پتاسیم سیانید

پتاسیم سیانید (KCN) یکی از ترکیبات شیمیایی مهم و همچنین خطرناک می باشد که فرمول شیمیایی آن KCN است. این ماده ظاهری نمکی بی‌رنگ و کریستالی دارد و شباهت ظاهری بسیاری به شکر دارد، اما سمیت بالای این ماده آن را به یکی از مواد ممنوعه در بسیاری از کاربردهای روزمره تبدیل کرده است. پتاسیم سیانید از یون پتاسیم (K⁺) و یون سیانید (CN⁻) تشکیل شده و به دلیل حلالیت بالای خود در آب، به راحتی در محلول‌های آبی تجزیه می‌شود و گاز سمی هیدروژن سیانید (HCN) تولید می‌کند. این ترکیب در صنایع مختلفی، به ویژه در معدن و شیمی آلی، نقش مهمی ایفا دارد، اما استفاده از آن نیازمند رعایت اصولی استانداردهای ایمنی می باشد. تولید جهانی آن حدود ۵۰ هزار تن در سال تخمین زده می‌شود و عمدتاً برای استخراج فلزات گران‌بها به کار می‌رود. در این مقاله، به بررسی انواع و اشکال مختلف پتاسیم سیانید، کاربردهای متنوع آن، روش‌های تولید و همچنین خطرات مرتبط با آن می‌پردازیم.

انواع و اشکال پتاسیم سیانید:

پتاسیم سیانید بر اساس اشکال فیزیکی، گریدهای خلوص و کاربردهای خاص، به انواع مختلفی تقسیم‌بندی می شود. اصلی‌ترین شکل آن، جامد کریستالی سفید است که به صورت گرانول یا پودر ریز ارائه می‌شود. این شکل شبیه به شکر دانه‌ریز می باشد و به دلیل جذب رطوبت هوا، باید در ظروف دربسته نگهداری شود. در محیط مرطوب، به آرامی هیدرولیز شده و HCN آزاد می‌کند، که بوی تلخ ایجاد می‌کند.

از نظر گریدهای صنعتی و آزمایشگاهی، پتاسیم سیانید به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شود:

-گرید خالص(Puriss. p.a. یا ACS Reagent): با خلوص بیش از ۹۷ درصد، برای کاربردهای علمی و شیمیایی دقیق استفاده می‌شود و ناخالصی‌های فلزی سنگین در آن حداقل است.

– گرید صنعتی (Technical Grade) : خلوص حدود ۹۵ درصد، برای فرآیندهایی با مقیاس بزرگ مانند معدن‌کاری مناسب است. این گرید ارزان‌تر است اما ممکن است حاوی ناخالصی‌هایی مانند سولفات یا کلرید باشد.

– گرید نیمه‌هادی (Semiconductor Grade): با خلوص ۹۹.۹۹۹ درصد و حاوی مهارکننده‌هایی مانند پتاسیم استانات، برای ساخت قطعات الکترونیکی به کار می‌رود.

– نانوپودر و اشکال پیشرفته: در تحقیقات نانوتکنولوژی، به صورت ذرات زیرمیکرونی تولید می‌شوند تا واکنش‌پذیری بسیار زیادی داشته باشد.

علاوه بر اشکال جامد، پتاسیم سیانید به صورت محلول آبی (۳۰-۳۲ درصد وزنی) نیز موجود می باشد، که برای حمل‌ونقل ایمن‌تر است اما همچنان سمی می باشد.

خواص شیمیایی پتاسیم سیانید:

پتاسیم سیانید یک نمک قلیایی و عامل کاهنده قوی می باشد.

جرم مولی: ۶۵.۱۲ گرم بر مول

نقطه ذوبC: ۶۳۴.۵°

نقطه جوشC: ۱۶۲۵°

حلالیت پتاسیم سیانید در آب زیاد (۷۱.۶ گرم در ۱۰۰ میلی‌لیتر در ۲۵ درجه سلسیوس) می باشد، در حالی که در الکل (۰.۵۷ گرم در ۱۰۰ میلی‌لیتر) انحلال پذیری کمتری دارد. در محلول آبی، به یون‌های K⁺ و CN⁻ تجزیه می‌شود و pKa آن ۱۱ می باشد، که این یعنی طبیعت بازی ضعیفی دارد.

از نظر ساختار کریستالی، شبیه به کلرید سدیم است، اما یون‌های CN⁻ در دماهای بالا به سرعت می‌چرخند و ظاهری کروی ایجاد می‌کنند. در دماهای پایین و فشار بالا، چرخش محدود شده و ساختار نامتقارن‌تری تشکیل می‌دهد. آنتالپی تشکیل آن −۱۳۱.۵ کیلوژول بر مول و آنتروپی ۱۲۷.۸ ژول بر کلوین بر مول است. واکنش‌پذیری آن شامل تولید HCN با اسیدها، تشکیل کمپلکس‌های فلزی مانند [Au(CN)₂]⁻ و استفاده در سنتز نیتریل‌ها است. با هیدروژن پراکسید، به سیانات پتاسیم (KOCN) تبدیل می‌شود.

KCN + H₂O₂ → KOCN + H₂O

این خواص، پتاسیم سیانید را به یک معرف چندمنظوره در شیمی تبدیل کرده است.

کاربردهای پتاسیم سیانید:

1. استخراج طلا و نقره: در فرآیند سیانیداسیون، KCN برای استخراج طلا و نقره از سنگ‌های کم‌عیار استفاده می‌شود.

4KOH+4K[Au(CN)₂] →2 H₂O+O₂+8KCN+4Au

واکنش بالا کمپلکس محلول تولید می‌کند که بیش از ۹۰ درصد طلای جهان را فراهم می‌کند.

2. شیمی آلی KCN: در سنتز نیتریل‌ها (R-CN)، هیدانتوئین‌ها (داروهای ضدتشنج) و واکنش بنزوئین برای تولید α-هیدروکسی‌کتون‌ها استفاده می شود. این ترکیبات در صنعت داروسازی و پلیمری استفاده می‌شوند.

3. آبکاری فلزات: در آبکاری الکترولیتی، KCN برای رسوب‌دهی روی جواهرات و قطعات الکترونیکی به کار می‌رود، به دلیل تشکیل کمپلکس‌های پایدار مانند [Au(CN)₂]⁻

4. عکاسی سنتی: نقره هالیدها را در فرآیند کلودیون حل کرده و تصاویر را تثبیت می‌کند، هرچند امروزه دیگر این روش رایج نیست.

5. تحلیل شیمیایی  KCN:برای شناسایی فلزات سنگین در آب و فاضلاب با تشکیل کمپلکس‌های قابل انحلال استفاده می‌شود.

6. کشاورزی و دفع آفات: در گذشته به‌عنوان حشره‌کش و جوندگان‌کش در انبارها استفاده می‌شد، اما به دلیل سمی بودن، امروزه با مواد ایمن‌تر جایگزین شده است.

7. جواهرسازی: برای طلاکاری شیمیایی و صیقل‌دادن سطوح طلا و نقره استفاده می شود.

8. تحقیقات نانوتکنولوژی: در سنتز نانوذرات فلزی و پوشش‌های نانویی به‌صورت نانوپودر استفاده می‌شود.

روش‌های تولید پتاسیم سیانید:

تولید پتاسیم سیانید معمولا از طریق روش‌های شیمیایی ساده اما خطرناک انجام می‌شود. روش مدرن اصلی، واکنش هیدروژن سیانید (HCN) با هیدروکسید پتاسیم (KOH) در محلول آبی است.

 HCN + KOH → KCN + H₂O که پس از واکنش، آب تحت خلأ تبخیر می شود و کریستال‌های KCN تولید می شوند. این فرآیند حدود ۵۰ هزار تن در سال تولید می‌کند و HCN مورد نیاز از آمونیاک و متان حاصل می شود.

روش جایگزین، واکنش فرمالامید با KOH است.

HCONH₂+ KOH→ KCN + 2H₂O

که برای مقیاس‌های کوچک‌تر مناسب است. در روش تاریخی (پیش از ۱۹۰۰)، از تجزیه فروسیانید پتاسیم  (K₄[Fe(CN)₆])  استفاده می‌شد  K₄[Fe(CN)₆] → 4KCN+N₂+FeC₂که با فرآیندCastner processجایگزین شد. در طی این فرآیند، آمونیاک، کربنات پتاسیم و زغال در دمای بالا واکنش می‌دهند تا  KCN به دست آید.

در مقیاس آزمایشگاهی، پتاسیم سیانید از سدیم سیانید با کلرید پتاسیم تهیه می‌شود، اما صنعتیاً، تمرکز بر ایمنی و بازیافت است. تولید HCN از  طریق اکسیداسیون آمونیاک (Andrussow process) امکان پذیر است:

2NH₃+3O₂+2CH₄ →2HCN+6H₂O

این روش‌ها کارآمد هستند، اما نیاز به تجهیزات ضدخوردگی و سیستم‌های خنثی‌سازی HCN دارند.

خطرات و ایمنی:

پتاسیم سیانید  همچون سیانور ماده‌ای بسیار سمی و کشنده می باشد. اگر کسی حدود ۲۰۰ تا ۳۰۰ میلی‌گرم از آن را بخورد یا استنشاق کند، ممکن است در عرض چند دقیقه جان خود را از دست بدهد. این ماده با جلوگیری از جذب اکسیژن توسط سلول‌های بدن باعث مواردی مثل سرگیجه، حالت تهوع، تشنج و در نهایت مرگ می‌شود.

خطرات اصلی:

– سمیت شدید: خوردن، استنشاق یا تماس پوستی با KCN خطرناک می باشد.

– آلودگی محیطی: برای ماهی‌ها و موجودات آبزی بسیار مضر می باشد.

– آتش‌سوزی و انفجار: در تماس با اسیدها، گاز سمی HCN ایجاد می شود که اشتعال پذیر است.

نکات ایمنی:

– همیشه از ماسک تنفسی، دستکش و عینک ایمنی استفاده کنید. داشتن تهویه مناسب در محیط کار ضروری است.

– در ظروف دربسته و دور از رطوبت و اسیدها نگه داری شود.

– در صورت مسمومیت، فوراً به پزشک مراجعه کنید. داروهایی مثل هیدروکسی‌کوبالامین یا تیوسولفات سدیم می‌توانند به درمان کمک کنند.

– برای دفع، از روش‌های شیمیایی مثل اکسیداسیون با پراکسید هیدروژن استفاده می‌شود تا رفع خطر شود.

مقررات:

 استفاده و حمل‌ونقل KCN تحت قوانین سختگیرانه ای می باشد و باید استانداردهای ایمنی رعایت شود.