Соляная кислота

Эта статья о решении. Чтобы узнать о газе, см. хлористый водород .

Соляная кислота

3D model of hydrogen chloride 3D model of water
3D model of the chloride anion 3D model of the hydronium cation
Имена
Название ИЮПАК Хлоран
Другие имена Соляная кислота Духи соли Гидроксония хлорид Соляная кислота
Идентификаторы
Номер CAS	7647-01-0  И
3D model ( JSmol )	Интерактивное изображение
ЧЕМБЛ	ХЕМБЛ1231821  Н
ХимическийПаук	307  И
Информационная карта ECHA	100.210.665
Номер ЕС	231-595-7
номер Е	Е507 (регуляторы кислотности,...)
ПабХим CID	313
НЕКОТОРЫЙ	QTT17582CB  И
Число	1789
показывать УЛЫБКИ [OH3+].[Cl-]
Характеристики
Химическая формула	HCl( водн .)
Молярная масса	36.46  g·mol −1
Появление	Бесцветная, прозрачная жидкость, при концентрации дымит на воздухе.
Запах	Острая характеристика
Плотность	1,18 г/см 3
Температура плавления	Зависит от концентрации – см. таблицу
Точка кипения	Зависит от концентрации – см. таблицу
войти P	0.00
Кислотность ( pKa ​ )	−5,9 (газ HCl)
Фармакология
код АТС	A09AB03 ( ВОЗ ) B05XA13 ( ВОЗ )
Опасности
СГС Маркировка :
Пиктограммы
Сигнальное слово	Опасность
Заявления об опасности	Х290 , Х314 , Х335
Меры предосторожности	П260 , П280 , П303+П361+П353 , П305+П351+П338
NFPA 704 (огненный алмаз)	3 0 1 КИСЛОТА
Родственные соединения
Другие анионы	плавиковая кислота Бромистоводородная кислота Иодоводородная кислота
Родственные соединения	Хлороводород
Страница дополнительных данных
Соляная кислота (страница данных)
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). N   проверить ( что такое  И Н  ?) Ссылки на инфобоксы

Соляная кислота , также известная как соляная кислота или соляной спирт , представляет собой водный раствор хлористого водорода (HCl). Это бесцветный раствор с характерным резким запахом. Его относят к сильным кислотам . Это компонент желудочной кислоты в пищеварительной системе большинства видов животных, включая человека. Соляная кислота является важным лабораторным реагентом и промышленным химикатом.

Этимология

Поскольку ее производили из каменной соли по методам Иоганна Рудольфа Глаубера , европейские алхимики исторически называли соляную кислоту спиртом соли или acidum salis (соляная кислота). Оба имени до сих пор используются, особенно в других языках, таких как немецкий : Salzsäure , голландский : Zoutzuur , шведский : Saltsyra , финский : Suolahappo , испанский : Salfumán , турецкий : Tuz Ruhu , польский : kwas solny , венгерский : sósav , чешский : kyselina Solná , японский : 塩酸 ( энсан ), китайский : 盐酸 ( yánsuān ) и корейский : 염산 ( йомсан ).

Газообразную HCl назвали воздухом морской кислоты . Название соляная кислота имеет то же происхождение ( соляная кислота означает «относящаяся к рассоле или соли», следовательно, соляная кислота означает гидрохлорид ), и это название иногда используется до сих пор. Название соляная кислота было предложено французским химиком Жозефом Луи Гей-Люссаком в 1814 году.

История

9–10 века

В начале десятого века персидский врач и алхимик Абу Бакр ар-Рази ( ок. 865–925 , латынь: Разес) проводил эксперименты с нашатырным спиртом ( хлоридом аммония ) и купоросом (гидратированными сульфатами различных металлов), которые он перегонял вместе. , таким образом производя газообразный хлористый водород . При этом ар-Рази, возможно, наткнулся на примитивный метод производства соляной кислоты. как, возможно, показано в следующем рецепте из его «Китаб аль-Асрар» («Книга тайн»):

Возьмите равные части сладкой соли, горькой соли, соли Табарзад , соли Андарани , индийской соли, соли Аль-Кили и соли Урины. После добавления равной массы хорошего кристаллизованного нашатырного спирта растворяют влагой и перегоняют (смесь). Там будет дистиллироваться крепкая вода, которая мгновенно расколет камень ( сахр ).

Однако похоже, что в большинстве своих экспериментов ар-Рази игнорировал газообразные продукты, вместо этого концентрируясь на изменениях цвета, которые могли произойти в остатке. По словам Роберта П. Мультауфа , хлористый водород производился много раз без четкого понимания того, что при растворении его в воде можно получить соляную кислоту.

11–13 века

Опираясь на эксперименты ар-Рази, De aluminibus et salibus («О квасцах и солях»), арабский текст одиннадцатого или двенадцатого века, ошибочно приписываемый ар-Рази и переведенный на латынь Герардом Кремонским (1144–1187), описал нагревание металлов с различными солями, которое в случае ртути приводило к образованию хлорида ртути(II) (коррозионной сулемы). В этом процессе действительно начала образовываться соляная кислота, но она сразу же вступила в реакцию с ртутью, образовав едкий сулем. Латинские алхимики тринадцатого века, для которых De aluminibus et salibus был одним из главных справочников, были очарованы хлорирующими свойствами едких сулем и вскоре обнаружили, что, когда металлы исключаются из процесса нагревания купоросов, квасцов , и соли, сильные минеральные кислоты можно непосредственно перегонять.

14–15 века

Царская водка

Одним из важных изобретений, ставших результатом открытия минеральных кислот, является царская водка , смесь азотной и соляной кислот в пропорции 1:3, способная растворять золото. Впервые это было описано в книге псевдо-Гебера De Invente Veritatis («Об открытии истины», около г. 1300 ), где царская водка была приготовлена ​​путем добавления хлорида аммония к азотной кислоте. Тот факт, что царская водка обычно определяется как смесь азотной и соляной кислот, не означает, что соляная кислота была открыта до или одновременно с царской водкой . Выделение соляной кислоты произошло примерно 300 лет спустя. Производство самой соляной кислоты (т. е. как изолированного вещества, а не смешанного с азотной кислотой) зависело от использования более эффективных охлаждающих устройств, которые развились только в последующие столетия.

16–17 века

Выделение соляной кислоты

С точки зрения западной истории химии, соляная кислота была последней из трех известных минеральных кислот, способ ее получения которой появился в литературе. Рецепты его изготовления начали появляться еще в конце шестнадцатого века. Самые ранние рецепты производства соляной кислоты можно найти в книге Джованни Баттиста Делла Порта (1535–1615) Magiae naturalis («Природная магия») и в работах других современных химиков, таких как Андреас Либавиус ( ок. 1550–1616 ), Жан Беген (1550–1620) и Освальд Кролл ( ок. 1563–1609 ). Среди историков, написавших об этом, - немецкие химики Герман Франц Мориц Копп (1845 г.) и Эдмунд Оскар фон Липпманн (1938 г.), горный инженер (и будущий президент США) Герберт Гувер с женой-геологом Лу Генри Гувер (1912 г.), голландский химик Роберт Якобус Форбс (1948), американский химик Мэри Эльвира Уикс (1956) и британские химики Ф. Шервуд Тейлор (1957) и Дж. Р. Партингтон (1960). Итальянский химик Ладислао Рети так подвел итог своих усилий:

Первый явный пример получения соляной кислоты появляется в трудах Делла Порта (1589 и 1608 гг.), Либавиуса (1597 г.), псевдо-Базилия (1604 г.), ван Гельмонта (1646 г.) и Глаубера (1648 г.). Менее убедительные более ранние ссылки встречаются в Плихто Розетти (1540 г.) и у Агриколы (1558 г.). Что касается первого практического способа приготовления из купороса и поваренной соли, то нет сомнения, что псевдо-Базилик предшествует Глауберу, но последний имеет несомненную заслугу, указывая способ получения кислоты, впоследствии принятый химической промышленностью для масштабные операции.

- Ладислао Рети, Сколько лет соляной кислоте?

Растворение металлов

Знание минеральных кислот, таких как соляная кислота, имело бы ключевое значение для химиков семнадцатого века, таких как Дэниел Сеннерт (1572–1637) и Роберт Бойль (1627–1691), которые использовали свою способность быстро растворять металлы в своих демонстрациях композитов. природа тел.

Промышленные разработки

Во время промышленной революции в Европе спрос на щелочные вещества увеличился. Новый промышленный процесс, разработанный Николя Лебланом из Иссудена, Франция, позволил дешево и крупномасштабно производить карбонат натрия (кальцинированную соду). В этом процессе Леблана поваренная соль преобразуется в кальцинированную соду с использованием серной кислоты, известняка и угля, выделяя хлористый водород в качестве побочного продукта. До принятия Британского закона о щелочах 1863 года и аналогичного законодательства в других странах избыток HCl часто выбрасывался в воздух. Ранним исключением был Боннингтонский химический завод , где в 1830 году HCl начали улавливать, а полученную соляную кислоту использовать для производства аммиака ( хлорида аммония ). После принятия закона производители кальцинированной соды были обязаны поглощать отходящие газы водой, производя соляную кислоту в промышленных масштабах.

В 20 веке процесс Леблана был эффективно заменен процессом Сольве без побочного продукта соляной кислоты. Поскольку соляная кислота уже была полностью признана важным химическим веществом во многих применениях, коммерческий интерес привел к появлению других методов производства, некоторые из которых используются до сих пор. После 2000 года соляная кислота в основном производится путем поглощения побочного продукта хлористого водорода при производстве промышленных органических соединений .

Химические свойства

Газообразный хлористый водород представляет собой молекулярное соединение с ковалентной связью между атомами водорода и хлора. В водных растворах диссоциация полная с образованием хлорид-ионов и гидратированных ионов водорода ( ионов гидроксония ). Совместное ИК-, рамановское, рентгеновское и нейтронографическое исследование концентрированной соляной кислоты показало, что ион гидроксония образует с водородными связями с другими молекулами воды. комплексы ( см. в разделе Гидроний Дальнейшее обсуждение этого вопроса .)

Значение p K _a соляной кислоты в водном растворе теоретически оценивается как -5,9. Раствор хлористого водорода в воде ведет себя как сильная кислота : концентрация молекул HCl практически равна нулю.

Физические свойства

Масса фракция	Концентрация		Плотность	Молярность	рН	Вязкость	Специфический нагревать	пар давление	Кипение точка	плавление точка
кг HCl/кг	кг HCl/м 3	Боме	кг/л	Молл		мПа·с	кДж/(кг·К)	кПа	°С	°С
10%	104.80	6.6	1.048	2.87	−0.5	1.16	3.47	1.95	103	−18
20%	219.60	13	1.098	6.02	−0.8	1.37	2.99	1.40	108	−59
30%	344.70	19	1.149	9.45	−1.0	1.70	2.60	2.13	90	−52
32%	370.88	20	1.159	10.17	−1.0	1.80	2.55	3.73	84	−43
34%	397.46	21	1.169	10.90	−1.0	1.90	2.50	7.24	71	−36
36%	424.44	22	1.179	11.64	−1.1	1.99	2.46	14.5	61	−30
38%	451.82	23	1.189	12.39	−1.1	2.10	2.43	28.3	48	−26
Справочная температура и давление для приведенной выше таблицы составляют 20 °C и 1 атмосфера (101,325 кПа). Значения давления пара взяты из Международных критических таблиц и относятся к общему давлению пара раствора.

Температура плавления в зависимости от концентрации HCl в воде

Физические свойства соляной кислоты, такие как температуры кипения и плавления , плотность и pH , зависят от концентрации или молярности HCl в водном растворе. Они варьируются от значений для воды с очень низкими концентрациями, приближающимися к 0% HCl, до значений для дымящей соляной кислоты с концентрацией более 40% HCl.

Соляная кислота как бинарная (двухкомпонентная) смесь HCl и H ₂ O имеет азеотроп с постоянной температурой кипения при 20,2% HCl и 108,6 °C (381,8 K; 227,5 °F). Существует четыре постоянной кристаллизации точки эвтектики соляной кислоты: кристаллическая форма [H ₃ O]Cl (68% HCl), [H ₅ O ₂ ]Cl (51% HCl), [H ₇ O ₃ ]Cl ( 41% HCl), [H ₃ O]Cl·5H ₂ O (25% HCl) и лед (0% HCl). Существует также метастабильная эвтектическая точка на уровне 24,8% между льдом и кристаллизацией [H ₇ O ₃ ]Cl. Все они представляют собой соли гидроксония .

Производство

Соляную кислоту обычно получают промышленным путем растворением хлористого водорода в воде. Хлороводород можно получать разными способами, поэтому существует несколько предшественников соляной кислоты. Крупномасштабное производство соляной кислоты почти всегда интегрировано с промышленным производством других химических веществ , например, в хлорщелочном процессе , в ходе которого получают гидроксид , водород и хлор, последний из которых можно объединить для получения HCl.

Хлороводород получают соединением хлора и водорода :

${\ce {Cl2 + H2 -> 2 HCl}}$

Поскольку реакция экзотермическая , установка называется HCl- печью или HCl-горелкой. Образующийся газообразный хлористый водород абсорбируется , деионизированной водой в результате чего образуется химически чистая соляная кислота. Эта реакция может дать очень чистый продукт, например, для использования в пищевой промышленности.

Промышленный рынок

Соляную кислоту выпускают в растворах до 38% HCl (концентрированная). Химически возможны более высокие концентрации до чуть более 40%, но скорость испарения тогда настолько высока, что хранение и обращение требуют дополнительных мер предосторожности, таких как создание давления и охлаждение. Таким образом, сыпучий промышленный сорт составляет от 30% до 35%, что оптимизировано для баланса эффективности транспортировки и потерь продукта из-за испарения. В США растворы концентрацией от 20% до 32% продаются как соляная кислота. Растворы для бытовых целей в США, в основном для уборки, обычно имеют концентрацию от 10% до 12%, при этом настоятельно рекомендуется разбавлять перед использованием. В Соединенном Королевстве, где он продается как «Солевой спирт» для домашней уборки, его эффективность такая же, как у промышленного сорта в США. В других странах, например в Италии, соляная кислота для бытовой или промышленной очистки продается как «Acido Muriatico», а ее концентрация колеблется от 5% до 32%.

Крупнейшие производители во всем мире включают Dow Chemical с объемом производства 2 миллиона тонн в год (Мт/год), в пересчете на газ HCl, Georgia Gulf Corporation , Tosoh Corporation , Akzo Nobel и Tessenderlo с объемом от 0,5 до 1,5 Мт/год каждый. Общее мировое производство, для целей сравнения, выраженное в пересчете на HCl, оценивается в 20 Мт/год, из которых 3 Мт/год приходится на прямой синтез, а остальная часть представляет собой вторичный продукт органического и аналогичного синтеза. Безусловно, большая часть соляной кислоты потребляется производителем. Объем открытого мирового рынка оценивается в 5 млн тонн в год.

Приложения

Основная статья: Хлороводород

Соляная кислота — сильная неорганическая кислота, которая используется во многих промышленных процессах, таких как очистка металлов. Применение часто определяет требуемое качество продукта. Хлороводород, а не соляная кислота, более широко используется в промышленной органической химии, например, для производства винилхлорида и дихлорэтана .

Травление стали

Одним из наиболее важных применений соляной кислоты является травление стали для удаления ржавчины или окалины оксида железа с железа или стали перед последующей обработкой, такой как экструзия , прокатка , цинкование и другие методы. HCl технического качества с концентрацией обычно 18% является наиболее часто используемым травильным агентом для травления углеродистых сталей .

${\ce {Fe3O4 + Fe + 8 HCl -> 4 FeCl2 + 4 H2O}}$

уже Отработанная кислота давно используется повторно в виде растворов хлорида железа (II) (также известного как хлорид железа), но высокие уровни тяжелых металлов в травильном растворе уменьшили эту практику.

В отрасли травления стали разработаны процессы регенерации соляной кислоты , такие как обжиговая печь или процесс регенерации HCl в псевдоожиженном слое, которые позволяют извлекать HCl из отработанного травильного раствора. Наиболее распространенным процессом регенерации является процесс пирогидролиза, по следующей формуле:

${\ce {4 FeCl2 + 4 H2O + O2 -> 8 HCl + 2 Fe2O3}}$

За счет рекуперации отработанной кислоты создается замкнутый кислотный цикл. Побочный продукт процесса регенерации оксид железа (III) является ценным и используется во многих вторичных отраслях промышленности.

Производство неорганических соединений

Подобно травлению, соляная кислота используется для растворения многих металлов, оксидов металлов и карбонатов металлов. Преобразования часто изображаются в упрощенных уравнениях:

${\ce {Zn + 2 HCl -> ZnCl2 + H2}}$

${\ce {NiO + 2 HCl -> NiCl2 + H2O}}$

${\ce {CaCO3 + 2 HCl -> CaCl2 + CO2 + H2O}}$

Эти процессы используются для производства хлоридов металлов для анализа или дальнейшего производства.

Контроль pH и нейтрализация

Соляную кислоту можно использовать для регулирования кислотности ( рН ) растворов.

${\ce {HO- + HCl -> H2O + Cl-}}$

В промышленности, требующей чистоты (пищевая, фармацевтическая, питьевая вода), высококачественная соляная кислота используется для контроля pH потоков технологической воды. В менее требовательных отраслях соляной кислоты технического качества достаточно для нейтрализации потоков отходов и контроля pH в бассейнах.

Регенерация ионообменников

Высококачественная соляная кислота используется при регенерации ионообменных смол . Катионный обмен широко используется для удаления ионов, таких как Na. ⁺ и Ca ²⁺ из водных растворов с получением деминерализованной воды . Кислота используется для вымывания катионов из смол. Уже ⁺ заменяется на H ⁺ и Ca ²⁺ с 2 ч ⁺ .

Ионообменники и деминерализованная вода используются во всех химических отраслях промышленности, производстве питьевой воды и во многих отраслях пищевой промышленности.

Лабораторное использование

30% соляная кислота

Из распространенных сильных минеральных кислот в химии соляная кислота является монопротонной кислотой, которая с наименьшей вероятностью подвергается мешающей окислительно-восстановительной реакции. Это одна из наименее опасных сильных кислот; несмотря на свою кислотность, он содержит нереактивный и нетоксичный хлорид-ион. Растворы соляной кислоты средней концентрации достаточно стабильны при хранении, сохраняя свою концентрацию с течением времени. Эти свойства, а также тот факт, что она доступна в виде чистого реагента , делают соляную кислоту отличным подкисляющим реагентом. Это также недорого.

Соляная кислота является предпочтительной кислотой при титровании для определения количества оснований . Титранты с сильными кислотами дают более точные результаты благодаря более четкой конечной точке. Азеотропная , или «постоянно кипящая», соляная кислота (примерно 20,2%) может использоваться в качестве первичного стандарта в количественном анализе , хотя ее точная концентрация зависит от атмосферного давления при ее приготовлении.

Другой

Соляная кислота используется для большого количества мелких применений, таких как обработка кожи, уборка дома, и строительство зданий. Добычу нефти можно стимулировать путем закачки соляной кислоты в породу нефтяной скважины , растворяя часть породы и создавая крупнопористую структуру. Кислотная обработка нефтяных скважин является распространенным процессом в нефтедобывающей отрасли Северного моря .

Соляная кислота использовалась для растворения карбоната кальция, например, при очистке чайников от накипи и для очистки кирпичной кладки от раствора. При использовании на кирпичной кладке реакция с раствором продолжается только до тех пор, пока вся кислота не преобразуется, образуя хлорид кальция , углекислый газ и воду:

${\ce {CaCO3 + 2 HCl -> CaCl2 + CO2 + H2O}}$

Многие химические реакции с участием соляной кислоты применяются при производстве продуктов питания, пищевых ингредиентов и пищевых добавок . Типичные продукты включают аспартам , фруктозу , лимонную кислоту , лизин , гидролизованный растительный белок в качестве пищевого усилителя и при производстве желатина . При необходимости для получения конечного продукта можно использовать пищевую (особо чистую) соляную кислоту.

Присутствие в живых организмах

Схема щелочного слоя слизистой оболочки желудка с защитными механизмами слизистой оболочки

Желудочная кислота является одним из основных секретов желудка. Он состоит в основном из соляной кислоты и подкисляет содержимое желудка до pH от 1 до 2. Хлорид (Cl ⁻ ) и водород (H ⁺ ) ионы секретируются отдельно в области дна желудка в верхней части желудка париетальными клетками в слизистой оболочки желудка секреторную сеть, называемую канальцами, прежде чем они попадают в просвет желудка.

Желудочная кислота действует как барьер против микроорганизмов , предотвращая инфекции, и важна для переваривания пищи. Низкий уровень pH денатурирует белки и тем самым делает их восприимчивыми к расщеплению пищеварительными ферментами , такими как пепсин . Низкий pH также активирует предшественник фермента пепсиноген в активный фермент пепсин путем саморасщепления. Покинув желудок, соляная кислота химуса нейтрализуется в двенадцатиперстной бикарбонатом кишке .

Сам желудок защищен от сильной кислоты секрецией толстого слоя слизи и секретин -индуцированной буферизацией бикарбонатом натрия . изжога или пептическая язва Когда эти механизмы выходят из строя, могут развиться . Препараты классов антигистаминных средств и ингибиторов протонной помпы могут ингибировать выработку кислоты в желудке, а антациды используются для нейтрализации избыточной существующей кислоты.

Соляная кислота также используется остеокластами наряду с протеазами для резорбции кости .

Безопасность

Будучи сильной кислотой, соляная кислота оказывает коррозионное воздействие на живые ткани и многие материалы, но не на резину. Обычно при работе с концентрированными растворами используются резиновые защитные перчатки и соответствующее защитное снаряжение.

Пары и туман представляют собой опасность для органов дыхания, которую можно частично снизить с помощью респиратора, оснащенного картриджами, специально предназначенными для улавливания соляной кислоты. Кислота, переносимая по воздуху, раздражает глаза и может потребовать использования защитных очков или маски.

Масса фракция	Классификация	Список H-фразы
10% ≤ С < 25%	Вызывает раздражение кожи, Вызывает серьезное раздражение глаз,	Х315 , Х319
С ≥ 10%	Может вызвать раздражение дыхательных путей	H335
С ≥ 25%	Вызывает серьезные ожоги кожи и повреждения глаз.	H314

Юридический статус

Соляная кислота внесена в список прекурсоров Таблицы II в соответствии с Конвенцией Организации Объединенных Наций о борьбе против незаконного оборота наркотических средств и психотропных веществ 1988 года из-за ее использования в производстве героина , кокаина и метамфетамина .

См. также

• Хлориды , неорганические соли соляной кислоты
• Гидрохлорид , органические соли соляной кислоты из гидроксида натрия.

• Царская водка

Внешние ссылки

• Веб-книга NIST, общая ссылка
• Соляная кислота - Часть первая и Соляная кислота - Часть вторая в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
• Калькуляторы: поверхностного натяжения , плотности, молярности и моляльности водного раствора HCl.

Общая информация по безопасности

• Сводка опасностей Агентства по охране окружающей среды (EPA)
• Паспорт безопасности хлористоводородной кислоты, выданный Технологическим институтом Джорджии.
• Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям

Информация о загрязнении

• Национальный реестр загрязнителей – Информационный бюллетень по соляной кислоте