Kyanid

Rozbalit box

Obsah boxu

Kyanid je chemická sloučenina obsahující kyanidovou skupinu (nebo také kyanoskupinu) C≡N. Tato skupina se skládá z atomu uhlíku vázaného trojnou vazbou na atom dusíku. V anorganické chemii se termín "kyanid" nejčastěji vztahuje na kyanidový anion (CN⁻), což je jedna z nejjedovatějších známých látek. Mezi nejznámější kyanidy patří soli jako kyanid draselný (KCN, známý jako cyankáli) a kyanid sodný (NaCN), a také plynný kyanovodík (HCN).

Kyanidy jsou nechvalně proslulé svou extrémní toxicitou pro většinu živých organismů, včetně člověka. Mechanismus jejich jedovatosti spočívá v blokaci buněčného dýchání. Navzdory své nebezpečnosti mají kyanidy klíčové uplatnění v mnoha průmyslových odvětvích, jako je těžba drahých kovů, galvanické pokovování, organická syntéza a výroba plastů. V přírodě se kyanidy vyskytují v menším množství v semenech některých rostlin.

📜 Historie

Kyanidové sloučeniny jsou známy již několik století. První významnou sloučeninou byla barva známá jako Pruská modř, která byla poprvé syntetizována na počátku 18. století. Jde o komplexní sůl obsahující kyanidové ligandy.

Systematický výzkum kyanidů začal v druhé polovině 18. století. Švédský chemik Carl Wilhelm Scheele v roce 1782 jako první izoloval kyanovodík (HCN), který nazval "kyselina pruská" (německy Blausäure). Scheele tragicky zemřel, pravděpodobně na následky otravy kyanovodíkem nebo jinými chemikáliemi, se kterými pracoval, neboť měl ve zvyku ochutnávat a čichat k nově objeveným látkám.

V 19. století se kyanidy staly důležitou součástí průmyslu. V roce 1887 byl vyvinut tzv. kyanidový proces (MacArthur-Forrestův proces) pro extrakci zlata a stříbra z chudých rud, což způsobilo revoluci v těžebním průmyslu a je dodnes hojně využíván.

Během 20. století byly kyanidy zneužity jako bojové chemické látky a jedy. Kyanovodík byl použit jako bojový plyn během první světové války. Nejtemnější kapitolu představuje použití pesticidu na bázi kyanovodíku, známého jako Zyklon B, nacistickým režimem k masovému vraždění v plynových komorách během holokaustu. Kyanidové kapsle (cyankáli) byly také používány agenty a vysoce postavenými nacisty k sebevraždě.

🧪 Chemické vlastnosti

Kyanidový anion CN⁻ je izoelektronický s molekulou oxidu uhelnatého (CO) a molekulárním dusíkem (N₂). Obsahuje trojnou vazbu mezi uhlíkem a dusíkem, což mu dodává vysokou stabilitu.

Tvorba solí a kyseliny

Kyanidový anion je aniontem velmi slabé kyseliny, kyseliny kyanovodíkové (HCN), jejíž pKa je přibližně 9,2. Z tohoto důvodu roztoky kyanidových solí (jako KCN nebo NaCN) ve vodě hydrolyzují a mají silně zásaditou reakci:

CN⁻ + H₂O ⇌ HCN + OH⁻

Při okyselení roztoků kyanidových solí dochází k uvolňování vysoce toxického a těkavého plynného kyanovodíku. Proto je manipulace s kyanidy v přítomnosti kyselin extrémně nebezpečná.

Komplexotvorné vlastnosti

Kyanidový anion je vynikající ligand a snadno tvoří stabilní komplexní sloučeniny s mnoha přechodnými kovy, jako je železo, zlato, stříbro nebo měď. Tato vlastnost je základem jeho využití v těžbě zlata, kde se zlato z rudy rozpouští za vzniku rozpustného komplexu dikyanozlatnanu:

4 Au + 8 CN⁻ + O₂ + 2 H₂O → 4 [Au(CN)₂]⁻ + 4 OH⁻

Podobně se využívá v galvanickém pokovování, kde stabilní komplexy zajišťují rovnoměrné vylučování kovu na pokovovaném předmětu. Komplex kyanidu se železem, hexakyanoželeznatan draselný, je známý jako červená krevní sůl, a hexakyanoželezitan draselný jako žlutá krevní sůl.

🌍 Výskyt v přírodě

Kyanidy se v malých množstvích přirozeně vyskytují v životním prostředí. Jsou produkovány některými druhy bakterií, hub a řas.

Nejznámější je jejich výskyt v rostlinách ve formě tzv. kyanogenních glykosidů. Tyto látky samy o sobě nejsou toxické, ale při poškození rostlinných pletiv (např. rozkousáním) se působením enzymů rozkládají a uvolňují kyanovodík. Slouží jako obranný mechanismus rostliny proti býložravcům. Mezi známé kyanogenní glykosidy patří:

Amygdalin: Nachází se v semenech (peckách) mnoha rostlin z čeledi růžovité, jako jsou mandle (hořké), meruňka, třešeň, švestka nebo jabloň.
Linamarin: Přítomen v manioku nebo lněných semínkách.
Dhurrin: Vyskytuje se v čiroku.

Pro člověka je konzumace malého množství těchto semen obvykle neškodná, ale požití velkého množství, zejména dětmi, může vést k vážné otravě. Například maniok musí být před konzumací pečlivě zpracován, aby se obsah kyanidů snížil na bezpečnou úroveň.

⚙️ Výroba a průmyslové využití

Průmyslová výroba kyanidů je zaměřena především na kyanovodík, kyanid sodný a kyanid draselný.

Výroba

Andrussowův proces: Nejběžnější metoda výroby kyanovodíku. Směs methanu, amoniaku a vzduchu reaguje za vysoké teploty (kolem 1200 °C) na platinovém katalyzátoru.

2 CH₄ + 2 NH₃ + 3 O₂ → 2 HCN + 6 H₂O

Degussův proces (BMA proces): Reakce methanu a amoniaku bez přítomnosti kyslíku.

CH₄ + NH₃ → HCN + 3 H₂

Kyanid sodný a draselný se následně vyrábějí neutralizací kyanovodíku hydroxidem sodným nebo hydroxidem draselným.

Využití

Těžba drahých kovů: Přibližně 70 % světové produkce kyanidu sodného se spotřebuje při těžbě zlata a stříbra z rud (kyanidové loužení).
Chemická syntéza: Kyanidy jsou důležitým prekurzorem v organické chemii pro výrobu nitrilů, které se dále zpracovávají na aminy, karboxylové kyseliny a další sloučeniny. Jsou klíčové při výrobě nylonu, akrylátů a některých farmaceutik.
Galvanické pokovování (Galvanostegie): Kyanidové lázně se používají pro pokovování předmětů zinkem, kadmiem, mědí, stříbrem a zlatem, protože zajišťují vysokou kvalitu a přilnavost kovové vrstvy.
Výroba barviv: Historicky i dnes se používají k výrobě pigmentů, jako je Pruská modř.
Metalurgie: Používají se při kalení oceli (kyanidové kalení).

☣️ Toxicita a mechanismus účinku

Kyanidy patří mezi nejrychleji působící jedy. Jsou toxické pro téměř všechny formy života, které využívají kyslík k dýchání.

Mechanismus účinku

Hlavní mechanismus toxicity kyanidu spočívá v inhibici buněčného dýchání. Kyanidový anion (CN⁻) se velmi silně váže na trojmocné železo (Fe³⁺) v hemové skupině enzymu cytochrom c oxidáza (také známý jako komplex IV) v mitochondriální membráně. Tímto zablokováním je přerušen dýchací řetězec a buňka ztrácí schopnost využívat kyslík k tvorbě adenosintrifosfátu (ATP), který je hlavním zdrojem energie.

Důsledkem je stav zvaný histotoxická hypoxie. Ačkoliv je v krvi dostatek kyslíku (venózní krev zůstává jasně červená, protože kyslík není spotřebován tkáněmi), buňky ho nemohou využít a umírají "udušením". Nejcitlivější na nedostatek energie jsou orgány s vysokou metabolickou aktivitou, jako je mozek a srdce, což vysvětluje rychlý nástup příznaků.

Příznaky otravy

Příznaky se objevují velmi rychle, zejména po vdechnutí kyanovodíku.

Nízké koncentrace: Bolest hlavy, závratě, nevolnost, zvracení, zrychlené dýchání a bušení srdce.
Vysoké koncentrace: Křeče, ztráta vědomí, pokles krevního tlaku, selhání dýchání, zástava srdce a smrt, která může nastat během několika minut.

Charakteristickým, i když ne vždy přítomným, příznakem je zápach po "hořkých mandlích". Schopnost cítit tento zápach je geneticky podmíněná a přibližně 40 % populace jej nedokáže detekovat.

Letální dávka

Kyanovodík (HCN): Smrtelná koncentrace ve vzduchu je kolem 300 ppm (částic na milion).
Kyanid draselný (KCN): Smrtelná dávka pro dospělého člověka je přibližně 200–300 mg.

🩺 Léčba otravy

Otrava kyanidem je akutní stav vyžadující okamžitou lékařskou pomoc. Léčba spočívá v co nejrychlejším podání antidot (protijedů).

Existují tři hlavní mechanismy účinku protijedů: 1. Indukce methemoglobinemie: Látky jako amylnitrit (inhalace) a dusitan sodný (intravenózně) oxidují dvojmocné železo (Fe²⁺) v hemoglobinu na trojmocné (Fe³⁺), čímž vzniká methemoglobin. Methemoglobin má vysokou afinitu ke kyanidovému aniontu a "stáhne" ho z cytochrom c oxidázy, čímž obnoví její funkci. Vzniká netoxický kyanmethemoglobin. Tato metoda je účinná, ale nebezpečná, protože methemoglobin nemůže přenášet kyslík. 2. Detoxikace na thiokyanát: Thiosíran sodný se podává intravenózně. V těle slouží jako donor síry pro enzym rhodanéza, který přeměňuje toxický kyanid na mnohem méně toxický a ve vodě rozpustný thiokyanát (SCN⁻), který je následně vyloučen ledvinami. 3. Přímá vazba kyanidu: Moderní antidota, jako je hydroxokobalamin (forma vitamínu B12), se přímo vážou na kyanid za vzniku netoxického a stabilního kyanokobalaminu (klasický vitamín B12), který se vyloučí močí. Hydroxokobalamin je považován za velmi bezpečný a účinný, a je lékem volby v mnoha zemích.

Kromě podání antidot je nutná podpůrná péče, zejména 100% kyslíková terapie a zajištění životních funkcí.

💡 Pro laiky

Co je kyanid? Představte si kyanid jako klíč, který se přesně hodí do "zámku" v našich buňkách, který jim umožňuje dýchat. Když se kyanid do tohoto zámku dostane, zablokuje ho. Buňka se pak nemůže nadechnout kyslíku, i když je ho všude kolem plno. Bez kyslíku buňky rychle umírají, což vede k selhání orgánů a smrti.
Je kyanid v peckách od jablek nebezpečný? V peckách od jablek, meruněk nebo třešní je látka, ze které se může uvolnit malé množství kyanidu. Je to obrana rostliny. Abyste se otrávili, museli byste sníst a důkladně rozkousat velké množství těchto pecek najednou (desítky až stovky). Spolknutí několika celých pecek je naprosto neškodné.
K čemu je takový jed dobrý? I když je kyanid smrtelně jedovatý, v průmyslu je nepostradatelný. Díky své schopnosti vázat se na kovy se používá k získávání zlata z horniny, k lesklému pokovování šperků a součástek nebo jako základní stavební kámen pro výrobu některých plastů, jako je nylon.

Šablona:Aktualizováno