англ.). — London, 1904.
- ↑ 1 2 3 M. A. Leonard, R. Murphy. Determination of nickel, cobalt and copper by direct photometric titration with cyanide (англ.) // Analyst. — 1978-01-01. — Vol. 103, iss. 1223. — P. 134–139. — ISSN 1364-5528. — doi:10.1039/AN9780300134.
- ↑ 1 2 3 Herbert E. Williams. The chemistry of cyanogen compounds and their manufacture and estimation (англ.). — J & A Churchill, 1915.
- ↑ 1 2 Herbert E. Williams. The chemistry of cyanogen compounds and their manufacture and estimation (англ.). — London: J & A Churchill, 1915. — P. 34.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Herbert E. Williams. The Chemistry of Cyanogen Compounds and Their Manufacture and Estimation (англ.). — London: J. & A. Churchill, 1915.
- ↑ J. I. Kunrath, C. S. Müller, E. Frank. Thermal decomposition of potassium hexacyanoferrate(II) trihydrate (амер. англ.) // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. — 2005-07-23. — Т. 14, вып. 3. — С. 253–264. — ISSN 1388-6150. — doi:10.1007/bf01915163. Архивировано 17 сентября 2021 года.
- ↑ Карякин Ю. В. Чистые химические реактивы / Г. Я. Бахаровский. — Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1947. — С. 211—212.
- ↑ 1 2 Карякин Ю. В., Ангелов И. И. Чистые химические вещества. — Москва, 1974.
- ↑ Sodium cyanide — Sciencemadness Wiki. www.sciencemadness.org. Дата обращения: 4 ноября 2024.
- ↑ 1 2 Стрельникова, Е. Кое-что о цианистом калии : [арх. 18 августа 2021] // Химия и жизнь : журн. — 2011. — № 3.
- ↑ Франке З. Химия отравляющих вещества, том 1 / 1973. — С. 231, 232.
- ↑ Обезвреживание циансодержащих отходов. ЭкоTrak (27 октября 2014). Дата обращения: 26 августа 2023. Архивировано 26 августа 2023 года.
- ↑ 1 2 John O. Marsden, Iain House, C. Iain House. The chemistry of gold extraction. — 2. ed. — Littleton, Colo: Society for Mining, Metallurgy, and Exploration, 2006. — 651 с. — ISBN 978-0-87335-240-6.
- ↑ Medical Management Guidelines for Hydrogen Cyanide (англ.).