Ціан діціан ціаноген хімічна сполука вуглецю з азотом із формулою CN 2 дінітрил щавлевої кислоти Найпростіший стабільний

Ціан (діціан, ціаноген) — хімічна сполука вуглецю з азотом із формулою (CN)₂, дінітрил щавлевої кислоти. Найпростіший стабільний ^[en], безбарвний і високотоксичний газ із різким запахом.

Молекула є псевдогалогеном. Молекули ціану складаються з двох груп CN — аналогів двоатомних молекул галогенів, як-от Cl₂, але набагато менш окислювальних. Дві ціаногрупи з'єднуються атомами вуглецю: N≡C‒C≡N, хоча виявлено й інші ізомери. Назва використовується також для радикалу ‒C≡N, а отже для таких сполук, як-от ^[en] (NCBr).

Ціан є ангідридом ^[en]:

H₂NC(O)C(O)NH₂ → NCCN + 2 H₂O

хоча оксамид виготовляється з ціану шляхом гідролізу:

NCCN + 2 H₂O → H₂NC(O)C(O)NH₂

Отримання

Ціан зазвичай отримують із ціанідних сполук. Один із лабораторних методів передбачає термічне розкладання ^[en]:

2 Hg(CN)₂ → (CN)₂ + Hg₂(CN)₂

Крім того, можна поєднати розчини солей міді (II), як-от сульфат міді(II), з ціанідами. Утворюється нестійкий ціанід міді(ІІ), який швидко розкладається на ціанід міді(І) і ціан.

2 CuSO₄ + 4 KCN → (CN)₂ + 2 CuCN + 2 K₂SO₄

У промисловості ціан отримують окисленням ціаніду водню (синильної кислоти), зазвичай із використанням хлору з активованим каталізатором — діоксидом кремнію або діоксидом азоту над сіллю міді. Ціан також утворюється, коли азот і ацетилен реагують під дією електричних іскор або розряду.

Ізомери

Формула ціану — NCCN. Існують менш стабільні ізомери з іншим порядком розташування атомів:

Ізоціаноген (ціаноізоціаноген) — NCNC
Діізоціаноген — CNNC
Діазодікарбон — CCNN.

Параціан

Параціан є полімером ціану. Його можна отримати нагріванням . Крім того, його можна отримати нагріванням ^[en], ^[en], ^[en] або йодиду ціанурової кислоти. Параціан також можна отримати шляхом полімеризації ціану при температурі від 300 до 500 °C за наявності слідів домішок.

Параціан можна перетворити на ціан шляхом нагрівання до 800 °C. Згідно з експериментальними даними, структура цього полімерного матеріалу вважається досить нерегулярною, причому більшість атомів вуглецю мають тип sp² і локалізовані домени π-сполучення.

Історія

Ціан вперше був синтезований у 1815 році Жозефом Луї Гей-Люссаком, який визначив його емпіричну формулу та дав йому назву. Гей-Люссак склав слово cyanogène із грецьких слів κυανός (синій) і γεννάω (створюю), тому що ціанід вперше виділив шведський хімік Карл Вільгельм Шеєле з пігменту «берлінська лазур».

У 1824 році німецький хімік Фрідріх Велер одержав із диціану і води щавлеву кислоту.

До 1850-х років фотографи використовували ціанове мило для видалення з рік плям срібла. Ціан набув важливості з розвитком промисловості добрив наприкінці XIX століття і залишається важливим проміжним продуктом у виробництві багатьох добрив. Використовується також як стабілізатор у виробництві нітроцелюлози.

Ціан часто зустрічають у кометах. У 1910 році спектроскопічний аналіз комети Галлея виявив ціан у хвості комети, що призвело до загальних побоювань, що Землю буде отруєно, коли вона пройде через хвіст комети. Люди в Нью-Йорку носили протигази, а торговці продавали шарлатанські «таблетки від комети», які нібито нейтралізували отруєння. Коли Земля проходила крізь хвіст комети Галлея, через його надзвичайно малу густину не спостерігалося жодних ефектів.

Ціан було виявлено на кометі Борисова, а також в атмосфері Титана.

Безпека

Як і інші ціаніди, ціан є дуже токсичним, оскільки він легко перетворюється на ціанід, які отруює цитохром-c-оксидазний комплекс, тим самим перериваючи електронтранспортний ланцюг у мітохондріях.

Ціан подразнює очі та дихальну систему. Його вдихання здатне спричинити головний біль, запаморочення, прискорений пульс, нудоту, блювоту, втрату свідомості, судоми та смерть, залежно від концентрації. Смертельна доза при вдиханні зазвичай коливається від 100 до 150 мг.

Ціан створює друге за температурою полум'я природного походження (після ), коли він горить у кисні — з температурою понад 4525 °C. Ціан горючий і легкозаймистий, утворює з повітрям вибухові суміші.

У масовій культурі

У серіалі «Доктор Хто» ^[en]» (5-та серія 13-uj сезону) Доктор синтезує ціан, використовуючи як вихідний матеріал ціанистий водень, і випускає його через трубу, щоб завадити Солонові провести операцію на мозку тіла Морбіуса. Утім, той її завершує, але незабаром після цього помирає від отруєння ціаном.

У фільмі «Мережі зла» (1987) Фрайдей (Ден Екройд) і Стрібек (Том Генкс) вистежують лиходія, який викрав «псевдогалогенову ціанову сполуку».

Див. також

Примітки

Ringer, A. L.; Sherrill, C. D.; King, R. A.; Crawford, T. D. (2008). Low-lying singlet excited states of isocyanogen. International Journal of Quantum Chemistry. 106 (6): 1137—1140. Bibcode:2008IJQC..108.1137R. doi:10.1002/qua.21586.
Irvine, William M. (2011). Cyanogen Radical. Encyclopedia of Astrobiology. с. 402. doi:10.1007/978-3-642-11274-4_1806. ISBN .
Brotherton, T. K.; Lynn, J. W. (1959). The Synthesis And Chemistry Of Cyanogen. Chemical Reviews. 59 (5): 841—883. doi:10.1021/cr50029a003.
Breneman, A. A. (January 1889). The Fixation of Atmospheric Nitrogen. Journal of the American Chemical Society. 11 (1): 2—27. doi:10.1021/ja02126a001.
Bircumshaw, L. L.; F. M. Tayler; D. H. Whiffen (1954). Paracyanogen: its formation and properties. Part I. J. Chem. Soc.: 931—935. doi:10.1039/JR9540000931.
Maya, Leon (1993). Paracyanogen Reexamined. Journal of Polymer Science Part A (Submitted manuscript). 31 (10): 2595—2600. Bibcode:1993JPoSA..31.2595M. doi:10.1002/pola.1993.080311020.
Gay-Lussac, J. L. (1815). Recherches sur l'acide prussique. Annales de Chimie (фр.). 95: 136—231.
Crookes, William, ред. (1859). Photographic News: A Weekly Record of the Process of the Photography. с. 11.
Cometary Poison Gas Geyser Heralds Surprises [ 2023-05-28 у Wayback Machine.] NASA, 2010-11-02.
Comet's Poisonous Tail.
Halley's Comet 100 years ago.
Fitzsimmons, Alan; Hainaut, Olivier; Meech, Karen; Jehin, Emmanuel; Moulane, Youssef; Opitom, Cyrielle; Yang, Bin; Keane, Jacqueline V.; Kleyna, Jan T. (25 жовтня 2019). Detection of CN gas in Interstellar Object 2I/Borisov. The Astrophysical Journal. Т. 885, № 1. с. L9. doi:10.3847/2041-8213/ab49fc. ISSN 2041-8213. Процитовано 2 вересня 2023.{{}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом ()
Niemann, H. B.; Atreya, S. K.; Bauer, S. J.; Carignan, G. R.; Demick, J. E.; Frost, R. L.; Gautier, D.; Haberman, J. A.; Harpold, D. N. (2005-12). The abundances of constituents of Titan's atmosphere from the GCMS instrument on the Huygens probe. Nature (англ.). Т. 438, № 7069. с. 779—784. doi:10.1038/nature04122. ISSN 1476-4687. Процитовано 2 вересня 2023.
Muir, G. D., ред. (1971). Hazards in the Chemical Laboratory. London: The Royal Institute of Chemistry.
Thomas, N.; Gaydon, A. G.; Brewer, L. (1952). Cyanogen Flames and the Dissociation Energy of N₂. The Journal of Chemical Physics. 20 (3): 369—374. Bibcode:1952JChPh..20..369T. doi:10.1063/1.1700426.
J. B. Conway; R. H. Wilson Jr.; A. V. Grosse (1953). The Temperature of the Cyanogen-Oxygen Flame. Journal of the American Chemical Society. 75 (2): 499. doi:10.1021/ja01098a517.
The trichlornitromethane and the pseudo-halogenic compound cyanogen. Процитовано 18 серпня 2021.

Посилання

PhysOrg.com
CDC — NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards

[1] Ringer, A. L.; Sherrill, C. D.; King, R. A.; Crawford, T. D. (2008). Low-lying singlet excited states of isocyanogen. International Journal of Quantum Chemistry. 106 (6): 1137—1140. Bibcode:2008IJQC..108.1137R. doi:10.1002/qua.21586.

[radical-2] Irvine, William M. (2011). Cyanogen Radical. Encyclopedia of Astrobiology. с. 402. doi:10.1007/978-3-642-11274-4_1806. ISBN .

[3] Brotherton, T. K.; Lynn, J. W. (1959). The Synthesis And Chemistry Of Cyanogen. Chemical Reviews. 59 (5): 841—883. doi:10.1021/cr50029a003.

[4] Breneman, A. A. (January 1889). The Fixation of Atmospheric Nitrogen. Journal of the American Chemical Society. 11 (1): 2—27. doi:10.1021/ja02126a001.

[5] Bircumshaw, L. L.; F. M. Tayler; D. H. Whiffen (1954). Paracyanogen: its formation and properties. Part I. J. Chem. Soc.: 931—935. doi:10.1039/JR9540000931.

[6] Maya, Leon (1993). Paracyanogen Reexamined. Journal of Polymer Science Part A (Submitted manuscript). 31 (10): 2595—2600. Bibcode:1993JPoSA..31.2595M. doi:10.1002/pola.1993.080311020.

[7] Gay-Lussac, J. L. (1815). Recherches sur l'acide prussique. Annales de Chimie (фр.). 95: 136—231.

[8] Crookes, William, ред. (1859). Photographic News: A Weekly Record of the Process of the Photography. с. 11.

[poison-9] Cometary Poison Gas Geyser Heralds Surprises [ 2023-05-28 у Wayback Machine.] NASA, 2010-11-02.

[10] Comet's Poisonous Tail.

[11] Halley's Comet 100 years ago.

[12] Fitzsimmons, Alan; Hainaut, Olivier; Meech, Karen; Jehin, Emmanuel; Moulane, Youssef; Opitom, Cyrielle; Yang, Bin; Keane, Jacqueline V.; Kleyna, Jan T. (25 жовтня 2019). Detection of CN gas in Interstellar Object 2I/Borisov. The Astrophysical Journal. Т. 885, № 1. с. L9. doi:10.3847/2041-8213/ab49fc. ISSN 2041-8213. Процитовано 2 вересня 2023.{{}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом ()

[13] Niemann, H. B.; Atreya, S. K.; Bauer, S. J.; Carignan, G. R.; Demick, J. E.; Frost, R. L.; Gautier, D.; Haberman, J. A.; Harpold, D. N. (2005-12). The abundances of constituents of Titan's atmosphere from the GCMS instrument on the Huygens probe. Nature (англ.). Т. 438, № 7069. с. 779—784. doi:10.1038/nature04122. ISSN 1476-4687. Процитовано 2 вересня 2023.

[HitCL-14] Muir, G. D., ред. (1971). Hazards in the Chemical Laboratory. London: The Royal Institute of Chemistry.

[15] Thomas, N.; Gaydon, A. G.; Brewer, L. (1952). Cyanogen Flames and the Dissociation Energy of N₂. The Journal of Chemical Physics. 20 (3): 369—374. Bibcode:1952JChPh..20..369T. doi:10.1063/1.1700426.

[16] J. B. Conway; R. H. Wilson Jr.; A. V. Grosse (1953). The Temperature of the Cyanogen-Oxygen Flame. Journal of the American Chemical Society. 75 (2): 499. doi:10.1021/ja01098a517.

[17] The trichlornitromethane and the pseudo-halogenic compound cyanogen. Процитовано 18 серпня 2021.