氯胺
氯气遇氨气生成的一类化合物
氯胺(Chloramine),化学式为NH2Cl,是一种无机化合物,由次氯酸(HOCI)与胺、酰胺、亚胺或酰亚胺反应而产生。氯胺为白色或微黄色结晶粉末,易溶于水,刺激性小,本身亦有直接杀菌作用。
在水中投氯后生成的次氯酸,能与加入的氨(NH3)作用生成一氯胺或二氯胺,此反应为可逆,氯胺仍能水解生成次氯酸。但水解作用缓慢,受氯氨比、水温及pH等影响。氯胺的氧化作用较氯为弱,故杀菌持续时间较长,维持水中余氯量较久。在水中含有机物较多、供水管道较长时,采用氯胺消毒尤为适宜。氯胺消毒还可以减轻和防止氯酚臭味的产生。2017年10月27日,世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考,氯胺在3类致癌物清单中。
物理化学性质
氯胺的熔点为-66℃,密度为1.18g/cm3,折射率为1.394。它是一种无色至黄色的液体,易溶于水和醚,但不溶于氯仿和四氯化碳。氯胺在水中的易水解,反应式为NH2Cl+H2O=NH3+HClO。由于其不稳定性,其沸点无法测量。
水处理
饮用水消毒
氯胺在低浓度下常用于市政供水系统的二级消毒,作为氯气的替代品。与氯气相比,氯胺更稳定,不易在水中被浪费。它与有机化合物反应形成有机氯化合物的趋势较小,但依旧存在。这些有机氯化合物包括氯仿和四氯化碳,已被确定为致癌物质。美国国家环境保护局从1979年起开始管控饮用水中的这些有机氯化合物的浓度。然而,一些不受管制的副产品有可能造成更大的健康风险。以氯胺净水亦可能增加饮用水中铅含量,尤其是对于老旧住宅而言。暴露于此种高铅浓度的条件下,或导致血液中铅含量增加,并可能造成重大健康风险。
游泳池消毒
在游泳池中,氯胺通过游离氯与诸如尿液、汗液、皮肤细胞等物质当中的有机物反应而生成。相对比起游离氯,其杀菌效果较差;而且若不能适当地控制,其对于游泳者的眼睛亦会具有更强的刺激性。氯胺也是游泳池中独特的“氯”的味道的来源。一些为私人游泳池设计的测试工具无法区分游离氯与氯胺,这或导致游泳池中的氯胺浓度不适当。亦有证据显示,暴露于氯胺会引起游泳者的呼吸道问题,包括哮喘。对于竞技游泳运动员,呼吸道问题常见而普遍。
安全性
美国国家环境保护局(EPA)制定的饮用水水质标准限制公众供水系统中氯胺含量不得多于 4 ppm。为了达到EPA规定的卤化消毒副产物限量标准,许多公用事业部门正在把净化方式从氯化转向氯胺化。虽然氯胺化产生的卤化消毒副产物较少,但可产生更高浓度的未受管控的含碘副产物及N-亚硝基二甲胺;此二者皆已被证明具有遗传毒性。用作血液透析、养殖、水耕栽培及自酿啤酒时,应当设法除去水中的氯胺。在用作透析时,若氯胺进入血液中,可能会导致溶血性贫血。若水耕栽培的培养液中混入氯胺,则会延缓植物的生长。
制备
氯胺可以透过氨与次氯酸根反应制得:NH3 + ClO− → NH2Cl + OH−。此反应必须在弱碱性 (pH 8.5–11)的环境下进行。进行反应的氯化剂是次氯酸,其通过氢离子和次氯酸根反应生成,而后参与氨取代产生氢氧根的亲核取代反应。此反应在 pH 约为8时反应最快;若 pH 过高,则次氯酸浓度过小;若 pH 过低,则氨形成铵根,而后者不发生上述反应。氯胺可通过真空蒸馏,并将蒸汽通过碳酸钾(干燥剂)浓缩。氯胺也可以通过乙醚萃取。气态氯胺亦可通过氨气和氯气反应得到(过程中用氮气稀释):2 NH3(g) + Cl2(g) ⇌ NH2Cl(g) + NH4Cl(s)。纯氯胺可将氟胺吹过氯化钙得到:2 NH2F + CaCl2 → 2 NH2Cl + CaF2。
分子结构数据
摩尔折射率:10.43
摩尔体积(cm3/mol):43.5
等张比容(90.2K):99.6
表面张力(dyne/cm):27.2
极化率(10-24cm3):4.13
计算化学数据
疏水参数计算参考值(XlogP):0.1
氢键供体数量:1
氢键受体数量:1
可旋转化学键数量:0
互变异构体数量:0
拓扑分子极性表面积:26
重原子数量:2
表面电荷:0
复杂度:2
同位素原子数量:0
确定原子立构中心数量:0
不确定原子立构中心数量:0
确定化学键立构中心数量:0
不确定化学键立构中心数量:0
共价键单元数量:1
目录
概述
物理化学性质
水处理
饮用水消毒
游泳池消毒
安全性
制备
分子结构数据
计算化学数据
参考资料