ציאניד

יון הציאניד ^-CN מלמעלה:1.
מבנה הקשר הקוולנטי וזוגות אלקטרונים לא קושרים
2. מודל מרחבי
3. משטח פוטנציאלי אלקטרוסטטי (פיזור מטען)
4. זוג בודד של פחמן בתצוגת HOMO/LUMO

ציאניד הוא תרכובת כימית רעילה, המכילה את היון הקרוי קבוצת ציאנו. קבוצת ציאנו בנויה מאטום פחמן הקשור בקשר קוולנטי משולש לאטום חנקן, ובסימון כימי: :C≡N:.

קבוצת ציאנו משמשת כקבוצה פונקציונלית לציאנידים (Cyanides או ניטרילים, Nitriles), שהם קבוצה של תרכובות אורגניות. כינויים נוספים לציאנידים הם "קבוצת הניטריל" ו"קבוצת הציאנו".

מקור השם "ציאניד" בתרכובת "פרוציאניד" (ferrocyanide), שפירוש שמה הוא "ברזל (ferro) כחול-ירקרק, ציאן (cyan)" ("כחול" עקב הפיגמנט "כחול פרוסי" המופק ממנה).

תרכובות העשויות לשחרר את אניון קבוצת הציאנו רעילות מאוד, בשל נטייתו של הציאניד להיקשר ליוני ברזל במערכת הנשימה התאית.

קישור ציאניד למתכות

כאמור, רעילותו של הציאניד נובעת מהקישור שלו למתכת, ציאניד הוא ליגנד חזק, כלומר יוצר קומפלקסים עם מתכות מעבר. קומפלקס הוא תרכובת של קטיון מתכת מעבר עם כמה אניונים או בסיסי לואיס; הגאומטריה של הקומפלקס ומספר הליגנדים סביב המתכת נקבעים לפי המשיכה האלקטרוסטטית שבין המתכת לליגנדים, הדחייה האלקטרוסטטית שבין הליגנדים לבין עצמם והאפשרות לחפיפה בין אורביטלי d של המתכת לאורביטלים של הליגנד (תרומה של קישור קוולנטי). הזיקה הגבוהה של יון הציאניד לקטיונים של מתכות המעבר נובעת:

• מכך שציאניד הוא אניון קטן ולכן קטנה הדחייה האלקטרוסטטית בין יוני ציאניד המקיפים את אותו יון.
• משיתוף אורביטלי ה π של הציאניד בקשר - יצירת אורביטלות מולקולריות בין אורביטלי d של המתכת לאורביטל π של הציאניד.

סוגי קומפלקסים של ציאניד

• קומפלקסים הקסה-ציאנידים (6 אניוני ציאניד סביב קטיון המתכת) $\left[M(CN)_{6}\right]^{3-}$ המתכת M יכולה להיות ברזל, ונדיום, כרום (תלת ערכי), טיטניום, קובלט. המבנה הגאומטרי של הקומפלקסים הללו: אוקטהדרון.
• טטראציאנידים $\left[M(CN)_{4}\right]^{2-}$ כאשר יון המתכת מטור הניקל: ניקל, פלדיום או פלטינה, כדרכן של מתכות אלו גאומטרית הקומפלקס - ריבוע מישורי.
• דיציאנידים $\left[M(CN)_{2}\right]^{-}$ כאשר הקומפלקס עם אחת ממתכות המטבע נחושת, כסף או זהב, הקומפלקסים הללו קוויים (ליניאריים).

יון הציאניד נקשר תמיד למתכת מצד הפחמן משום שזוג האלקטרונים הלא קושר של הפחמן הוא האורביטל המאוכלס באנרגיה הגבוהה ביותר (אלקטרונים באורביטלים גבוהים מבחינה אנרגטית הם אלו הנוטים להשתתף בקישור). כיוון שגם לחנקן זוג אלקטרונים לא קושר (בסיס לואיס) הציאניד יכול להיות ליגנד מגשר - נקשר לשני קטיונים כפי שהוא קשור, למשל, בכחול פרוסי או בגבישי זהב ציאנידי, אבץ ציאנידי או קדמיום ציאנידי.

שימוש בציאניד לכרייה

יכולתו של הציאניד ליצור קומפלקסים יציבים מנוצלת, למשל, להפקת זהב. מפעילים תמיסת ציאניד על העפרה וכך ממצים את הזהב. ריאקציות המסה של זהב בציאניד:

1. $2Au+4KCN+{\frac {1}{2}}O_{2}+H_{2}O\Rightarrow 2K\left[Au(CN)_{2}\right]+2KOH$
2. $2Au+4KCN+O_{2}+2H_{2}O\Rightarrow 2K\left[Au(CN)_{2}\right]+2KOH+H_{2}O_{2}$

באופן דומה, משתמשים בציאניד להפרדה של כסף, כיוון שהכסף נמצא לעיתים כסולפיד ולא במצבו המתכתי אין צורך בחמצן

1. $Ag_{2}S+4KCN+\Rightarrow 2K\left[Ag(CN)_{2}\right]+K_{2}S$

כדי להפיק מחדש זהב מתכתי מתמיסת הציאניד מחזרים את הקומפלקס באבץ. לשיטת כריה זו השפעות סביבתיות הרסניות בשל זיהום מקורות מים בציאנידים. ככל שאיכות העפרה נמוכה יש צורך ביותר ציאניד לצורך ההפקה; להפקת זהב מעפרה באיכות טובה (מעל 6 גרם זהב לטון) נדרשים כ-50 ק"ג ציאניד לק"ג זהב, להפקת זהב מעפרות באיכות ירודה (פחות משני גרם זהב לטון) נדרשים 500 עד 1000 ק"ג ציאניד לק"ג זהב. בחיפוש אחר דרכים לייצור ציאניד למטרה זו, גילו אדולף פרנק וניקודם קארו את ציאנמיד הסידן, שמשמש כיום בעיקר כדשן.

ציאנוהידרינים

ציאנוהידרינים הם נגזרות של ניטרילים. הם מכילים קבוצת ניטריל וכן קבוצת הידרוקסיל (OH). הם נוצרים כשציאניד מגיב עם קטון או אלדהיד

רעילות של ציאניד

הרעלת ציאניד והטיפול בה

הזיקה החזקה של הציאניד למתכות, ובפרט ליונים של ברזל תלת-ערכי, היא הגורמת לרעילות הגבוהה של החומר.

הניטריל הידוע ביותר, ושעל-שמו קרויה כל המשפחה, הוא הגז הרעיל מימן ציאנידי (HCN), הידוע בפשטות כציאניד. 7 מיליגרמים של ציאניד מסוגלים להרוג אדם בוגר תוך שניות. היון ^-C≡N מגיע דרך זרם הדם לתאי הגוף ונקשר לברזל דו-ערכי באנזים ציטוכרום C אוקסידז, אשר נמצא על דופן המיטוכונדריה. בעת פעילות תקינה של המיטוכונדריה חמצן מולקולרי אמור להיקשר לאנזים זה, לקבל אלקטרונים ולהפוך יחד עם יוני מימן למים. שלב זה חיוני במעגל ייצור ה-ATP במיטוכונדריה. כאשר הציאניד תופס את מקומו של החמצן, המיטוכונדריה לא מסוגלת לייצר ATP, ובכך נמנעת יכולתו של הגוף לייצר אנרגיה.

לציאניד נטייה חזקה להיקשר בחוזקה ליון הברזל הדו ערכי (Feric) המצוי בחלבונים חיוניים רבים בדם (כמו האנזים ציטוכרום אוקסידאז והחלבון המוגלובין), ובכך הוא מנטרל את יכולתם לפעול. בהיקשרו ליון הברזל, מחמצן אותו ליון ברזל תלת ערכי (Ferrous). המוגלובין עם ברזל מחומצן, המכונה מתהמוגלובין (methemoglobin), אינו יכול לקשור עוד חמצן, והקישור הוא בלתי הפיך. תהליך זה מכונה "מתהמוגלובינמיה" (methemoglobinemia), והוא מביא לחנק תאי מהיר. מטהמוגלובינמיה יכולה להיגרם גם על ידי מחמצנים אחרים, כנתרן ניטריט NaNO₂ ו-amyl nitrite. בהרעלת מתהמוגלובין ניתן לעיתים לטפל בעזרת sodium thiosulfate - Na₂S₂O₃, המסייע לפירוק מט-המוגלובין להמוגלובין ולתיאוציאנט.

למרות רעילותו, מימן ציאנידי נמצא בכמויות מזעריות ברוב הפירות המכילים חרצן, כגון דובדבנים ומישמשים, וכן בשקדים. הגוף יודע לפרק ציאניד, והרעלה מתרחשת כאשר כמות הציאניד שנכנסת לגוף בבת אחת היא גדולה.

שימוש

בגרסה מסחרית של מימן ציאנידי, בשם ציקלון בה, נעשה שימוש נרחב להשמדת יהודי אירופה בשואה. קיימים סיפורים רבים על מרגלים או שבויים שנשאו עמם גלולת ציאניד או שהותקנה אמפולת ציאניד בתוך אחת משיניהם על מנת שיוכלו להתאבד במקרה של תפיסה. אחד המתאבדים הידועים שעשה שימוש בציאניד הוא הקצין הנאצי הבכיר הרמן גרינג.

ראו גם

• ציאנוגן
• הרעלת ציאניד

קישורים חיצוניים

• ד"ר אבי סאייג, ‏אפשר לשתות ציאניד ולהישאר בחיים?, במדור "שאל את המומחה" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 9 נובמבר 2016
• ציאניד ודובדבנים באתר "מדע בצלחת"