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次氯酸

次氯酸(Hypochloric acid)是氯的含氧酸,是一种不稳定的弱酸化学式为HClO,其中氯元素为+1价。通常以水溶液的形式存在,其浓溶液呈黄绿色,稀溶液则为无色,带有氯臭味。次氯酸极不稳定,遇光易分解为氯化氢氧气。次氯酸是一种强氧化剂,具有强氧化能力和漂白能力,次氯酸的钙盐即为常用的漂白粉。次氯酸可以通过氯气氧化汞反应和氯气与水反应制成。

次氯酸适用于物体表面、织物等污染物品以及水、果蔬和食饮具等的消毒,还可用于室内空气、二次供水设备设施表面、手、皮肤和黏膜的消毒。是哺乳动物体内的一种内源性抗菌剂,通过破坏脱氧核糖核酸、使蛋白质变性和酶失活等作用杀灭细菌。还能使染料和有机色质褪色,一般用作漂白剂氧化剂、除臭剂和化学消毒剂。在生物学中,嗜中性免疫细胞(neutrophil)会产生次氯酸,用来杀灭细菌。

相关历史

次氯酸的发现,是伴随着发现氯气的历史共同发展和进步的。1785年法国化学家C.-L.贝托莱在研究时发现氯水露置在日光下,可以分解,生成盐酸,放出氧气,他就将这个变化当作的简单分解。其实,氯气的发现是通过对次氯酸的研究逐渐进步的,而在探寻氯气的过程中,人们也对次氯酸的性质有了进一步的发现。

18世纪末,人们开始认识到次氯酸钠溶液有杀菌作用。1820年确定了活性氯最佳浓度。1914年次氯酸钠溶液开始在人体上使用。1976年Harrison等首次在免疫细胞氧化爆发过程中证实了次氯酸具有极其显著的杀菌作用。但是次氯酸钠溶液对皮肤的刺激性及不稳定性也限制了其应用。20世纪初,抗生素的发明和使用,逐渐代替了次氯酸类产品在创面抗菌治疗领域的应用。

应用领域

消毒领域

次氯酸化学消毒剂不仅适用于医疗卫生机构、公共场所和家庭的普通物体表面、医疗器械、医疗废物、食炊具、织物、果蔬和水等的消毒,也适用于疫源地各种污染物的处理,还可用于室内空气、二次供水设备设施表面、手、皮肤和黏膜的消毒。

医疗行业

次氯酸是哺乳动物体内的一种内源性抗菌剂,通过破坏脱氧核糖核酸、使蛋白质变性和酶失活等作用杀灭细菌。HClO具有天然来源、起效快、抗菌谱广、不产生耐药性及毒性低等优点,但其物质不稳定,易分解成杀菌效果较弱的次氯酸根离子,临床应用有限。随着HClO制备技术的发展,稳定性更好的HClO化学消毒剂逐步面市,在抗生素滥用导致耐药菌株逐渐增多的背景下, HClO重新获得临床医师的关注。含HClO的商品化冲洗液、敷料等已被证实对糖尿病足感染、下肢溃疡烧伤感染、坏死性筋膜炎等有良好的治疗效果,口腔科也应用次氯酸盐作为根管治疗冲洗液。

化工领域

次氯酸可以用于制造氯代醇(如氯乙醇)和氯代异氰尿酸(如二氯异尿酸盐和三氯异氰尿酸等消毒、漂白用品),也可以用于制备次氯酸钠等含氯消毒剂。

水处理

次氯酸可以用于水处理和杀菌。次氯酸是一种强氧化剂,能杀死水里的细菌,所以自来水常用氯气(1升水里通入约0.002克氯气)来杀菌消毒。也被广泛用于游泳池的含氯消毒剂产品中。

其他领域

次氯酸能使染料和有机色质褪色,一般用作漂白剂、氧化剂、除臭剂和消毒剂。在生物学中,嗜中性白细胞(neutrophil)会产生次氯酸,用来杀灭细菌。

抑菌机理

次氯酸是生物体内一种重要的活性氧(ROS),可以与脱氧核糖核酸核糖核酸脂肪酸、胆固醇和蛋白质等多种生物分子发生反应,具有很强的抗菌功能。次氯酸是一种高活性氧化剂,可以氧化修饰细胞内外的硫醇、芳族基和胺类等基团,透过细菌细胞膜进行急速扩散,氧化攻击关键的胞浆成分,并生成反应性非常高的单线态氧、羟基自由基及其他氧化剂, 而这些物质可迅速导致细菌功能障碍和死亡,具有毫秒级的杀菌能力。人体中次氯酸是通过活化中性粒细胞来源的绿过氧化物酶过氧化氢介导氯离子进行氧化反应生成的,是人体先天免疫系统中的重要组成部分。

次氯酸具有广谱的抗微生物活性,且能迅速杀死微生物,其机制在于:①次氯酸分子小且不带电荷,可以快速穿透微生物细胞膜,使细胞壁组分脂质瓦解,破坏细菌细胞壁和细胞膜上的质子梯度,使细菌无法产生三磷酸腺苷而死亡。②次氯酸可与含硫和血红素的膜酶和结构蛋白产生不可逆反应,致使细菌线粒体的呼吸链损失,最终导致细胞无活力或者死亡。③次氯酸与某些蛋白质的巯基基团发生不可逆的结合,从而可以损害细菌酶和蛋白质的功能以及导致核酸变性等,影响细菌新陈代谢功能障碍,最终失去活性。次氯酸对病毒灭活则是由于次氯酸作用于病毒的壳体蛋白质或核酸。

理化性质

物理性质

次氯酸通常以水溶液的形式存在,其浓溶液呈黄色,稀溶液则为无色。带有非常刺鼻的、类似氯气的气味。

化学性质

不稳定性

次氯酸有两种基本的分解反应:

在加热条件下,次氯酸会分解为氯化氢和氯酸。

次氯酸遇光或加催化剂反应会分解为氯化氢和氧气。

强氧化性

次氯酸具有强氧化性,能氧化还原性物质(如Na2SO3,FeCl2,HCl,NH3,KI,C7H7O4N(石蕊)等),使有色布条、品红褪色,并能使石蕊溶液变为无色液体。如:

弱酸性

次氯酸中存在化学平衡:

次氯酸是一种弱酸,比碳酸还弱,电离常数Ka=3.0×10-8

次氯酸可与碱反应生成盐和水。

与有机物反应

次氯酸可将有机色素漂白为无色或显色弱的物质。

乙烯反应可生成氯乙醇

合成方法

氯气与氧化汞反应

将HgO和水放入烧瓶中进行混合。在冰冷却条件下,向反应混合物通入氯气。反应结束后可得到HgCl2和HCIO的混合物。在真空及35~40℃下,从HgCl2溶液中蒸得HCIO水溶液。注意反应物与蒸馏液应避免受到阳光照射。为除去溶解氯需往溶液中通入CO2。

氯气与水反应

将氯气通入冷水中,使之饱和而得。

安全事宜

健康危害

次氯酸进入血液中会引起全身中毒,吞食会激烈地刺激胃。含氯消毒剂的过量使用使人们过度地暴露于HClO/ClO-,从而引起哮喘、食管炎喉炎和自发性呕吐。并且生命体内过量的HClO/ClO- 会导致蛋白质糖类脂类等生物基本成分被大量破坏,从而导致与之相关的组织和细胞的凋亡或坏死,进一步增加阿尔兹海默症、神经退行性疾病、糖尿病心血管疾病、风湿性关节炎和癌症等疾病的发生风险。

参考资料

Hypochlorous acid.PubChem.2023-03-06

国家卫生健康委办公厅关于印发消毒剂使用指南的通知. 中华人民共和国国家卫生健康委员会.2023-09-16

次氯酸.中国大百科全书.2023-09-13