Xyanua

Ion Xyanua, CN⁻.

Xyanua hay Cyanide là tên gọi các hóa chất cực độc có ion [C≡N]^-, gồm một nguyên tử cacbon và một nguyên tử nitơ.

Nguồn gốc

Xyanua được tìm thấy trong những hợp chất (là những chất được hình thành từ hai hay nhiều hoá chất. Xyanua có thể phản ứng với kim loại và những hợp chất hữu cơ khác (hợp chất chứa Carbon). Sodium Xyanua (Natri xyanua) và potassium Xyanua (Kali xyanua) là những hợp chất Xyanua đơn giản. Xyanua có thể được sản sinh ra bởi, vi khuẩn, nấm và được tìm thấy trong một số thức ăn và thực vật. Trong cơ thể của con người, Xyanua có thể kết hợp với một loại hóa chất (hydroxocobalamin) để hình thành vitamin B12 (cyanocobalamin). Trong những loại thức ăn được chế biến từ thực vật; bao gồm quả hạnh, những hạt chồi của cây kê, cây đậu, đậu tương, đậu nành, rau bi-na (rau chân vịt), măng tre, rễ cây sắn, bột sắn hột tapioca. 

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.  

Nguồn gốc sự tồn đọng Xyanua gây ô nhiễm môi trường trong khai thác vàng: 

Việt Nam có trữ lượng vàng không lớn, lại nằm rải rác trên nhiều địa phương. Vì vậy việc khai thác đang được nhiều cấp đảm nhiệm. Nhà nước quản lý các vùng quặng tập trung trữ lượng lớn như vùng Quảng Nam, Đà Nẵng (Bồng Miêu), Lâm Đồng. Cấp tỉnh quản lý khai thác những vùng mỏ nhỏ thuộc địa phương mình: Thái Nguyên, Bắc Cạn, Cao bằng, Nghệ An,... Nhưng do cách quản lý tổ chức khai thác của ta chưa tốt nên nhiều địa phương để xảy ra sự khai thác, xử lý quặng vàng bừa bãi, trái phép gây lãng phí tài nguyên, huỷ hoại môi trường, làm mất cân bằng sinh thái. ở đây ta đặc biệt lưu ý đến việc đổ bỏ bã thải, dịch thải còn chứa nhiều Xyanua ra đất, nước gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. 

Quặng vàng trước tiên được nghiền đập và phân cấp hạt qua sàng 0,1mm, sau đưa sang tuyển trọng lực bằng nước để thu những hạt vàng lớn (nếu có). Tinh quặng thu được trong quá trình tuyển nổi nằm trên máng tuyển được thu lại và chuyển vào hỗn hống với Hg.  Quặng tươi ở dạng bột ướt sau khi tuyển trọng lực được đưa vào bể hoà tách Xyanua trong kiềm vôi có thiết bị cấp Oxy cưỡng bức và thêm các phụ gia cần thiết. Sau thời gian hoà tan thích hợp, dung dịch chứa các phức Xyanua Au, Ag được chuyển sang cột hoàn nguyên kim loại vàng, bạc.Hỗn hợp thu được đem phân kim để thu vàng tinh khiết và bạc tinh khiết.

Sơ đồ công nghệ tiêu chuẩn khai thác vàng bạc khái quát:

Thu hồi Hg

→ Hỗn hống tinh quặng

→ Chủng bốc thủy ngân

→ Hg

→ Hỗn hống Au

→ Mẫu quặng tinh quặng tinh quặng màng 

→ Nghiền, đập, phân cấp hạt

→ Tuyển trọng lực

→ Hòa tách bằng Xyanua

→ Hoàn nguyên vàng bạc

→ Xái dịch

→ Cát thải khử hết CN

→ Phân kim Au, Ag

→ Vàng bạc tinh khiết

→ Xử lý thu hồi Xyanua

→ Môi trường cát thải, nước thải không chứa Xyanua 

Nếu thực hiện nghiêm chỉnh theo chu trình kín, có xử lý Xyanua sau khi thu hồi vàng thì không gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, thực tế tại các bãi đào vàng những người làm vàng tự do lại không thực hiện khâu xử lý Xyanua dư thừa sau khi tách vàng ở trong bùn và nước lọc. Do thiếu ý thức trách nhiệm bảo vệ môi trường, do sợ tổn phí thêm khâu xử lý hoặc do thiếu hiểu biết khoa học nên sau khi thu hồi được vàng, người ta đổ bừa chất thải ra môi trường. Thực tế tại các bãi đào vàng người ta hoà tách bằng Xyanua để lấy vàng rất cẩu thả. Vì vậy, lượng Xyanua thải ra môi trường rất lớn.  

Xyanua được xem là một chất độc mạnh và phản ứng nhanh. HCN, NaCN, KCN,…. hình thành từ Xyanua và có mặt trong môi trường là kết quả tất yếu của những hoạt động công nghiệp. 

Tính chất hóa học

Xyanua là muối của axit xyanhidric. Phần lớn các muối xyanua không tan trong nước. Muối xyanua tan trong nước bị thủy phân thành môi trường kiềm. Xyanua là muối của một axit rất yếu (yếu hơn axit cacbonic) nên dễ bị các axit mạnh hơn đẩy ra khỏi các dung dịch muối của nó.Thí dụ:

2NaCN + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2HCN

Acid cyanhydric và các Xyanua bị oxy hoá bởi oxy trong không khí chuyển thành cyanate:  

2CN- + O₂ → 2CNO-

Ở dung dịch loãng 1/5000 trong 5 tháng HCN bị phân huỷ hết   HCN + 2H₂O → HCOONH₄ (ammonium formic) 

2HCN + 2H₂S + O₂ → 2HCNS + 2H₂O (acid sulfocyanhydric) 

Các muối Xyanua kim loại kiềm bị carbon dioxide trong không khí phân huỷ tạo thành HCN. 

2NaCN + CO₂ + H₂O → 2HCN + Na₂CO₃

Vì vậy phải bảo quản muối kim loại Xyanua trong thùng kín, để ở chỗ mát. 

Các muối Xyanua tan trong nước dễ tạo với các Xyanua không tan thành các ion phức.  Acid nitrite tác dụng với các chất hữu cơ như acid malic, xitric, ancaloit, tanin cũng tạo nên HCN. Qua đó cắt nghĩa việc tạo nên các glucoside cyanhydric ở một số thực vật. 

Các aldehyde, đường cũng phá huỷ được HCN: 

C₆H₁₂O₆ + HCN → C₇H₁₃O₆N 

Trong một số các cây cối, thực vật có chứa các dẫn xuất hữu cơ của acid cyanhydric, ví dụ: hạnh nhân đắng, nhân quả mận, lá trúc anh đào, rễ sắn, măng tre nứa, nấm, các hạt lá và cành loại đậu phaseolus lunatus. Dầu hạnh nhân đắng có chứa amogdalis C₂₀H₂₇NO₁₁ do tác dụng của men emulsin hay synaptase sẽ bị thuỷ phân và giải phóng HCN: 

C₂₀H₂₇NO₁₁ + 2H₂O → C₇H₆O + 2C₆H₁₂O₆ + HCN 

Trong dầu hạnh nhân đắng cứ 1,5g dầu thì có 0,24g HCN. Lượng HCN chứa trong năm, sáu hạt hạnh nhân đủ giết chết một em bé. Trong hạt đậu có chất phaseolumatin C₁₀H₁₇NO₆ do tác dụng của men phaseosaponin sẽ thuỷ phân và giải phóng HCN: 

C₁₀H₁₇NO₆ + H₂O → C₆H₁₂O6₆ + CH₃-CO-CH₃ + HCN 

Ngoài ra ta cần phải xét đến 2 hợp chất khác của Xyanua: 

+ Thiocyanates (SCN-) là nhóm những hợp chất được hình thành khi sulfur, carbon và nitrogen kết hợp với nhau. Thiocyanates được tìm thấy trong nhiều thức ăn và thực vật; tuy nhiên, chúng được sinh ra chủ yếu từ những phản ứng giữa Xyanua tự do và sulfur. Phản ứng này xảy ra trong môi trường (ví dụ, trong những dòng chất thải có chứa Xyanua) và trong cơ thể con người sau khi nuốt hoặc hấp thụ Xyanua. Nguồn thải từ quá trình khai thác than, vàng, bạc và những mỏ công nghiệp làm cho Thiocyanates có mặt trong nước là chủ yếu. Thiocyanates trong đất là kết quả của việc sử dụng trực tiếp hoá chất diệt cỏ dại và sử dụng bừa bãi những sản phẩm từ quá trình công nghiệp. Những nguồn kém phần quan trọng hơn được thoát ra từ những thực vật bị hư, thối rữa như cây mù tạc, cải xoăn và cải bắp. 

+ Ammonium thiocyanate được sử dụng giống như là một thành phần trong điều chế thuốc kháng sinh, thuốc diệt côn trùng, nhiên liệu cho tên lửa, những chất dính và là thành phần trong những que diêm. Nó cũng được sử dụng trong những quy trình nhiếp ảnh, làm tăng độ bền của vải lụa và diệt cỏ dại.

Điều chế

Trong công nghiệp, muối xyanua được điều chế bằng cách cho CO phản ứng với NH₃ ở nhiệt độ cao có chất xúc tác là Thori đioxit ThO₂ rồi cho tác dụng với kim loại tương ứng:

CO + NH₃ → HCN + H₂O

2HCN + 2Na → 2NaCN + H₂

Sự tồn tại và chuyển hóa của các hợp chất xyanua 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.  Trong môi trường không khí, Xyanua xuất hiện chủ yếu ở dạng khí là hydrogen 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 hydrogen Xyanua không dễ dàng loại bỏ bằng cách lắng xuống, mưa hay là tuyết. Thời gian bán phân hủy của khí hydrogen Xyanua trong không khí khoảng từ 1 đến 3 năm.  Trong môi trường nước, hầu hết Xyanua ở trên bề mặt nước sẽ hình thành hydrogen 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.  Trong môi trường đất, Xyanua có thể hình thành hydrogen 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. 

Hình thức chuyển hoá, tồn lưu và tác động của Xyanua trong cơ thể sinh vật:  Xyanua ngăn cản việc lấy oxy của những tế bào trong cơ thể làm cho những tế bào này chết đi, ở mức độ cao hơn có thể gây chết người nhanh chóng do bị ngạt thở. Dấu hiệu đặc trưng của cá khi bị nhiễm Xyanua là mang đỏ rực lên do Xyanua tác động lên oxydaza-men chuyển oxy từ máu vào mô. Nếu có các phức chất đi kèm thì Xyanua sẽ bớt độc hơn.  Xyanua đi vào cơ thể con người khi chúng ta thở, ăn, và uống nước có chứa Xyanua. Ngoài ra, Xyanua còn vào cơ thể con người qua da, hình thức này chỉ phổ biến khi con người làm việc trong môi trường có liên quan đến Xyanua.   Một khi Xyanua đã vào cơ thể con người, chúng nhanh chóng đi vào máu. Có khi Xyanua được chuyển thành thiocyanate, ít độc hơn, và được đào thải khỏi cơ thể qua đường phân. Tuy nhiên, có những trường hợp Xyanua trong cơ thể lại kết hợp với hydroxocobalamin hình thành nên B12. Vitamin B12 là một chất hoá học có chứa Xyanua rất có lợi cho cơ thể con người. Nó giúp bạn ngăn ngừa bệnh thiếu máu do thiếu sắt. Xyanua được quy định ở một liều lượng cho phép trong vitamin B12 để nó không thể trở thành nguồn Xyanua và gây hại cho cơ thể.   Một lượng nhỏ Xyanua khi vào cơ thể bị biến đổi thành carbon dioxide (CO2), sẽ được đào thải khỏi cơ thể khi chúng ta thở. Hầu hết Xyanua và các sản phẩm của nó sẽ ra khỏi cơ thể trong vòng 24h sau khi bị nhiễm. Những hình thức kể trên giống nhau ở người và động vật.