Циан (вещество)

Циа́н (дициа́н, цианогéн, устар. синерод), (CN)₂ — динитрил щавелевой кислоты, бесцветный чрезвычайно токсичный и огнеопасный газ с резким неприятным запахом; температура плавления t_пл = −27,8 °C; температура кипения t_кип = −21,15 °C; ограниченно растворим в воде, лучше — в спирте, диэтиловом эфире, уксусной кислоте.

Химические свойства

При длительном нагревании (400 °C) превращается в аморфный полимер — парациан (CN)_x: (x = 2000—3000), который при 800 °C полностью деполимеризуется. Для циана характерны т. н. псевдогалогенные свойства: подобно галогенам (хлор, бром) он взаимодействует с водными растворами щелочей:

$\mathsf{(}\mathsf{C}\mathsf{N}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{K}\mathsf{O}\mathsf{H}\mathsf{\to }\mathsf{K}\mathsf{C}\mathsf{N}\mathsf{+}\mathsf{K}\mathsf{C}\mathsf{N}\mathsf{O}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

Горит на воздухе пламенем светло-фиолетового цвета. При сгорании в чистом кислороде температура пламени может превышать 4500 °C.

$\mathsf{(}\mathsf{C}\mathsf{N}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\to }\mathsf{2}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}{\mathsf{N}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\uparrow }$

Получение

• Получают в промышленности каталитическим окислением синильной кислоты:

• кислородом в присутствии серебряного катализатора:

$\mathsf{4}\mathsf{H}\mathsf{C}\mathsf{N}\mathsf{+}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\stackrel{Ag}{\to }\mathsf{2}\mathsf{(}\mathsf{C}\mathsf{N}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

• хлором на активированном угле:

$\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{C}\mathsf{N}\mathsf{+}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{2}}\stackrel{C}{\to }\mathsf{(}\mathsf{C}\mathsf{N}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{C}\mathsf{l}$

• диоксидом азота:

$\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{C}\mathsf{N}\mathsf{+}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\to }\mathsf{(}\mathsf{C}\mathsf{N}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{N}\mathsf{O}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

• В лаборатории получают окислением цианидов двухвалентной медью Cu (II) в водных растворах:

$\mathsf{4}\mathsf{C}{\mathsf{N}}^{\mathsf{-}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}{\mathsf{u}}^{\mathsf{2}\mathsf{+}}\mathsf{\to }\mathsf{(}\mathsf{C}\mathsf{N}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{C}\mathsf{N}$

Реакция протекает аналогично взаимодействию двухвалентного катиона меди с иодид-ионом до образования I₂ + CuI

• Взаимодействие простых веществ. Реакция протекает под действием электрического разряда:

$\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{+}{\mathsf{N}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\rightleftarrows }{\mathsf{C}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{N}}_{\mathsf{2}}$

• Дегидратацией амида щавелевой кислоты (CONH₂)₂

${\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{N}\mathsf{O}\mathsf{C}\mathsf{-}\mathsf{C}\mathsf{O}\mathsf{N}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\to }\mathsf{(}\mathsf{C}\mathsf{N}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

• Образуется при пиролизе азотсодержащих органических соединений и поэтому в малых количествах содержится в коксовом и доменном газах.

Нахождение в природе

Циан спектроскопически обнаружен в кометах, в том числе на межзвёздной комете 2I/Borisov, а также в атмосфере Титана.

Применение

Используется в органическом синтезе (получение оксамида) и сваривании металлов.

В 1824 году немецкий химик Фридрих Вёлер получил из дициана и воды щавелевую кислоту.

Биологическое действие и безопасность

• Дициан чрезвычайно ядовит, однако по токсичности уступает синильной кислоте (фактор от 2 до 10) и её солям, которые называются цианидами. Граница восприятия человеком характерного запаха «миндаля» лежит значительно выше, чем у синильной кислоты, тем не менее циан является очень опасным газом. Вначале происходит резорбирование циана организмом и последующий распад С-С связи. Механизм его токсического действия похож на механизм действия синильной кислоты: блокада трёхвалентного железа в системе клеточного дыхания (Цитохром с-оксидазы) и, как следствие, «удушье» на клеточном уровне.
• Горюч, легко воспламеним, образует с воздухом взрывные смеси.

Литература

• Brotherton Т. К., Lynn J. W., The synthesis and chemistry of cyanogen, «Chemical reviews», 1959, v. 59, ? 5, p. 841
• Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
• Справочник химика / Редкол.: Никольский Б. П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.