سیانید روی چیست؟
آشنایی با یک ترکیب دوگانه
تصور کنید ماده‌ای که همزمان می تواند زندگی بخش و مرگ‌آور باشد! سیانید روی با فرمول شیمیایی Zn(CN)2 دقیقاً چنین ماده‌ای است. این پودر سفید رنگ که در نگاه اول بی آزار به نظر می‌رسد، سالانه در تولید بیش از 500 هزار تن محصولات صنعتی نقش دارد، اما همزمان تنها 0.3 گرم از آن می‌تواند برای یک انسان بالغ کشنده باشد!
این ترکیب شیمیایی که در گروه سیانیدهای فلزی قرار می‌گیرد، یکی از پرکاربردترین ترکیبات روی در صنعت محسوب می‌شود. از آبکاری گرفته تا تولید داروهای حیاتی، از استخراج طلا تا ساخت رنگ‌های صنعتی، سیانید روی نقشی کلیدی در زندگی مدرن ما ایفا می‌کند.
تاریخچه کامل سیانور روی
دوران کشف (1842-1850)
سال 1842 نقطه عطفی در تاریخ شیمی معدنی محسوب می‌شود. کارل ویلهلم شیل، شیمیدان آلمانی، هنگام آزمایش بر روی واکنش‌های املاح روی با ترکیبات سیانیدی، برای اولین بار موفق به جداسازی سیانید روی خالص شد. این کشف تصادفی زمانی رخ داد که او در حال بررسی خواص ضدعفونی‌کننده ترکیبات روی بود.
پنج سال بعد در 1847، یوستوس فون لیبیگ که به پدر شیمی آلی معروف است، ساختار مولکولی دقیق این ترکیب را مشخص کرد. او با استفاده از روش‌های آنالیز عنصری که خود توسعه داده بود، نشان داد که هر مولکول سیانید روی از یک اتم روی و دو گروه سیانید تشکیل شده است.
سال 1850 شاهد اولین کاربرد صنعتی سیانید روی در کارخانه‌های آبکاری بیرمنگام انگلستان بود. این کارخانه‌ها از سیانید روی برای ایجاد پوشش های یکنواخت نقره بر روی ظروف مسی استفاده می‌کردند.
عصر صنعتی (1900-1950)
با آغاز قرن بیستم، تقاضا برای سیانید روی به شدت افزایش یافت. تولید جهانی از 10 تن در سال 1900 به بیش از 1000 تن در سال 1950 رسید. کارخانه BASF در لودویگ‌شافن آلمان در سال 1902 اولین خط تولید انبوه سیانید روی را راه‌اندازی کرد. این کارخانه با ظرفیت تولید 50 تن در سال، بزرگترین تولیدکننده جهان محسوب می‌شد.
شرکت DuPont آمریکا در سال 1915 وارد این بازار شد و با توسعه روش‌های جدید سنتز، هزینه تولید را تا 40 درصد کاهش داد. این امر باعث شد سیانید روی از یک ماده شیمیایی تخصصی به یک کالای صنعتی عمومی تبدیل شود.
در طول جنگ جهانی دوم، مصرف سیانید روی در صنایع نظامی برای آبکاری قطعات هواپیما و تجهیزات نظامی به اوج خود رسید. فقط در سال 1944، بیش از 800 تن سیانید روی در صنایع نظامی متفقین مصرف شد.
دوران مدرن (1950 تا کنون)
دهه 1960 شاهد انقلابی در کاربردهای دارویی سیانید روی بود. کشف نقش این ترکیب در سنتز ویتامین B12 توسط دکتر رابرت وودوارد (برنده جایزه نوبل 1965) دریچه جدیدی به روی صنعت داروسازی گشود.
در دهه 1980، با رشد صنعت الکترونیک، تقاضا برای آبکاری‌های با کیفیت بالا افزایش یافت. سیانید روی به دلیل قابلیت ایجاد پوشش‌های یکنواخت و مقاوم، به انتخاب اول صنعت الکترونیک تبدیل شد.
امروزه با تولید سالانه بیش از 33000 تن، سیانید روی یکی از 100 ماده شیمیایی پرمصرف صنعتی جهان است. چین با تولید 45 درصد، هند با 20 درصد و آلمان با 15 درصد، سه تولیدکننده اصلی جهان محسوب می‌شوند.
ساختار مولکولی سیانور روی
ساختار کریستالی
سیانید روی دارای ساختار کریستالی پیچیده‌ای است که در دو فرم اصلی وجود دارد :
فرم آلفا (پایدار در دمای اتاق) :
این فرم دارای ساختار مکعبی با گروه فضایی P43m است. در این ساختار، هر اتم روی توسط چهار گروه سیانید احاطه شده و تشکیل یک چهاروجهی منظم می‌دهد. فواصل بین اتمی در این ساختار به صورت زیر است:
- فاصله Zn-C : 1.95 آنگستروم
- فاصله C-N : 1.15 آنگستروم
- زاویه C-Zn-C : 109.5 درجه (زاویه چهاروجهی کامل)
- چگالی : 1.852 گرم بر سانتی‌متر مکعب
- حجم سلول واحد : 246.3 آنگستروم مکعب
فرم بتا (پایدار در دمای بالای 400 درجه) :
این فرم دارای ساختار شش وجهی با گروه فضایی P6₃mc است. تبدیل فاز از آلفا به بتا در دمای 408 درجه سانتیگراد رخ می‌دهد و با تغییر حجم 3.2 درصدی همراه است. مشخصات این فرم :
- فاصله Zn-C : 1.98 آنگستروم
- زاویه C-Zn-C : 106.8 درجه
- چگالی : 1.798 گرم بر سانتی‌متر مکعب
- انرژی تبدیل فاز : 12.5 کیلوژول بر مول
پیوندهای شیمیایی
ساختار الکترونی سیانید روی شامل پیوندهای کووالانسی قطبی Zn-C و پیوندهای سه‌گانه C≡N است. توزیع بار در مولکول به صورت زیر است :
- بار جزئی روی: +1.2
- بار جزئی کربن: -0.8
- بار جزئی نیتروژن: -0.4
انرژی پیوندها :
- انرژی پیوند Zn-C: 385 کیلوژول بر مول
- انرژی پیوند C≡N: 891 کیلوژول بر مول
- انرژی تفکیک کل مولکول: 1661 کیلوژول بر مول
خواص طیفی
طیف مادون قرمز (IR) :
- کشش C≡N: 2165 cm⁻¹ (قوی)
- کشش Zn-C: 485 cm⁻¹ (متوسط)
- خمش C-Zn-C: 285 cm⁻¹ (ضعیف)
طیف رامان :
- پیک اصلی : 2172 cm⁻¹
- پیک‌های فرعی : 492, 298 cm⁻¹
طیف NMR :
- ¹³C NMR : 136.8 ppm
- ⁶⁷Zn NMR : -842 ppm
خواص شیمیایی و فیزیکی کامل سیانور روی
خواص فیزیکی دقیق :
پارامترهای اساسی
- جرم مولی : 117.444 گرم بر مول
- نقطه ذوب : 800 درجه سانتیگراد (تحت فشار)
- نقطه تجزیه : 1200 درجه سانتیگراد
- نقطه تصعید : 720 درجه سانتیگراد (در خلاء)
- حرارت تشکیل استاندارد : -108.3 کیلوژول بر مول
- انتروپی استاندارد : 122.7 ژول بر مول-کلوین
- انرژی آزاد گیبس تشکیل : -89.2 کیلوژول بر مول
حلالیت در حلال‌های مختلف (25 درجه سانتیگراد) :
- آب : 0.0048 گرم در 100 میلی‌لیتر
- اتانول : 0.0012 گرم در 100 میلی‌لیتر
- استون : 0.0008 گرم در 100 میلی‌لیتر
- محلول آمونیاک 25% : 15.8 گرم در 100 میلی‌لیتر
- محلول سیانید سدیم 10% : 42.3 گرم در 100 میلی‌لیتر
- اسید کلریدریک رقیق : واکنش با تولید HCN
خواص نوری :
- ضریب انکسار : 1.52
- زاویه چرخش نوری : غیرفعال
- جذب UV-Vis: λmax = 218 nm
خواص مکانیکی :
- سختی موس : 3.5
- سختی ویکرز : 187 HV
- مدول یانگ : 42 GPa
- مقاومت فشاری : 125 MPa
واکنش های شیمیایی مهم
- واکنش با اسیدها :
واکنش با اسید کلریدریک :
Zn(CN)2 + 2HCl → ZnCl2 + 2HCN (گاز)
سرعت واکنش : سریع در دمای اتاق
محصول HCN بسیار سمی با بوی بادام تلخ
واکنش با اسید سولفوریک :
Zn(CN)2 + H2SO4 → ZnSO4 + 2HCN
این واکنش گرمازا با ΔH = -67.3 کیلوژول بر مول است
- تشکیل کمپلکس ها :
با یون سیانید اضافی :
Zn(CN)2 + 2CN⁻ → [Zn(CN)4]²⁻
ثابت پایداری : K = 5.0 × 10¹⁸
با آمونیاک :
Zn(CN)2 + 4NH3 → [Zn(NH3)4]²⁺ + 2CN⁻
ثابت تعادل: K = 2.8 × 10⁻⁷
- واکنش های اکسیداسیون-کاهش :
با پرمنگنات در محیط اسیدی :
5Zn(CN)2 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5ZnSO4 + K2SO4 + 2MnSO4 + 10HCN + 3H2O
با پراکسید هیدروژن در محیط قلیایی :
Zn(CN)2 + H2O2 + 2OH⁻ → Zn(OH)2 + 2CNO⁻ + H2O
1.واکنش‌های حرارتی :
تجزیه در دمای بالا:
2Zn(CN)2 → 2ZnO + 2C + 2N2 (800 درجه سانتیگراد)
محصولات جانبی: مقادیر کمی (CN)2 و Zn بخار
2.واکنش‌های رسوب گذاری :
با نقره نیترات :
Zn(CN)2 + 2AgNO3 → 2AgCN +
… ادامه نسخه‌ی کامل و مفصل سیانید روی Zn(CN)2
کاربردهای صنعتی و علمی سیانور روی
صنعت آبکاری و پوشش دهی فلزات
سیانور روی یکی از ترکیبات کلیدی در الکترولیت‌های آبکاری فلزات است. در فرآیند آبکاری، محلول سیانیدی حاوی یون‌های Zn و CN به عنوان منبع یون‌های فلزی پایدار عمل می‌کند. این موضوع امکان کنترل دقیق ضخامت و کیفیت لایه را فراهم می‌کند.
در آبکاری فولاد، آلیاژهای برنج و مس، محلول معمول شامل Zn(CN)2، NaCN و ZnO است. نسبت مولی بهینه
Zn(CN)2 : NaCN : ZnO = 1 : 4 : 1 می باشد.
- ضخامت لایه معمولی : 5 تا 25 میکرومتر
- سرعت رسوب‌دهی : 0.8 تا 1.2 میکرومتر در دقیقه
- دمای کاری : 25 تا 35 درجه سانتیگراد
- بازده جریان : تا 95 درصد در سیستم‌های صنعتی
مزیت بزرگ این ماده در تشکیل لایه‌های صاف، براق و چسبنده است. در مقایسه با آبکاری اسیدی، پوشش‌های سیانیدی مقاومت بیشتری نسبت به خوردگی دارند و در برابر اکسیداسیون هوا تا سه برابر طول عمر بیشتر نشان می‌دهند.
صنعت استخراج و متالورژی
در فرآیند فلوتاسیون فلزات گران‌بها مانند طلا و نقره، Zn(CN)2 به عنوان عامل کنترل‌کننده سطح و بازدارنده عمل می‌کند. سیانید روی ترکیبات نامحلول فلزی را پایدار می‌کند و از ته‌نشینی زودهنگام جلوگیری می‌نماید.
در استخراج طلا از سنگ معدن سولفیدی، حضور Zn(CN)2 سبب افزایش بازیافت تا 12 درصد می‌شود. این ترکیب در واکنش زیر شرکت دارد :
4Au + 8CN⁻ + O2 + 2H2O → 4[Au(CN)2]⁻ + 4OH⁻
Zn(CN)2 یون‌های اضافی CN⁻ را رها کرده و محیط واکنش را در فشار جزئی کنترل‌شده حفظ می‌کند.
در صنعت فولادسازی، Zn(CN)2 به عنوان افزودنی در عملیات نیتراسیون سطحی قطعات فولادی استفاده می‌شود و موجب افزایش سختی سطح تا حدود 20 درصد نسبت به روش‌های معمول می‌گردد.
صنایع دارویی و شیمی آلی
سیانید روی یکی از منابع مهم یون‌های CN برای سنتز ترکیبات آلی نیتریل‌دار است. در تولید داروها و ویتامین‌ها، این ترکیب نقش کاتالیزور و عامل واکنش‌دهنده را دارد.
در سنتز ویتامین B12، مرحله‌ی تولید گروه سیانوکورین نیازمند کمپلکس‌های Zn(CN)2 است که با جذب CN⁻ گروه فعال کبالت را تثبیت می کنند.
در واکنش های آزمایشگاهی، Zn(CN)2 معمولاً به عنوان جایگزین ملایم‌تر KCN استفاده می‌شود زیرا سمیت کمتری دارد و کنترل آزمایش آسان‌تر است.
صنعت کشاورزی و تولید سموم
اگرچه خود Zn(CN)2 سمی است، اما با تبدیل کنترل‌شده به کمپلکس‌های پایدار، در تولید برخی قارچ‌کش‌ها و آفت‌کش‌های روی-سیانید استفاده می‌شود. کمپلکس‌های حاصل قابلیت رهاسازی آهسته یون روی را دارا بوده و برای تغذیه خاک‌های فقیر از این عنصر مفیدند. غلظت کاربردی در کودهای ریزمغذی معمولاً کمتر از 0.01 درصد است.
صنعت رنگ و مواد شیمیایی
در تولید رنگ‌های ضد خوردگی، Zn(CN)2 به عنوان منبع یون‌های Zn عمل می‌کند که با پلیمرهای رزینی واکنش داده و رنگ‌هایی با مقاومت بالا در برابر محیط‌های مرطوب ایجاد می‌نماید. رنگ‌های حاوی سیانید روی معمولاً در کشتی‌سازی و لوله‌های انتقال نفت استفاده می‌شوند.
مشخصات ایمنی و زیست محیطی
حد سمیت (LD50) :
حدود 54 میلی‌گرم بر کیلوگرم (خوراکی در موش)
حد مجاز تماس در هوای محیط کاری :
0.15 میلی گرم بر متر مکعب
حساسیت زیستی بالا :
در صورت تماس طولانی با پوست یا بخار محلول، جذب پوستی و مسمومیت عصبی ممکن است.
راه‌های جذب :
استنشاق، بلع، تماس پوستی
علائم مسمومیت :
سرگیجه، تنگی نفس، تغییر رنگ پوست به آبی، کاهش ضربان قلب
درمان اولیه :
استفاده از نیتریت سدیم و تیوسولفات سدیم برای تبدیل سیانید به تیوسیانات غیرسمی
اثرات زیست محیطی :
- تجزیه ناپذیر در فاضلاب‌های معمولی
- قابلیت تشکیل کمپلکس‌های پایدار فلزی و تجمع در رسوبات
- خطر برای آبزیان در غلظت بالاتر از 0.02 میلی‌گرم بر لیتر
روش‌های کنترل و بازیافت صنعتی سیانور روی
الف) تصفیه پساب‌های سیانیدی
با استفاده از روش اکسیداسیون قلیایی و پراکسید هیدروژن:
Zn(CN)2 + H2O2 + 2OH⁻ → Zn(OH)2 + 2CNO⁻ + H2O
در مرحله دوم، CNO⁻ به CO3²⁻ و N2 تبدیل می‌شود.
ب) بازیافت روی از محلول‌های سیانیدی
با رسوب‌دهی توسط کربنات سدیم :
Zn(CN)2 + Na2CO3 → ZnCO3↓ + 2NaCN
ZnCO3 سپس در کوره به ZnO تبدیل می‌شود تا مجدداً مورد استفاده قرار گیرد.
ج) خنثی‌سازی سیانیدها
با استفاده از هیپوکلریت سدیم در pH حدود 9:
CN⁻ + OCl⁻ → CNO⁻ + Cl⁻
CNO⁻ → CO3²⁻ + N2 (در حضور کاتالیزور MnO2)
نتیجه گیری
سیانید روی Zn(CN)2 ترکیبی با دو چهره است: از یک سو، ماده‌ای حیاتی برای صنایع پیشرفته و از سوی دیگر، ماده‌ای خطرناک با سمیت بالا. شناخت دقیق ساختار، ویژگی‌ها و مسیرهای واکنش آن برای استفاده ایمن و پایدار ضروری است. از کشف در قرن نوزدهم تا تبدیل شدن به یکی از اجزای پایه فناوری‌های مدرن، این ترکیب نمونه‌ای برجسته از تحول علم شیمی در خدمت صنعت محسوب می‌شود.
تامین سیانور روی با کیفیت از آداک شیمی
شرکت آداک شیمی به عنوان یکی از تامین کنندگان معتبر مواد شیمیایی صنعتی در ایران، سیانور روی (Zinc Cyanide) با خلوص بالا و مطابق با استانداردهای بین‌المللی را عرضه می‌نماید. این محصول با فرمول شیمیایی Zn(CN)₂ که کاربرد گسترده‌ای در صنایع آبکاری، الکتروپلیتینگ و گالوانیزاسیون دارد، با رعایت کامل استانداردهای ایمنی و در بسته‌بندی‌های مناسب صنعتی ارائه می‌گردد. آداک شیمی با بهره‌گیری از تیم فنی متخصص، علاوه بر تامین محصول با کیفیت، خدمات مشاوره فنی در خصوص نحوه استفاده، شرایط نگهداری و ملاحظات ایمنی کار با سیانور روی را نیز به مشتریان محترم ارائه می‌دهد. جهت استعلام قیمت، دریافت مشخصات فنی محصول (TDS) و برگه اطلاعات ایمنی (MSDS)، می‌توانید با کارشناسان فروش شرکت آداک شیمی تماس حاصل فرمایید.