tiểu luận giữa kì môn độc học môi trường đề tài độc học hidro xyanua

Vì những lý do trên mà bài tiểu luận của em sẽ tìm hiểu những vấn đề cơ bản của chất độc xyanua, con đường di chuyển trong môi trường cũng như khả năng tích lũy, chuyển hóa và phân giải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

ĐINH MỸ NGỌC TRÂM

TIỂU LUẬN GIỮA KÌ MÔN ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG

ĐỀ TÀI: ĐỘC HỌC HIDRO XYANUA

Chuyên ngành : Hóa vô cơ

Khóa : 22 (2019 – 2021)

Giảng viên: TS Nguyễn Tấn Lâm

MỞ ĐẦU

Với sự phát triển ngày càng lớn mạnh của các ngành công nghiệp và nhu cầu về các sản phẩm, hóa chất của con người ngày càng gia tăng Có cầu ắt sẽ có cung, nhưng việc cung ngày càng tăng dẫn tới nhu cầu về nguyên vật liệu cũng tăng và một hệ quả tất yếu là sự ô nhiễm môi trường Hàng trăm tấn chất thải được thải ra môi trường mà chưa qua xử lý hoặc xử lý kém hiệu quả và thiếu sự quản lý chặt chẽ của các cơ quan chức năng đã làm môi trường, hệ sinh thái ngày một suy thoái Một trong những chất thải cực độc và gây ảnh hưởng lớn đến hệ sinh thái cũng như con người hiện nay là xyanua Vậy xyanua là gì? Vì sao nó độc? Vì sao nó tác động xấu đến môi trường hiện nay ? Vì những lý do trên mà bài tiểu luận của em

sẽ tìm hiểu những vấn đề cơ bản của chất độc xyanua, con đường di chuyển trong môi trường cũng như khả năng tích lũy, chuyển hóa và phân giải sinh học của xyanua trong môi trường

NỘI DUNG

1 Giới thiệu chung về HCN

1.1 Lược sử về HCN

Hydro xyanua lần đầu tiên được tách từ một sắc tố xanh( Xanh Prussian), thứ được tìm thấy từ năm 1706, là một phức có cấu trúc polime Năm 1752, nhà hóa học người Pháp Pierre Macquer đã thực hiện một bước quan trọng khi chứng minh rằng Blue Prussian có thể được chuyển thành oxit sắt cộng với một thành phần dễ bay hơi và chúng có thể được sử dụng để tạo thành nó Thành phần mới này ngày nay được gọi là hydro xyanua Sau phát hiện của Macquer, lần đầu tiên

nó được điều chế từ xanh Phổ bởi nhà hóa học Thụy Điển Carl Wilhelm

Scheele vào năm 1782, và cuối cùng được đặt tên tiếng Đức là Blausäure ( lit "Axit xanh") vì bản chất axit của nó trong nước và có nguồn gốc từ màu xanh Prussian Trong tiếng Anh, nó được gọi phổ biến là axit prussic.

Năm 1787, nhà hóa học người Pháp Claude Louis Berthollet đã chỉ ra rằng axit prussic không chứa ôxy, một đóng góp quan trọng trong lý thuyết axit, cho đến nay đã mặc định rằng axit phải chứa ôxy Năm 1811, Joseph Louis Gay-Lussac đã điều chế ra hydro xyanua hóa lỏng Năm 1815, Gay-Lussac suy ra công thức hóa

học của axit Prussic Xyanua gốc trong hydro xyanua được đặt tên từ màu lục lam,

không chỉ là một từ tiếng Anh chỉ màu xanh lam mà từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là màu xanh lam cũng bời vì bắt nguồn từ Blue prussian

1.2.Đặc điểm cấu tạo và tính chất lý hóa của HCN

HCN là một phân tử mạch thẳng, có một liên kết 3 giữa cacbon và nito

Hiđro xianua có tính axit yếu với p K a là 9,2 Nó ion hóa một phần trong dung dịch nước để tạo ra anion xyanua , CN - Dung dịch của hydro xyanua

(HCN), được gọi là axit hydrocyanic Các muối của anion xyanua được gọi là

xyanua

HCN là chất lỏng, dễ bay hơi, có mùi hạnh nhân đắng

Rất dễ tan trong nước và cồn

Là chất độc cực mạnh tác dụng nhanh nhất trong tất cả các chất độc

Hấp thu tốt qua da, hệ tiêu hóa và hô hấp

1.3.Sản xuất và ứng dụng của HCN

Công nghiệp: HCN tạo thành bởi phản ứng acid + muối xyanua, sản phẩm phụ do đốt plastic, len, gỗ CN- còn được dùng trong dung dịch rửa ảnh và đánh bóng bạc

Nông nghiệp: Thuốc diệt côn trùng, diệt chuột

Hirdro Xyanua được sử dụng chủ yếu trong sản xuất các chất như adiponitrile, metyl metacrylate, chất tạo chelat, clorua cyanuric, methionine Hidro xyanua cũng được sử dụng làm chất khử trùng trong tàu thủy, toa xe lửa, các tòa nhà lớn, hầm chứa ngũ cốc và nhà máy bột mì, cũng như trong quá trình hun trùng đậu Hà Lan và hạt trong buồng chân không

Y học: được sửa dụng làm thuốc điều trị bệnh giãn mạch, bệnh giang mai Chiến tranh: do độc tính của HCN quá mạnh nên được sử dụng trong chiến tranh nhằm mục đích làm chất độc hóa học

Tự nhiên: trong tự nhiên, amygdalin hoặc cyanogenic glycoside (dẫn xuất) được tìm thấy trong hạt thực vật (hạnh nhân đắng, mơ…) khoai mì, măng tre

2 Nguồn tiếp xúc và phát thải HCN

Xyanua được giải phóng từ các chất tự nhiên trong một số loại thực phẩm và một số loại thực vật như sắn, đậu lima và hạnh nhân Hố và hạt của các loại trái cây thông thường, chẳng hạn như mơ, táo và đào, có thể chứa một lượng lớn hóa chất được chuyển hóa thành xyanua Các bộ phận ăn được của những cây này chứa lượng hóa chất này thấp hơn nhiều

Xyanua có trong khói thuốc lá và các sản phẩm cháy của các vật liệu tổng hợp như nhựa Sản phẩm cháy là chất được toả ra khi vật cháy

Trong sản xuất, xyanua được sử dụng để sản xuất giấy, hàng dệt và chất dẻo Nó có trong các hóa chất được sử dụng để phát triển các bức ảnh Muối xianua được sử dụng trong luyện kim để mạ điện, làm sạch kim loại và loại bỏ vàng khỏi quặng của nó Khí xyanua được sử dụng để tiêu diệt sâu bọ và sâu bọ trong tàu và các tòa nhà

Nếu vô tình nuốt phải, các hóa chất có trong các sản phẩm gốc acetonitrile dùng để tẩy móng tay giả có thể tạo ra xyanua khi cơ thể chuyển hóa

Hidro xyanua, dưới cái tên Zyklon B, đã được người Đức sử dụng như một chất diệt chủng trong Thế chiến thứ hai

Các báo cáo chỉ ra rằng trong Chiến tranh Iran-Iraq vào những năm 1980, khí hydro xyanua có thể đã được sử dụng cùng với các chất hóa học khác chống lại

cư dân của thành phố Halabja của người Kurd ở miền bắc Iraq

Phần lớn lượng xyanua có trong nước và đất xuất phát từ những quá trình công nghiệp Nguồn thải chính của xyanua vào trong nước là nguồn thải từ quá trình khai thác mỏ, công nghiệp hoá chất hữu cơ, những công việc liên quan đến sắt và thép; đặc biệt trong công nghiệp luyện thép, Xyanua là độc chất chính gây ô nhiễm; và những phương pháp xử lý chống lãng phí nước của con người Những nguồn xyanua khác từ xuất phát từ xe cộ, từ những ngành công nghiệp hoá học, chất đốt từ những nhà dân trong thành phố và thuốc trừ sâu có chứa xyanua Xyanua có trong những bãi chôn lấp có thể làm nhiễm bẩn nguồn nước ngầm

3 Phương thức xâm nhậm của HCN vào cơ thể người

3.1.Hấp thụ qua hô hấp

Đây là dạng nhiễm độc hay gặp và nguy hại nhất là qua đường thở do hít phải HCN

Xyanua hydro được hấp thụ dễ dàng sau khi tiếp xúc qua đường hô hấp, miệng và da Sau khi tiếp xúc với xyanua trong khí quyển, một lượng độc chất xyanua được hấp thụ rất nhanh qua niêm mạc phế quản và phế nang Con người giữ lại 58% hidro xyanua trong phổi sau khi hít phải khí này bằng cách thở bình thường [1]

Khí xyanua nguy hiểm nhất ở những nơi kín, nơi khí sẽ bị giữ lại

Khí xyanua bay hơi và phân tán nhanh chóng trong không gian mở nên ít gây hại hơn khi ở ngoài trời

Hít phải xyanua trong phạm vi này dẫn đến tử vong trong vòng 10-60 phút, và tử vong đến nhanh hơn khi nồng độ tăng Hít phải 2.000 phần triệu hidro xyanua gây tử vong trong vòng một phút Nồng độ hydro xyanua trong không khí

từ 110ppm trong 30 phút có thể gây tử vong cho người [2]

3.2.Hấp thụ qua da

Các hợp chất xyanua lỏng dễ dàng hấp thụ qua da nguyên vẹn khi tiếp xúc trực tiếp do khả năng hòa tan trong lipid và sự thâm nhập nhanh chóng của biểu

bì Da cũng có thể hấp thụ hơi hidro xyanua khi nồng độ trong không khí cao Số lượng và tốc độ hấp thụ xyanua từ dung dịch nước hoặc hydro xyanua trong khí quyển phụ thuộc vào sự hiện diện của độ ẩm trên da, nồng độ và độ pH của dung

dịch, diện tích bề mặt tiếp xúc và thời gian tiếp xúc (Dugard, 1987) Trong ống

nghiệm, các nghiên cứu trên da người đã chỉ ra rằng sự xâm nhập của natri xyanua

trong dung dịch nước qua da giảm khi độ pH tăng (tăng phân ly), phản ánh sự hấp thụ nhanh hơn của hydro xyanua không phân ly Hằng số thấm đo được đối với ion xyanua trong dung dịch nước là 3,5 × 10 –4 cm / h, và hằng số được tính cho hydro xyanua là 1 × 10 –4 cm / h (Dugard, 1987)

Đối với tiếp xúc với da, LD50 là 100 miligam (dưới dạng hydro xyanua) trên mỗi kg trọng lượng cơ thể [3]

3.3.Hấp thụ qua hệ tiêu hóa

Các nguồn chứa cyanide từ thực vật: sắn, măng tươi, hạt quả đào, mơ, mận, hạnh nhân đắng…Tất cả các bộ phận ăn được của cây sắn đều chứa glycoside cyanogenic (glycoside amygdalin) Bản thân Glycoside cyanogenic không độc, khi

ăn vào sẽ bị enzyme β-gluconidase do các chủng vi khuẩn ở ruột.thủy phân thành glucose, andehit

Muối Xyanua kim loại kiềm được hấp thu nhanh chóng qua đường tiêu hóa Sự hấp thụ bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của thức ăn trong ruột, độ pH của ruột và độ hòa tan trong lipid của hợp chất xyanua Sự hấp thu muối xyanua vô cơ

ở đường tiêu hóa chậm hơn sự hấp thu ở phổi, và việc khởi phát các triệu chứng bị chậm lại và mức độ nghiêm trọng của các triệu chứng giảm so với khi hít phải Khi

ăn các muối xyanua đơn giản như kali và natri xyanua, ion xyanua tự do có thể nhanh chóng liên kết với ion hydro để tạo thành hydro xyanua trong môi trường có tính axit cao của dạ dày Về cơ bản, tất cả xyanua ăn vào dưới dạng muối xyanua

sẽ tạo thành hydro xyanua và sẽ nhanh chóng được hấp thụ Tuy nhiên, sau khi uống, chỉ một phần liều thuốc đến được máu do chuyển hóa lần đầu qua gan

LD50 trong tiêu hóa là 50-200 miligam, hoặc 1-3 miligam trên mỗi kg trọng lượng cơ thể, được tính bằng hydro xyanua [3]

3.4.Phân phối HCN sau khi hấp thụ

Hydro xyanua có K a là 9,22; do đó, ở pH sinh lý (khoảng pH 7), axit hydrocyanic được phân bố trong cơ thể dưới dạng hydro xyanua và không có mặt dưới dạng ion xyanua tự do Do đó, dạng xyanua khi xảy ra tiếp xúc, muối hoặc axit tự do, không ảnh hưởng đến sự phân bố, chuyển hóa hoặc bài tiết khỏi cơ thể Hydro xyanua được hít vào hoặc được hấp thụ qua da sẽ đi ngay vào hệ tuần hoàn Sự phân bố xyanua vào các mô khác nhau rất nhanh và khá đồng đều Mức

độ cao hơn một chút thường được tìm thấy trong gan, phổi, máu và não Mức độ hydro xyanua trong mô lần lượt là 0,75, 0,42, 0,41, 0,33 và 0,32 mg / 100 g mô ở phổi, tim, máu, thận và não ở một người đàn ông chết sau khi hít phải khí hydro xyanua Ngược lại, tỷ lệ cao natri và kali xyanua ăn vào sẽ đi qua gan và được giải độc theo hiệu ứng first-pass (chuyển hóa do hấp thu hay chuyển hóa qua gan lần thứ nhất vì thường là uống thuốc) [3]

Phần lớn xyanua trong máu được cô lập trong hồng cầu, và một phần tương đối nhỏ được vận chuyển qua huyết tương đến các cơ quan đích Xyanua tập trung trong hồng cầu với tỷ lệ hồng cầu so với huyết tương là 199: 1; nồng độ trong huyết tương phản ánh nồng độ trong mô tốt hơn nồng độ trong máu toàn phần hoặc hồng cầu Mức độ nhỏ nhưng đáng kể của xyanua được tìm thấy trong huyết tương bình thường (<140 µg / lít) và các mô khác (<0,5 mg xyanua / kg) của người không

có phơi nhiễm xyanua nghề nghiệp Các mức độ này chủ yếu liên quan đến việc tiếp xúc với thực phẩm cyanogenic, vitamin B 12, và khói thuốc lá [3]

4 Khả năng gây độc của HCN

4.1.Ngộ độc cấp tính

Triệu chứng ngộ độc xảy ra rất nhanh (trong vòng 1-2’)

Đau ngực, mạch chậm, tụt huyết áp, thậm chí không có triệu chứng ban đầu, khó thở nhanh sâu ngay lập tức, sau đó nhanh chóng hôn mê, co giật, rối loạn huyết áp, ngừng tuần hoàn Tử vong có thể xảy ra vài phút ngay sau ăn Nếu được điều trị sớm, kịp thời sẽ không để lại di chứng

Thần kinh trung ương: đau đầu, lo lắng, lẫn lộn, chóng mặt, hôn mê, co giật

- Tim mạch: lúc đầu nhịp nhạnh, tăng huyết áp, sau đó nhịp chậm, hạ huyết áp, bloc nhĩ thất, ngoại tâm thu thất

- Hô hấp: lúc đầu thở nhanh, sau đó thở chậm, phù phổi

- Tiêu hóa: đau bụng, nôn

- Da: lúc đầu có màu đỏ như quả anh đào, sau đó chuyển màu tím

- Thận: suy thận, tiêu cơ vân

- Gan: hoại tử tế bào gan.

- Máu tĩnh mạch màu đỏ tươi vì do giảm sử dụng oxy ở ti thể do vậy nồng độ oxyhemoglobin ở máu tĩnh mạch cao Do vậy mặc dù tụt huyết áp, ngừng thở nhịp chậm nhưng bệnh nhân dường như nhìn không tím

4.2.Ngộ độc bán cấp

Chóng mặt, nhức đầu, khó thở ,nôn mửa, lo lắng nhưng vẫn tỉnh táo Sau đó rối loạn thần kinh, co giật, cứng hàm, nghẹt thở, hô hấp chậm, chân tay lạnh, trụy tim mạch và chết sau 30 phút

Nếu sống sót cũng bị tổn thương ở tim về di chứng thần kinh

4.3 Ngộ độc mãn tính

Thương xuyên bị đau đầu, nôn, chóng mặt, suy nhược cơ thể

5 Quá trình chuyển hóa của HCN trong môi trường

Xyanua đi vào trong nước, không khí và đất là kết quả của những quá trình tự nhiên và hoạt động công nghiệp của con người

5.1.Môi trường không khí

Trong môi trường không khí, xyanua xuất hiện chủ yếu ở dạng khí là hidro Xyanua Một lượng nhỏ Xyanua trong không khí khi xuất hiện sẽ có dạng như một đám bụi nhỏ Cuối cùng lượng bụi này sẽ lắng xuống mặt đất và mặt nước Khi mưa và có tuyết rơi sẽ giúp loại bỏ đi lượng Xyanua có trong không khí Tuy nhiên, khí hidro Xyanua không dễ dàng loại bỏ bằng cách lắng xuống, mưa hay là tuyết.Trong không khí, xyanua chủ yếu xuất hiện ở thể khí và có thể được vận chuyển qua một khoảng cách xa từ nguồn phát thải (Petrova Simenova và Fishbein 2004 ) Thời gian của hydro xyanua trong khí quyển được ước tính là khoảng 5 tháng (Karlsson và Botz 2004 ; Scheneider và cộng sự 1997) Thời gian bán phân hủy của khí hidro Xyanua trong không khí khoảng từ 1 đến 3 năm

5.2.Môi trường nước

Trong môi trường nước, hầu hết Xyanua ở trên bề mặt nước sẽ hình thành hidro Xyanua và bay hơi Xyanua ở trong nước sẽ được chuyển thành những chất bớt độc hại hơn nhờ những vi sinh vật hoặc sẽ hình thành một phức chất với kim loại, ví dụ như sắt Người ta chưa xác định được thời gian bán phân hủy của Xyanua trong nước Xyanua trong nước không tích tụ lại trong cơ thể của cá, đó là điều chúng ta cảm thấy an tâm khi ăn cá Nước có chứa ion xyanua thường được

xử lý bằng sulfur dioxide, quá trình clo hóa và / hoặc sục khí Phương pháp hiệu quả nhất sử dụng axit Caro (axit hydroperoxysulphuric) Các kỹ thuật dựa trên quá trình clo hóa chỉ có hiệu quả đối với các xianua tự do và các phức kim loại yếu Các phương pháp khác, chẳng hạn như ozon hóa hoặc thẩm thấu ngược, rất tốn kém hoặc không hiệu quả Có thể xử lý sinh học nhờ vi sinh vật, chẳng hạn

như nấm (ví dụ Fusarium solani ) và vi khuẩn (ví dụ Pseudomonas

fluorescens) Trong điều kiện hiếu khí và có sự hiện diện của glucose, vi sinh vật

sử dụng ferrocyanide như một nguồn nitơ và carbon

5.3.Môi trường đất và trầm tích

Trong môi trường đất, Xyanua có thể hình thành hidro Xyanua và bay hơi

đi Trong đất luôn có những vi sinh vật có khả năng phân hủy, biến đổi Xyanua thành những hoá chất khác Đôi khi Xyanua không bị phân huỷ trong đất bởi các vi sinh vật nhưng nó không thường xuyên thấm vào mạch nước ngầm Tuy nhiên, Xyanua được tìm ra ở mạch nước ngầm ở dưới một vài nền đường Với sự tập trung một lượng lớn, Xyanua trở nên độc hại cho những vi sinh vật trong đất Vì vậy những vi sinh vật này không còn khả năng chuyển hóa Xyanua thành những dạng chất hoá học khác nữa, như vậy Xyanua có thể thấm qua đất vào mạch nước ngầm Đối với thiocyanates, những gì sẽ xảy khi chúng có mặt trong môi trường ít được biết đến Trong đất và nước, nhờ những vi sinh vật, thiocyanates được chuyển hóa thành những dạng chất khác Ở nhiệt độ bình thường (30 °C), sự bay hơi hoặc thấm hút bề mặt (liên kết với đất) không quan trọng đối với thiocyanates

ở trong đất

Hầu hết xyanua được lắng đọng trong môi trường dưới dạng phức của Fe

(CN) 6 3− và Fe (CN) 6 4− Độc tính của chúng thấp, nhưng do ánh sáng, chúng

chuyển đổi thành xyanua tự do có độc tính cao và dễ bay hơi Trong đất, không có ánh sáng, quá trình này diễn ra rất chậm (Meeussen et al 1995 ) Điều này có thể được mô tả bằng phản ứng sau:

1 Sự phân hủy của ferrocyanide thành ferricyanide ít độc hơn

Fe( CN )4-6+ h v → Fe( CN )3-6+CN

-2 Tuy nhiên, do ánh sáng, chúng phân hủy thành hydro xyanua dễ bay hơi và

có độc tính cao

Fe ( CN )3-6+6 H2O +3 H+⇋Fe ( OH )3( s ) +6HCN ( aq )

3.Các ion xyanua trong đất trải qua nhiều quá trình biến đổi và kết quả của việc đất bị nhiễm xianua là màu xanh lam của nó, có nguồn gốc từ Fe 4 [Fe (CN) 6 ] 3 , tức là sắt ferrocyanide, còn được gọi là xanh Prussian khi nồng độ của nó là 100–

500 mg CN / kg (Shifrin và cộng sự 1996 )

6 Cơ chế chuyển hóa của HCN trong cơ thể người

6.1.Cơ chế chuyển hóa chung của chất độc

Cơ chế ức chế hô hấp của tế bào

Sự hô hấp tế bào là quá trình năng lượng ở mọi nơi, trong dạng ATP, được sinh ra trong tế bào khi oxi phân tử được cung cấp Quá trình này xảy ra dọc theo các tổ hợp hô hấp được định vị trong màng ti lạp thể bên trong Các electron bắt nguồn từ NADH hoặc NADH2 được truyền dọc theo mạch của các protein mang electron Sự vận chuyển bước theo bước này dẫn đến sự bơm proton ra khỏi khuôn ti lạp thể, tạo ra một thế màng qua màng ti lạp thể bên trong Các proton được bơm khỏi khuôn ti lạp tại ba vị trí dọc theo mạch hô hấp (hình 4.2) Ví trí 1 gồm phức NADH–Q ređuctaza, vị trí 2 gồm phức QH2- xitocrom với ređuctaza,

và vị trí 3 là phức xitocrom với oxiđaza ATP được sinh ra từ ADP khi dòng proton quay trở lại ở phía bên kia thông qua phức ATP synthetaza tới khuôn ti lạp thể Sự truyền electron đạt tới cực điểm với việc khử oxi phân tử đến nước