氰化钾(Potassium Cyanide,化学式:KCN)是一种无机化合物,属于碱金属
氰化物,是一种白色结晶性固体,易溶于水,并能形成
氰化氢气体。它具有高度的电离性,可在水中迅速解离为氰根离子(CN-)和钾离子(K+)。氰根离子是一种强
Lewis碱,可与许多金属形成配合物,展示出较强的配位能力。这种化合物的主要用途之一是用于金属冶炼和提取中,尤其是在黄金和白金的提取过程中。由于氰化钾对生物体具有极强毒性,因此也被广泛用作农药的成分。由于氰化钾的高毒性,它也成为一种有争议的化学品。其在工业和实验室中的使用受到严格监管,需要遵循严格的安全操作规程。
基本信息
化学式:KCN
分子量:65.116
CAS号:151-50-8
EINECS号:205-792-3
理化性质
物理性质
密度:1.52g/cm3
熔点:634℃
沸点:1625℃
外观:白色结晶性粉末
溶解性:易溶于水、乙醇、甘油,微溶于甲醇、氢氧化钠水溶液
闪点:1625°C
水溶性:极易溶于水。
蒸汽压:1.8hPa(634.5℃)
酸度系数:9.36(20℃)
PH值:11-12 (20g/L, H2O, 20℃)
存储条件:Poison room
稳定性:稳定。不易与其他材料发生反应容,包括酸,碘,过氧化物,高锰酸盐,生物碱,水合氯醛,金属盐。对光和湿度敏感。
敏感性:易吸湿
外观:固体
比重:1.52
颜色:白色
化学性质
空气中变质:2KCN+CO2+H2O=2HCN+K2CO3
水解反应:氰化钾在水中发生水解反应,生成氰化氢气体和氢氧化钾。水解反应的化学方程式为:KCN+H2O=KOH+HCN。氢氰酸(HCN)是一种剧毒的弱酸,这使得氰化钾在水中的使用需要极大的注意。
金属络合反应:氰化钾是一种良好的配体,能够形成稳定的金属配合物。这在金属提取和一些化学合成中有重要应用。
热分解:在高温下,氰化钾会发生热分解,产生氰化物和氧化物:2KCN=2CN+2K,这个过程也释放出氰气。
健康危害
侵入途径
吸入、食入、经皮吸收。
危害
抑制呼吸酶,造成细胞内窒息。吸入、口服或经皮吸收均可引起急性中毒。口服50~100mg即可引起猝死。非骤死者临床分为4期:前驱期有粘膜刺激、呼吸加快加深、乏力、头痛,口服有舌尖、口腔发麻等;呼吸困难期有呼吸困难、血压升高、皮肤粘膜呈鲜红色等;惊厥期出现抽搐、昏迷、呼吸衰竭;麻痹期全身肌肉松弛,呼吸心跳停止而死亡。长期接触少量氰化物出现神经衰弱综合征、眼及上呼吸道刺激。可引起皮疹。
毒性作用机制
进入人体后,氰根离子(CN-)会与细胞色素氧化酶中的三价铁离子(Fe3+)结合,形成稳定的络合物,从而抑制细胞色素氧化酶的活性。细胞色素氧化酶是细胞呼吸过程中一个关键的酶,它的失活会导致细胞无法利用氧气进行有氧呼吸,使细胞内窒息,最终导致机体中毒死亡。
应用领域
金属提取与冶金
氰化钾在金属冶炼和提取中发挥着至关重要的作用,尤其是在黄金和白金的提取过程中。金可以金的氰化物形式存在,而氰化钾能够与金形成稳定的金氰化物(Au(CN)2-)配合物。金氰化物在水中溶解度较高,形成氰化金酸(HAu(CN)2),可轻松地从矿石中溶解出金。这个溶液之后通过电解或其他方法,使金还原出来。类似于黄金,氰化钾也在白金提取中发挥关键作用。白金通常以铂的氰化物形式存在,与氰化钾反应生成铂的氰化物,通过水溶液中的化学反应,使白金从矿石中溶解出来。提取后,铂可通过电解或其他分离方法得到。这一过程被广泛应用于金矿的提取和贵金属的回收。
农药制造
氰化钾被用作农药的主要成分之一。其毒性对昆虫具有高度杀伤力,因此在杀虫剂的制备中得到广泛应用。然而,由于其对人类和其他非靶生物的高毒性,氰化钾在农药领域的使用受到了监管和限制。氰化钾在农业领域也可用作土壤消毒剂。在一些特殊情况下,氰化钾可以用于消除土壤中的一些有害生物,以提高农作物的生长环境。
化学合成与实验室应用
氰化钾是一种强碱性物质,可用作催化剂或配体,参与许多有机合成反应。在有机合成中被广泛用作碱性试剂。它能够与许多有机化合物反应,形成氰基配体,如氰化物离子。这对于合成氰基化合物,例如氰化酯、氰化醇等,具有重要意义。这些化合物在制备药物和有机合成中常常被用作中间体。它在实验室中被用于制备氰化物和一些含氰有机化合物。此外,氰化钾还参与金属络合反应,形成稳定的金属氰化物配合物,被用于一些化学研究和实验。氰化钾被用于制备金属氰化物,并用于研究金属离子的配位数、配位几何结构等方面。[10]氰化钾可以在电化学研究中用作电解质,特别是在涉及到金属电镀和其他电化学实验时。氰化钾的溶液可以提供电解质,促使电流通过电解质溶液中,实现电化学反应。
金属电镀
氰化钾在金属
电镀中用作电镀液的成分之一,尤其是在电镀铜、银和金的过程中。其配位性质使其能够与金属形成稳定的络合物,有助于在金属表面形成均匀、致密的电镀层。
医疗行业
氰化钾具有极强的毒性,不过其在医疗领域仍存在些许有限的用途。在某些药物中间体的合成时,氰化钾会被用来构建氰基化合物。氰化钾能够干扰癌细胞的呼吸链,进而致使细胞缺氧窒息。然而,这方面的研究仍在初步阶段,需要更深入的实验和临床研究来确定其疗效和安全性。氰化钾还被用于一些罕见疾病的治疗研究,例如丙酮酸代谢紊乱症。在这些情况下,氰化钾可能被用于调整体内丙酮酸代谢,以减轻患者的症状。需要强调的是,尽管氰化钾在一些医学研究中显示出潜在的治疗效果,但其高毒性和危险性使得在实际医学应用中存在较大的挑战。在使用氰化钾进行任何实验或治疗时,必须遵循严格的实验室安全和医学伦理规定,以确保患者和研究人员的安全。
金属氰化物制备
氰化钾在制备其他金属氰化物时也发挥关键作用。通过氰化钾,可以制备一系列金属的氰化物,这些金属氰化物在电镀、化学分析等领域都有应用。
制备方法
工业制备
工业上主要是通过吸收法来制备氰化钾。利用含氰化氢(HCN)的气体(如在焦炉煤气或合成氨的废气中含有一定量的氰化氢),用
氢氧化钾(KOH)溶液进行吸收,反应方程式为:HCN + KOH → KCN + H2O。然后经过蒸发、结晶等过程得到氰化钾产品。
实验室制备
在实验室中,可以通过一些化学反应来制备少量氰化钾用于研究目的。例如,用
碳酸钾(K2CO3)与氰化氢反应,但这种方法需要在严格的安全控制下进行,因为涉及到剧毒物质的生成。
毒理学资料及环境行为
毒性:高毒类。
急性毒性:LD50:6.4mg/kg(大鼠经口);8500μg/kg(小鼠经口)。
致突变性 :
DNA抑制:小鼠淋巴细胞1nmol/L。
细胞遗传学分析:小鼠乳腺1nmol/L,48小时。
污染来源:氰化物是剧毒物质,其污染事故常发生于电镀、炼金、热处理、煤气、焦化、制革、有机玻璃、苯、甲苯、二甲苯、照相以及农药等的生产过程中。
代谢和降解:游离氰基在体内主要代谢途径是在硫氰化酶(或β巯基丙酮酸转硫酶)的 催化作用下,与硫起加成反应,转变成毒性很低的SCN(只有CN-毒性的1/200)。然后由尿、唾液、汗液等排出体外。
游离氰基还可与体内含钴的化合物如羟钴胺结合形成无毒的氰钴化合物。因此临床上有用羟钴胺或依地酸二钴抢救CN-急性中毒的报告。
人体对CN-有较强的解毒机能,氰化物是非蓄积性毒物。当不致产生中毒剂量的少量外源性氰根进入机体后,可被迅速转化为无毒或低毒物质排出体外。
氰化物在地面水中很不稳定,当水的pH值大于7和有氧存在的条件下,可被氧化生成碳酸盐与氨。地面水中带存在着能够分解利用氰化物的微生物,亦可将氰经生物氧化用途转化为碳酸盐与氨。因此氰化物在地面水中的自净过程相当迅速,但水体中氰化物的自净过程还要受水温,水的曝气程度(搅动)、pH、水面大小及深度等因素影响。
土壤对氰化物出有很强的净化能力。进入土壤的氰化物,除逸散至空气中的外,一部分被植物吸收,在植物体内被同化或氧化分解。存留于土壤中并部分在微生物的作用下,可被转化为碳酸盐、氨和甲酸盐。当氰化物持续污染时,土壤微生物经驯化、毓可产生相适应的微生物群,对氰的净化起巨大作用。因此有些低浓度含氰工业废水长期进行污水灌溉的地区,土壤中的氰含量几乎没有积累。
残留与蓄积:自然界对氰化物的污染有很强的净化作用,因此,一般来说外源氰不易在环境和机体中积累。只有在特定条件下(事故排放、高浓度持续污染),氰的污染量超过环境的净化能力时,才能在环境中残留、蓄积,从而构成对人和生物的潜在危害。
迁移转化:氰化物广泛地存在于自然界中。动植物体内都含有一些氰类物质,有些植物如苦杏仁、白果、果仁、木薯、高梁等含有相当量的含氰糖甙。它水解后释放出游离的氰化氢,在一些普通粮食、蔬菜中,也可检出微量氰。
土壤中也普遍含有氰化物,并随土壤深度的增加而递减,其含量为0.003-0.130mg/kg。天然土壤中的氰化物主要来自土壤腐植质。腐植质是一类复杂的有机化合物,其核心由多元酚聚合而成,并含有一定数量的氮化合物。在土壤微生物作用下,可以生成氰和酚,因此土壤中氰的本底含量与其中有机质的含量密切相关。
由于氰化氢极易挥发,多数氰化物易溶于水,因此排入自然环境中的氰化物易被水(或大气)淋溶稀释、扩散,迁移能力强。氰化氢和简单氰化物在地面水中很不稳定,氰化氢易逸入空气中;或当水的pH值大于7和有氧存在的条件下,亦可被氧化而生成碳酸盐与氨。简单氰化物在水中很易水解而形成氰化氢。水中如含无机酸,即使是二氧化碳溶于水中生成的碳酸,亦可加速此分解过程。
氰化氢是有苦杏仁味的气味,极易扩散,易溶于水而成氢氰酸;氰化物一般为无色晶体,在空气中易潮解并有氰化氢的微弱臭味,能使水产生杏仁臭。
中毒症状:轻者有粘膜刺激,唇舌麻木头痛、眩晕、下肢无力、胸部有压迫感、恶心、呕吐、血压上升、心悸、气喘等。重者呼吸不规则,逐渐昏迷、痉挛、大小便失禁、血压下降、迅速发生呼吸障碍而死亡。
危险特性:不燃。受高热或与酸接触会产生剧毒的氰化物气体。与硝酸盐、亚硝酸盐、氯酸盐反应剧烈,有发生爆炸的危险。遇酸或露置空气中能吸收水分和二氧化碳,分解出剧毒的氰化氢。水溶液为碱性腐蚀液体。
燃烧(分解)产物:氰化氢、氮氧化物。
泄漏应急处理
对泄漏物处理必须戴好防毒面具与手套,扫起,倒至大量水中。加入过量次氯酸钠或漂白粉,放置24小时,确认氰化物全部分解,稀释后放入废水系统。污染区用次氯酸钠溶液或漂白粉浸光24小时后,用大量水冲洗,洗水放入废水系统统一处理。对氰化氢则应将气体送至通风橱或将气体导入碳酸钠溶液中,加等量的次氯酸钠,以6mol/L 氢氧化钠溶液中和,污水放入废水系统做统一处理。
防护措施
呼吸系统防护:可能接触毒物时,必须佩戴头罩型电动送风过滤式防尘呼吸器。可能接触其粉尘时,应该佩戴隔离式呼吸器。
眼睛防护:呼吸系统防护中已作防护。
身体防护:穿连衣式胶布防毒衣。
手防护:戴橡胶手套。
其他:工作现场禁止吸烟、进食和饮水。工作毕,彻底清洗。车间应配备急救设备及药品。单独存放被毒物污染的衣服,洗后备用。作业人员应学会自救互救。
急救措施
皮肤接触:立即脱去被污染的衣着,用流动的清水或5%硫代硫酸钠溶液彻底冲洗至少20分钟,就医。
眼睛接触:立即提起眼睑,用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟,就医。
吸入: 迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。呼吸心跳停止时,立即进行人工呼吸(勿用口对口)和胸外心脏按压术。给吸入亚硝酸异戊酯,就医。
食入:饮足量温水,催吐,用1:5000高锰酸钾或5%硫代硫酸钠溶液洗胃,就医。
灭火方法:消防人员必须穿戴全身专用防护服。
灭火剂:干粉、砂土,禁止用二氧化碳和酸碱灭火剂灭火。