El cianuro de hidrógeno (también conocido como ácido prúsico ) es un compuesto químico con la fórmula HCN y fórmula estructural H−C≡N . Es un líquido incoloro, extremadamente venenoso e inflamable que hierve ligeramente por encima de la temperatura ambiente , a 25,6 °C (78,1 °F). El HCN se produce a escala industrial y es un precursor muy valorado de muchos compuestos químicos, desde polímeros hasta productos farmacéuticos. Las aplicaciones a gran escala son para la producción de cianuro de potasio y adiponitrilo , utilizados en minería y plásticos, respectivamente. [11] Es más tóxico que los compuestos sólidos de cianuro debido a su naturaleza volátil .
Si el cianuro de hidrógeno es un compuesto orgánico o no es un tema de debate entre los químicos y las opiniones varían de un autor a otro. Tradicionalmente, una parte importante de los autores lo considera inorgánico . Al contrario de ellos, otros autores lo consideran orgánico, porque el cianuro de hidrógeno pertenece a la clase de compuestos orgánicos conocidos como nitrilos que tienen la fórmula R−C≡N , donde R es típicamente un grupo organilo (p. ej., alquilo o arilo ) o hidrógeno. . [12] En el caso del cianuro de hidrógeno, el grupo R es hidrógeno H, por lo que los otros nombres del cianuro de hidrógeno son metanonitrilo y formonitrilo. [3]
El cianuro de hidrógeno es una molécula lineal , con un triple enlace entre carbono y nitrógeno . El tautómero del HCN es HNC, isocianuro de hidrógeno . [ cita necesaria ]
El cianuro de hidrógeno es débilmente ácido con un p K a de 9,2. Se ioniza parcialmente en agua para dar el anión cianuro , CN − . Una solución de cianuro de hidrógeno en agua , representada como HCN, se llama ácido cianhídrico . Las sales del anión cianuro se conocen como cianuros .
El HCN tiene un leve olor a almendra amarga que algunas personas no pueden detectar debido a un rasgo genético recesivo . [13] El compuesto volátil se ha utilizado como rodenticida por inhalación y como veneno humano, así como para matar ballenas. [14] Los iones de cianuro interfieren con las enzimas respiratorias que contienen hierro. [ cita necesaria ]
El cianuro de hidrógeno reaccionará con los alquenos bajo catálisis de complejos de níquel. Esta reacción se llama hidrocianación . [15]
Cuatro moléculas de HCN se tetramerizarán en diaminomaleonitrilo , que puede convertirse en varias purinas. [dieciséis]
El cianuro de hidrógeno se aisló por primera vez a partir de un pigmento azul ( azul de Prusia ), conocido desde 1706, pero cuya estructura se desconocía. Ahora se sabe que es un polímero de coordinación con una estructura compleja y una fórmula empírica de ferrocianuro férrico hidratado . En 1752, el químico francés Pierre Macquer dio el importante paso de demostrar que el azul de Prusia podía convertirse en un óxido de hierro más un componente volátil y que estos podían usarse para reconstituirlo. [17] El nuevo componente era lo que ahora se conoce como cianuro de hidrógeno. Siguiendo el ejemplo de Macquer, el químico sueco Carl Wilhelm Scheele lo preparó por primera vez a partir de azul de Prusia en 1782, [18] y finalmente se le dio el nombre alemán Blausäure ( literalmente , "ácido azul") debido a su naturaleza ácida en el agua y su derivación. del azul de Prusia. En inglés, se conoció popularmente como ácido prúsico.
En 1787, el químico francés Claude Louis Berthollet demostró que el ácido prúsico no contenía oxígeno, [19] una contribución importante a la teoría del ácido, que hasta entonces había postulado que los ácidos deben contener oxígeno [20] (de ahí el nombre de oxígeno en sí, que es deriva de elementos griegos que significan "formador de ácido" y también se calcan en alemán como Sauerstoff ). En 1811, Joseph Louis Gay-Lussac preparó cianuro de hidrógeno licuado puro. [21] En 1815, Gay-Lussac dedujo la fórmula química del ácido prúsico. [22] El radical cianuro en el cianuro de hidrógeno recibió su nombre de cian , no solo una palabra inglesa para un tono de azul sino también la palabra griega para azul ( griego antiguo : κύανος ), nuevamente debido a su derivación del azul de Prusia.
El cianuro de hidrógeno se forma al menos en cantidades limitadas a partir de muchas combinaciones de hidrógeno, carbono y amoníaco . El cianuro de hidrógeno se produce en grandes cantidades mediante varios procesos y es un producto de desecho recuperado de la fabricación de acrilonitrilo . [11] En 2006, se produjeron en Estados Unidos entre 500 millones y mil millones de libras (entre 230.000 y 450.000 toneladas). [23]
El proceso más importante es la oxidación de Andrussow inventada por Leonid Andrussow en IG Farben en la que el metano y el amoníaco reaccionan en presencia de oxígeno a aproximadamente 1200 °C (2190 °F) sobre un catalizador de platino : [24]
La energía necesaria para la reacción la proporciona la oxidación parcial del metano y el amoníaco.
De menor importancia es el proceso Degussa ( proceso BMA ) en el que no se añade oxígeno y la energía debe transferirse indirectamente a través de la pared del reactor: [25]
Esta reacción es similar al reformado con vapor , la reacción del metano y el agua para dar monóxido de carbono e hidrógeno .
En el proceso Shawinigan se hacen reaccionar hidrocarburos , por ejemplo propano , con amoníaco.
En el laboratorio, se producen pequeñas cantidades de HCN mediante la adición de ácidos a sales de cianuro de metales alcalinos :
Esta reacción es a veces la base de envenenamientos accidentales porque el ácido convierte una sal de cianuro no volátil en HCN gaseoso.
El cianuro de hidrógeno se puede obtener a partir de ferricianuro de potasio y ácido:
La gran demanda de cianuros para las operaciones mineras en la década de 1890 fue satisfecha por George Thomas Beilby , quien patentó un método para producir cianuro de hidrógeno pasando amoníaco sobre carbón incandescente en 1892. Este método se utilizó hasta que Hamilton Castner desarrolló en 1894 una síntesis a partir del carbón. , amoníaco y sodio para producir cianuro de sodio , que reacciona con el ácido para formar HCN gaseoso.
El HCN es el precursor del cianuro de sodio y del cianuro de potasio , que se utilizan principalmente en la minería de oro y plata y para la galvanoplastia de esos metales. Mediante la intermediación de cianhidrinas , se preparan una variedad de compuestos orgánicos útiles a partir de HCN, incluido el monómero metacrilato de metilo , a partir de acetona , el aminoácido metionina , mediante la síntesis de Strecker , y los agentes quelantes EDTA y NTA . Mediante el proceso de hidrocianación , se añade HCN al butadieno para dar adiponitrilo , un precursor del nailon-6,6 . [11]
El HCN se utiliza en todo el mundo como fumigante contra muchas especies de insectos plaga que infestan las instalaciones de producción de alimentos. Tanto su eficacia como su método de aplicación hacen que se utilicen cantidades muy pequeñas del fumigante en comparación con otras sustancias tóxicas utilizadas para el mismo fin. [28] El uso de HCN como fumigante también tiene un impacto ambiental mínimo, en comparación con moléculas fumigantes estructurales similares, como el fluoruro de sulfurilo , [29] y el bromuro de metilo . [30]
El HCN se puede obtener de frutas que tienen hueso , como cerezas , albaricoques , manzanas y almendras amargas , de las que se elaboran aceite de almendras y aromatizantes. Muchas de estas fosas contienen pequeñas cantidades de cianhidrinas como mandelonitrilo y amígdala , que liberan lentamente cianuro de hidrógeno. [31] [32] Cien gramos de semillas de manzana trituradas pueden producir alrededor de 70 mg de HCN. [33] Las raíces llamadas "amargas" de la planta de yuca pueden contener hasta 1 gramo de HCN por kilogramo. [34] [35] Algunos milpiés , como Harpaphe haydeniana , Desmoxytes purpurosea y Apheloria liberan cianuro de hidrógeno como mecanismo de defensa, [36] al igual que ciertos insectos, como la polilla de Burnett y las larvas de Paropsisterna eucalyptus . [37] El cianuro de hidrógeno está contenido en los gases de escape de los vehículos y en el humo procedente de la quema de plásticos que contienen nitrógeno .
El HCN ha sido medido en la atmósfera de Titán por cuatro instrumentos de la sonda espacial Cassini , un instrumento de la Voyager y un instrumento de la Tierra. [38] Una de estas mediciones fue in situ , donde la nave espacial Cassini se sumergió entre 1.000 y 1.100 km (620 y 680 millas) sobre la superficie de Titán para recolectar gas atmosférico para análisis de espectrometría de masas . [39] El HCN se forma inicialmente en la atmósfera de Titán a través de la reacción de radicales de metano y nitrógeno producidos fotoquímicamente que proceden a través del intermedio H 2 CN, por ejemplo, (CH 3 + N → H 2 CN + H → HCN + H 2 ). [40] [41] La radiación ultravioleta descompone el HCN en CN + H; sin embargo, el CN se recicla eficientemente nuevamente a HCN mediante la reacción CN + CH 4 → HCN + CH 3 . [40]
Se ha postulado que el carbono de una cascada de asteroides (conocido como Bombardeo Intenso Tardío ), resultante de la interacción de Júpiter y Saturno, explotó la superficie de la Tierra joven y reaccionó con el nitrógeno de la atmósfera terrestre para formar HCN. [42]
Algunos autores [ ¿quién? ] han demostrado que las neuronas pueden producir cianuro de hidrógeno tras la activación de sus receptores opioides por opioides endógenos o exógenos. También han demostrado que la producción neuronal de HCN activa los receptores NMDA y desempeña un papel en la transducción de señales entre células neuronales ( neurotransmisión ). Además, aparentemente era necesario un aumento de la producción neuronal endógena de HCN bajo opioides para una analgesia adecuada con opioides , ya que la acción analgésica de los opioides estaba atenuada por los eliminadores de HCN. Consideraron que el HCN endógeno era un neuromodulador . [43]
También se ha demostrado que, mientras que la estimulación de los receptores colinérgicos muscarínicos en células cultivadas de feocromocitoma aumenta la producción de HCN, en un organismo vivo ( in vivo ) la estimulación colinérgica muscarínica en realidad disminuye la producción de HCN. [44]
Los leucocitos generan HCN durante la fagocitosis y pueden matar bacterias , hongos y otros patógenos generando varias sustancias químicas tóxicas diferentes, una de las cuales es el cianuro de hidrógeno. [43]
Se ha demostrado que la vasodilatación causada por el nitroprusiato de sodio está mediada no sólo por la generación de NO, sino también por la generación endógena de cianuro, lo que añade no sólo toxicidad, sino también cierta eficacia antihipertensiva adicional en comparación con la nitroglicerina y otros nitratos no cianogénicos que no causan los niveles de cianuro en sangre aumenten. [45]
El HCN es un constituyente del humo del tabaco . [46]
Se ha discutido que el cianuro de hidrógeno es un precursor de aminoácidos y ácidos nucleicos, y se propone que jugó un papel en el origen de la vida . [47] Aunque la relación de estas reacciones químicas con el origen de la teoría de la vida sigue siendo especulativa, los estudios en esta área han llevado al descubrimiento de nuevas vías hacia compuestos orgánicos derivados de la condensación de HCN (por ejemplo, adenina ). [48]
Se ha detectado HCN en el medio interestelar [49] y en las atmósferas de estrellas de carbono . [50] Desde entonces, amplios estudios han investigado las vías de formación y destrucción del HCN en diversos entornos y han examinado su uso como trazador para una variedad de especies y procesos astronómicos. El HCN puede observarse desde telescopios terrestres a través de varias ventanas atmosféricas . [51] Se han observado las transiciones rotacionales puras J=1→0, J=3→2, J= 4→3 y J=10→9 . [49] [52] [53]
El HCN se forma en las nubes interestelares a través de una de dos vías principales: [54] mediante una reacción neutral-neutra (CH 2 + N → HCN + H) y mediante recombinación disociativa (HCNH + + e − → HCN + H). La vía de recombinación disociativa es dominante en un 30%; sin embargo, el HCNH + debe estar en su forma lineal. La recombinación disociativa con su isómero estructural, H 2 NC + , produce exclusivamente isocianuro de hidrógeno (HNC).
El HCN se destruye en las nubes interestelares mediante diversos mecanismos que dependen de su ubicación en la nube. [54] En las regiones dominadas por fotones (PDR), domina la fotodisociación, lo que produce CN (HCN + ν → CN + H). A mayores profundidades, domina la fotodisociación por rayos cósmicos, lo que produce CN (HCN + cr → CN + H). En el núcleo oscuro, dos mecanismos competitivos lo destruyen, formando HCN + y HCNH + (HCN + H + → HCN + + H; HCN + HCO + → HCNH + + CO). La reacción con HCO + domina por un factor de ~3,5. El HCN se ha utilizado para analizar una variedad de especies y procesos en el medio interestelar. Se ha sugerido como trazador de gas molecular denso [55] [56] y como trazador de flujo estelar en regiones de formación de estrellas de alta masa. [57] Además, se ha demostrado que la relación HNC/HCN es un método excelente para distinguir entre PDR y regiones dominadas por rayos X (XDR). [58]
El 11 de agosto de 2014, los astrónomos publicaron estudios, utilizando por primera vez el Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) , que detallaban la distribución de HCN, HNC , H2CO y polvo dentro de las comas de los cometas C/2012 F6 ( Lemmon) y C/2012 S1 (ISON) . [59] [60]
En febrero de 2016, se anunció que se habían encontrado rastros de cianuro de hidrógeno en la atmósfera de la caliente SuperTierra 55 Cancri e con el telescopio espacial Hubble de la NASA . [61]
El 14 de diciembre de 2023, los astrónomos informaron del descubrimiento por primera vez, en las columnas de Encelado , luna del planeta Saturno , de cianuro de hidrógeno, una posible sustancia química esencial para la vida [62] tal como la conocemos, así como otras moléculas orgánicas , algunas de los cuales aún deben identificarse y comprenderse mejor. Según los investigadores, "estos compuestos [recién descubiertos] podrían potencialmente sustentar comunidades microbianas existentes o impulsar síntesis orgánicas complejas que conduzcan al origen de la vida ". [63] [64]
En la Primera Guerra Mundial , el cianuro de hidrógeno fue utilizado por los franceses a partir de 1916 como arma química contra las potencias centrales , y por los Estados Unidos e Italia en 1918. No se demostró que fuera lo suficientemente eficaz debido a las condiciones climáticas. [65] [66] El gas es más ligero que el aire y se dispersa rápidamente en la atmósfera. La dilución rápida hizo poco práctico su uso en el campo. Por el contrario, los agentes más densos como el fosgeno o el cloro tendían a permanecer a nivel del suelo y hundirse en las trincheras de los campos de batalla del frente occidental. En comparación con estos agentes, el cianuro de hidrógeno tenía que estar presente en concentraciones más altas para que fuera mortal.
Una concentración de cianuro de hidrógeno de 100 a 200 ppm en el aire respirable matará a un ser humano en 10 a 60 minutos. [67] Una concentración de cianuro de hidrógeno de 2000 ppm (aproximadamente 2380 mg/m 3 ) matará a un ser humano en aproximadamente un minuto. [67] El efecto tóxico es causado por la acción del ion cianuro, que detiene la respiración celular . Actúa como un inhibidor no competitivo de una enzima de las mitocondrias llamada citocromo c oxidasa . Como tal, el cianuro de hidrógeno figura comúnmente entre las armas químicas como agente sanguíneo . [68]
La Convención sobre Armas Químicas la incluye en la Lista 3 como un arma potencial que tiene usos industriales a gran escala. Los países firmantes deben declarar plantas de fabricación que produzcan más de 30 toneladas métricas por año y permitir la inspección por parte de la Organización para la Prohibición de Armas Químicas .
Quizás su uso más infame es el Zyklon B (en alemán: ciclón B , donde B significa Blausäure – ácido prúsico; también, para distinguirlo de un producto anterior conocido más tarde como Zyklon A), [69] utilizado en los campos de exterminio nazis alemanes durante Segunda Guerra Mundial para matar en masa a judíos y otras minorías perseguidas como parte de su programa de genocidio de la Solución Final . El cianuro de hidrógeno también se utilizó en los campos para despiojar la ropa en un intento de erradicar enfermedades transmitidas por piojos y otros parásitos. Uno de los productores checos originales continuó fabricando Zyklon B bajo la marca "Uragan D2" [70] hasta aproximadamente 2015. [71]
Durante la Segunda Guerra Mundial , Estados Unidos consideró usarlo, junto con el cloruro de cianógeno , como parte de la Operación Caída , la invasión planificada de Japón, pero el presidente Harry Truman decidió no hacerlo y utilizó en su lugar las bombas atómicas desarrolladas por el Proyecto secreto Manhattan . [72]
El cianuro de hidrógeno también fue el agente empleado en las ejecuciones judiciales en algunos estados de Estados Unidos , donde se producía durante la ejecución por la acción del ácido sulfúrico sobre el cianuro de sodio o potasio . [73]
Bajo el nombre de ácido prúsico , el HCN se ha utilizado como agente letal en arpones de caza de ballenas , aunque resultó bastante peligroso para la tripulación que lo utilizaba y fue rápidamente abandonado. [14] Desde mediados del siglo XVIII se utilizó en numerosos asesinatos por envenenamiento y suicidios. [74]
El gas cianuro de hidrógeno en el aire es explosivo en concentraciones superiores al 5,6%. [75]