חומצה תקופתית (HIO4): מבנה, תכונות ושימושים - כִּימִיָה - 2025

החומצה התקופתית היא oxyacid, אשר תואמת את מצב החמצון השביעי של יוד. זה קיים בשתי צורות: אורתופרודיודי (H ₅ IO ₆ ) וחומצה מטאפרודיונית (HIO ₄ ). הוא התגלה בשנת 1838 על ידי הכימאים הגרמנים HG מגנוס ו- CF Ammermüller.

בתמיסות מימיות מדוללות, חומצה תקופתית היא בעיקר בצורה של חומצה מטאפרודיונית ויון הידרוניום (H ₃ O ⁺ ). בינתיים, בתמיסות מימיות מרוכזות מופיעה חומצה תקופתית כחומצה אורתופרודידית.

גבישים היגרוסקופיים של חומצה אורתופרודידית. מקור: Leiem, מתוך Wikimedia Commons

שתי הצורות של חומצה תקופתית קיימות בשיווי משקל כימי דינאמי, הצורה השולטת ביותר תלויה בחומציות הקיימות בתמיסה המימית.

בתמונה העליונה נראית חומצה אורתופרודידית, המורכבת מגבישים היגרוסקופיים חסרי צבע (מסיבה זו הם נראים רטובים). למרות שהנוסחאות והמבנים בין H ₅ IO ₆ ל- HIO ₄ נראים במבט ראשון שונים מאוד, השניים קשורים ישירות למידת ההידרציה.

ניתן לבטא H ₅ IO ₆ כ- HIO ₄ ∙ 2H ₂ O, ולכן יש להתייבש כדי להשיג HIO ₄ ; אותו דבר קורה בכיוון ההפוך, כאשר מיוצר לחות HIO ₄ , H ₅ IO ₆ .

מבנה של חומצה תקופתית

חומצה מטאפרודיונית. מקור: Benjah-bmm27 דרך Wikipedia.

התמונה העליונה מציגה את המבנה המולקולרי של חומצה מטאפרודיונית, HIO ₄ . זו הצורה שמוסברת ביותר בטקסטים של כימיה; עם זאת, זה הכי פחות יציב תרמודינמית.

כפי שניתן לראות, הוא מורכב מטרטרהדרון שבמרכזו אטום היוד (כדור סגול), ואטומי החמצן (כדוריים אדומים) בקודקודיו. שלושה מאטומי החמצן יוצרים קשר כפול עם יוד (I = O), ואילו אחד מהם יוצר קשר יחיד (I-OH).

מולקולה זו חומצית עקב נוכחותה של קבוצת OH ויכולה לתרום יון H ⁺ ; ועל אחת כמה וכמה כאשר המטען החלקי החיובי של H גדול יותר בגלל ארבעת אטומי החמצן הנקשרים ליוד. שימו לב ש- HIO ₄ יכול ליצור ארבעה קשרי מימן: אחד דרך ה- OH (סופגנייה) ושלושה דרך אטומי החמצן שלו (מקבל).

מחקרים קריסטלוגרפיים הראו כי יוד יכול למעשה לקבל שני אוקסיגנים ממולקולת HIO ₄ שכנה . בכך מתקבלים שני אוקטאתדרה IO ₆ המקושרים על ידי שני איגרות חוב של IOI בתנוחות cis; כלומר, הם נמצאים באותו צד ואינם מופרדים בזווית של 180 מעלות.

אוקטתדרה IO ₆ אלה מקושרים בצורה כזו שהם בסופו של דבר מייצרים שרשראות אינסופיות, שכאשר הם מתקשרים זה עם זה הם "מחמשים" את גביש HIO ₄ .

חומצה אורתופרודידית

חומצה אורתופרודידית. מקור: Benjah-bmm27 דרך Wikipedia.

התמונה למעלה מציגה את הצורה היציבה וההתייבשת ביותר של חומצה תקופתית: חומצה אורתופרודידית, H ₅ IO ₆ . הצבעים עבור דגם זה של מוטות וכדורים זהים ל- HIO ₄ שהוסבר זה עתה. כאן תוכלו לראות ישירות איך נראה נפט IO ₆ אוקטדרון .

שימו לב שיש חמש קבוצות OH, המתאימות לחמשת יוני H ⁺ שיכולים באופן תיאורטי לשחרר את מולקולת H ₅ IO ₆ . עם זאת, עקב הגדלת הדחיות האלקטרוסטטיות, הוא יכול רק לשחרר שלושה מתוך החמישה הללו, ובכך ליצור שיווי משקל שונים של ניתוק.

חמש קבוצות OH אלה מאפשרות ל- H ₅ IO ₆ לקבל מולקולות מים שונות, ומסיבה זו גבישיה היגרוסקופיים; כלומר הם סופגים את הלחות שנמצאת באוויר. הם אחראים גם לנקודת ההיתוך הגבוהה במידה ניכרת עבור תרכובת בעלת אופי קוולנטי.

מולקולות H ₅ IO ₆ יוצרים קשרים רבים עם מימן זה עם זה, ולכן הם מעניקים כיווניות כזו המאפשרת גם לסדר אותם במרחב מסודר. כתוצאה מסידור זה, H ₅ IO ₆ יוצר גבישים מונוקליניים.

נכסים

משקולות מולקולריות

חומצה מטפרודיאית: 190.91 גרם / מול.

-חומצה ארתרופריתית: 227.941 גרם / מול.

מראה חיצוני

מוצק לבן או צהוב בהיר, עבור HIO ₄ , או גבישים חסרי צבע, עבור H ₅ IO ₆ .

נקודת המסה

128 מעלות צלזיוס (263.3 מעלות צלזיוס, 401.6 מעלות צלזיוס).

נקודת הצתה

140 מעלות צלזיוס

יַצִיבוּת

יַצִיב. מחמצן חזק. מגע עם חומרים דליקים עלול לגרום לשריפה. היגרוסקופי. לא תואם חומרים אורגניים וחומרי הפחתה חזקים.

pH

1.2 (תמיסה של 100 גרם / ליטר מים בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס).

תגובתיות

חומצה תקופתית מסוגלת לשבור את הקשר של דיולות ויסינליות הקיימות בפחמימות, גליקופרוטאינים, גליקוליפידים וכו ', ומקורם בשברים מולקולריים עם קבוצות אלדהידים סופניים.

תכונה זו של חומצה תקופתית משמשת לקביעת מבנה הפחמימות, כמו גם נוכחות של חומרים הקשורים לתרכובות אלה.

האלדהידים הנוצרים כתוצאה מתגובה זו יכולים להגיב עם המגיב של שיף, ולגלות נוכחות של פחמימות מורכבות (הם הופכים לסגולים). חומצה תקופתית והריגנט של שיף מחוברים לרייגנט המקוצר PAS.

מִנוּחַ

מָסוֹרתִי

לחומצה המחזורית יש שמה מכיוון שיוד עובד עם הגבוה ביותר בערכיו: +7, (VII). זו הדרך של שמותה על פי המינוח הישן (זה המסורתי).

בספרי כימיה הם תמיד מציבים את HIO ₄ כמייצג היחיד של חומצה תקופתית, כשהם נרדפים לחומצה המטאפרודידית.

חומצה מטאפרודיונית חייבת את שמה לעובדה שאנhydrid יודה מגיבה עם מולקולת מים; כלומר דרגת ההידרציה שלו היא הנמוכה ביותר:

I ₂ O ₇ + H ₂ O => 2HIO ₄

בעוד להיווצרות חומצה אורתופרודידית, I ₂ O ₇ חייב להגיב עם כמות גבוהה יותר של מים:

I ₂ O ₇ + 5H ₂ O => 2H ₅ IO ₆

מגיב עם חמש מולקולות מים במקום אחת.

המונח ortho- משמש אך ורק לשם התייחסות ל- H ₅ IO ₆ , ולכן חומצה תקופתית מתייחסת רק ל- HIO ₄ .

שיטתיות ומלאי

שמות אחרים ופחות נפוצים עבור חומצה תקופתית הם:

-טרטרוקסיוד-מימן (VII).

חומצה-טטרה-אוקסיוד (VII)

יישומים

רופאים

מכתים PAS. מקור: לא סופק מחבר קריא במכונה. KGH הניחה (בהתבסס על טענות בזכויות יוצרים).

כתמי PAS סגולים המתקבלים בתגובה של חומצה תקופתית עם פחמימות משמשים לאישור מחלת אגירת גליקוגן; למשל, מחלת פון גירק.

הם משמשים במצבים רפואיים הבאים: מחלת פאג'ט, סרקומה של החלק הרך למראה, גילוי אגרגטים לימפוציטים בפטריות של mycosis ובתסמונת Sezany.

הם משמשים גם במחקר של אריתולוקמיה, לוקמיה בלאדמה של תאי דם אדומים. תאים מכתימים פוקסיה בהירה. בנוסף משתמשים במחקר זיהומים פטרייתיים חיים, ומכתים את דפנות הפטריות בצבע מגנטה.

במעבדה

הוא משמש לקביעת הכימיקלים של מנגן, בנוסף לשימוש בו בסינתזה אורגנית.

-חומצה פרודיונית משמשת כנוגד חמצון סלקטיבי בתחום תגובות כימיה אורגניות.

חומצה פרודית עשויה לייצר שחרור של אצטאלדהיד ואלדהידים גבוהים יותר. בנוסף, חומצה תקופתית יכולה לשחרר פורמלדהיד לגילוי ובידוד, כמו גם לשחרור אמוניה מחומצות הידרוקסימינו.

-פתרונות חומצה פרודית משמשים במחקר על נוכחות חומצות אמינו שיש _קבוצות OH ו- NH ₂ במיקומים סמוכים. תמיסת חומצה תקופתית משמשת בשילוב עם אשלגן פחמתי. בהקשר זה, סרין היא חומצת ההידרוקסימינו הפשוטה ביותר.

הפניות

1. גבירה חוסה ולייג'ו. (24 באוקטובר 2017). משמעות הקידומות מטא, פירו ואורטו בנוטיקה הישנה. התאושש מ: triplenlace.com
2. Gunawardena G. (17 במרץ, 2016). חומצה תקופתית. כימיה LibreTexts. התאושש מ: chem.libretexts.org
3. ויקיפדיה. (2018). חומצה תקופתית. התאושש מ: en.wikipedia.org
4. Kraft, T. ו- Jansen, M. (1997), קביעת מבנה גבישית של חומצה מטפרודיאית, HIO4, עם הפרעות רנטגן משולבות וניוטרון. אנג. כימ"ש אנגל, 36: 1753-1754. doi: 10.1002 / anie.199717531
5. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
6. Martin, AJ, and Synge, RL (1941). כמה יישומים של חומצה תקופתית לחקר חומצות הידרוקסימינו של הידרוליזה של חלבון: שחרור של אצטאלדהיד ואלדהידים גבוהים יותר על ידי חומצה תקופתית. 2. איתור ובידוד של פורמלדהיד המשוחרר על ידי חומצה תקופתית. 3. אמוניה מפוצלת מחומצות הידרוקסימינו על ידי חומצה תקופתית. 4. שבריר חומצת ההידרוקסימינו של צמר. 5.; הידרוקסיאלין "עם נספח מאת פלורנס א. בל מעבדת פיזיקת טקסטיל, אוניברסיטת לידס. כתב העת הביוכימי, 35 (3), 294-314.1.
7. אסימה. Chatterjee ו- SG Majumdar. (1956). שימוש בחומצה תקופתית לגילוי ואיתור בלתי רווי אתילני. כימיה אנליטית 1956 28 (5), 878-879. DOI: 10.1021 / ac60113a028.