Соляная кислота - Hydrochloric acid

Структура соляной кислоты в виде диссоциированных ионов хлорида и гидроксония
3D модель хлористого водорода
3D модель воды
3D модель хлорид-аниона
3D модель катиона гидроксония
Образец соляной кислоты во флаконе
Имена
Название ИЮПАК
Хлоран
Другие имена
Идентификаторы
ЧЭМБЛ
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.210.665 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
Номер E E507 (регуляторы кислотности, ...)
UNII
Номер ООН 1789 г.
Характеристики
HCl (водн.)
Появление Бесцветная прозрачная жидкость, при концентрации дымит на воздухе
Запах Резкая характеристика
Температура плавления В зависимости от концентрации - см. Таблицу
Точка кипения В зависимости от концентрации - см. Таблицу
журнал P 0,00
Кислотность (p K a ) -5,9 (газ HCl)
Фармакология
A09AB03 ( ВОЗ ) B05XA13 ( ВОЗ )
Опасности
Паспорт безопасности См .: страницу данных
Пиктограммы GHS GHS07: ВредноGHS05: Коррозийный
Сигнальное слово GHS Опасность
H290 , H314 , H335
P260 , P280 , P303 + 361 + 353 , P305 + 351 + 338
NFPA 704 (огненный алмаз)
Родственные соединения
Родственные соединения
Страница дополнительных данных
Показатель преломления ( n ),
диэлектрическая проницаемостьr ) и т. Д.
Термодинамические
данные
Фазовое поведение
твердое тело – жидкость – газ
УФ , ИК , ЯМР , МС
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?) проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Соляная кислота , также известная как соляная кислота , представляет собой водный раствор из хлористого водорода ( химической формулы : НCl). Это бесцветный раствор с характерным резким запахом. Классифицируется как сильная кислота . Это компонент желудочной кислоты в пищеварительной системе большинства видов животных, включая человека. Соляная кислота - важный лабораторный реагент и промышленный химикат.

История

В начале X века персидский врач и алхимик Абу Бакр ар-Рази ( ок. 865–925, латинское: Rhazes) проводил эксперименты с солевым аммиаком ( хлорид аммония ) и купоросом (гидратированные сульфаты различных металлов), которые он перегонял вместе. , таким образом производя газообразный хлористый водород. При этом ар-Рази очень близко подошел к открытию соляной кислоты, но, похоже, он не обращал внимания на газообразные продукты своих экспериментов, сосредоточившись вместо этого на изменении цвета, которое могло произойти в остатке. Опираясь на эксперименты аль-Рази, то De aluminibus и др salibus ( «О квасцов и соли», eleventh- или двенадцатого века арабский текст ошибочно приписывается Аль-Рази и переведены на латинский язык во второй половине двенадцатого века на Джерарда Кремоны , 1144-1187) описал нагрев металлов с различными солями, который в случае ртути приводил к образованию хлорида ртути (II) (коррозионный сублимат). В этом процессе соляная кислота фактически начала образовываться, но сразу же вступила в реакцию с ртутью, образуя коррозионный сублимат. Латинские алхимики XIII века, для которых De aluminibus et salibus был одним из основных справочных произведений, были очарованы хлорирующими свойствами коррозионного сублимата и вскоре обнаружили, что, когда металлы удаляются из процесса нагревания купороса, квасцов , и соли, сильные минеральные кислоты можно непосредственно перегонять. Одним из важных изобретений, появившихся в результате открытия минеральных кислот, является царская водка , смесь азотной и соляной кислот в соотношении 1: 3, способная растворять золото. Это было впервые описано в псевдо-Geber «s De inventione Veritatis („Об открытии Правды“, после того, как с. 1300), где царской водке получали путем добавления хлорида аммония в азотной кислоте. Однако производство самой соляной кислоты (то есть в виде изолированного вещества, а не уже смешанного с азотной кислотой) зависело от использования более эффективных охлаждающих устройств, которые будут разработаны только в последующие столетия. Таким образом, рецепты производства соляной кислоты появляются только в конце шестнадцатого века, самые ранние из которых были найдены в книге Джованни Баттиста Делла Порта (1535–1615) Magiae naturalis («Магия природы») и в работах других современных химиков, таких как Андреас Либавиус (ок. 1550–1616), Жан Беген (1550–1620) и Освальд Кролл (ок. 1563–1609). Знание минеральных кислот, таких как соляная кислота, будет иметь ключевое значение для химиков семнадцатого века, таких как Дэниел Сеннерт (1572–1637) и Роберт Бойл (1627–1691), которые использовали свою способность быстро растворять металлы в своих демонстрациях композита. природа тел.

Этимология

Поскольку соляная кислота была произведена из каменной соли в соответствии с методами Иоганна Рудольфа Глаубера , соляная кислота исторически называлась европейскими алхимиками духами соли или acidum salis (соляная кислота). Оба имени все еще используются, особенно в других языках, таких как немецкий : Salzsäure , голландский : Zoutzuur , шведский : Saltsyra , испанский : Salfumán , турецкий : Tuz Ruhu , польский : kwas solny , венгерский : sósav и чешский : kyselina solná

Газообразный HCl был назван морским кислым воздухом . Название : соляная кислота имеет то же происхождение ( Muriatic означает «относящийся к рассола или соли», следовательно , хлористый означает гидрохлорид ), и это имя до сих пор иногда используется. Название соляная кислота было придумано французским химиком Жозефом Луи Гей-Люссаком в 1814 году.

Промышленные разработки

Во время промышленной революции в Европе спрос на щелочные вещества увеличился. Новый промышленный процесс, разработанный Николя Лебланом из Иссудена, Франция, позволил дешевое крупномасштабное производство карбоната натрия (кальцинированной соды). В этом процессе Леблана поваренная соль превращается в кальцинированную соду с использованием серной кислоты, известняка и угля с выделением хлористого водорода в качестве побочного продукта. До британского закона о щелочах 1863 года и аналогичного законодательства в других странах избыток HCl часто выбрасывался в воздух. Первым исключением был Bonnington Chemical Works, где в 1830 году HCl начал улавливаться, а полученная соляная кислота использовалась для производства соляного аммиака ( хлорида аммония ). После принятия закона производители кальцинированной соды были обязаны поглощать отработанный газ 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 полностью утвердилась в качестве важного химического вещества во многих приложениях, коммерческий интерес инициировал другие методы производства, некоторые из которых все еще используются сегодня. После 2000 года соляная кислота в основном производится путем поглощения побочного продукта хлористого водорода при производстве промышленных органических соединений .

Структура и реакции

Соляная кислота - это соль протонированной воды и хлорида. Его ионы часто обозначают как H 3 O + Cl - , хотя на самом деле катион часто связан с другими молекулами воды. Комбинированное исследование концентрированной соляной кислоты с помощью ИК, комбинационного рассеяния света, рентгеновских лучей и нейтронографии показало, что первичной формой H + (водн.) В этих растворах является H 5 O 2 + , которая, наряду с хлорид-анионом, является водородом. связаны с соседними молекулами воды несколькими способами. (См. Hydronium для дальнейшего обсуждения этого вопроса.)

Кислотность

Как сильная кислота, хлористый водород имеет большой K a . Теоретические оценки показывают, что p K a хлористого водорода составляет -5,9. Однако важно различать газообразный хлористый водород и соляную кислоту. Из-за выравнивающего эффекта , за исключением случаев высокой концентрации и поведения, отличного от идеального, соляная кислота (водный раствор HCl) настолько же кислотна, насколько и самый сильный донор протонов, доступный в воде, акватированный протон (широко известный как «ион гидроксония»). Когда хлоридные соли, такие как NaCl, добавляются к водной HCl, они оказывают лишь незначительное влияние на pH , указывая на то, что Cl - очень слабое основание конъюгата и что HCl полностью диссоциирует. Разбавленные растворы HCl имеют pH, близкий к предсказанному, исходя из предположения о полной диссоциации на гидратированные H + и Cl - .

Физические свойства

Массовая
доля
Концентрация Плотность Молярность pH Вязкость Удельная
теплоемкость
Vapor
давление
Кипение
точка

Точка плавления
кг HCl / кг  кг HCl / м 3 Baumé кг / л Молл мПа · с кДж / (кг · К) кПа ° C ° C
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 год 1,169 10,90 −1,0 1,90 2,50 7,24 71 −36
36% 424,44 22 1,179 11,81 −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
Исходные температура и давление для приведенной выше таблицы составляют 20 ° C и 1 атмосферу (101,325 кПа).
Значения давления пара взяты из международных критических таблиц и относятся к общему давлению пара раствора.
Температура плавления как функция концентрации HCl в воде

Физические свойства соляной кислоты, такие как точки кипения и плавления , плотность и pH , зависят от концентрации или молярности HCl в водном растворе. Они варьируются от значений для воды при очень низких концентрациях, приближающихся к 0% HCl, до значений для дымящей соляной кислоты с более чем 40% HCl.

Соляная кислота как бинарная (двухкомпонентная) смесь HCl и H 2 O имеет азеотроп с постоянным кипением при 20,2% HCl и температуре 108,6 ° C (227 ° F). Существует четыре эвтектических точки постоянной кристаллизации для соляной кислоты между кристаллической формой [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). Также существует метастабильная эвтектическая точка 24,8% между льдом и кристаллизацией [H 7 O 3 ] Cl. Все они являются солями гидроксония .

Производство

Соляную кислоту обычно получают промышленным способом путем растворения хлористого водорода в воде. Хлористый водород может быть получен разными способами, и, таким образом, существует несколько предшественников соляной кислоты. Крупномасштабное производство соляной кислоты почти всегда интегрируется с промышленным производством других химикатов , например, в хлорно-щелочном процессе, который производит гидроксид , водород и хлор, последний из которых может быть объединен для получения HCl.

Промышленный рынок

Соляная кислота выпускается в растворах с содержанием HCl до 38% (концентрированная). Химически возможны более высокие концентрации до чуть более 40%, но при этом скорость испарения настолько высока, что при хранении и обращении требуются дополнительные меры предосторожности, такие как создание давления и охлаждение. Таким образом, массовая продукция промышленного класса составляет от 30% до 35%, что оптимизировано для обеспечения баланса между эффективностью транспортировки и потерями продукта из-за испарения. В Соединенных Штатах растворы от 20% до 32% продаются как соляная кислота. Растворы для бытовых целей в США, в основном чистящие, обычно составляют от 10% до 12%, при этом настоятельно рекомендуется разбавлять их перед использованием. В Соединенном Королевстве, где он продается как «Солевой спирт» для бытовой химии, его эффективность такая же, как у промышленного сорта США. В других странах, например в Италии, соляная кислота для бытовой или промышленной очистки продается как «Acido Muriatico», и ее концентрация колеблется от 5% до 32%.

Основные мировые производители включают Dow Chemical с производительностью 2 млн метрических тонн в год (2 млн тонн в год) в пересчете на газ HCl, Georgia Gulf Corporation , Tosoh Corporation , Akzo Nobel и Tessenderlo с объемом производства от 0,5 до 1,5 млн тонн в год каждая. Для целей сравнения общее мировое производство, выраженное в HCl, оценивается в 20 Мт / год, из которых 3 Мт / год - за счет прямого синтеза, а остальная часть - как вторичный продукт в результате органического и аналогичного синтезов. Безусловно, большая часть соляной кислоты потребляется производителем самостоятельно. Объем открытого мирового рынка оценивается в 5 млн т / год.

Приложения

Соляная кислота - это сильная неорганическая кислота, которая используется во многих промышленных процессах, таких как рафинирование металлов. Приложение часто определяет необходимое качество продукта. Хлористый водород, а не соляная кислота, более широко используется в промышленной органической химии, например, для 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 , гальваника и другие методы. Техническое качество HCl обычно с концентрацией 18% является наиболее часто используемым травильным агентом для травления марок углеродистой стали .

Отработанная кислота уже давно повторно использовать в качестве железа (II) хлорида (также известного как хлорид железа) растворов, но высокие тяжелых металлы уровней в травильном растворе снизился этой практика.

В индустрии травления стали разработаны процессы регенерации соляной кислоты , такие как распылительная печь или процесс регенерации HCl в псевдоожиженном слое, которые позволяют извлекать HCl из отработанного травильного раствора. Самый распространенный процесс регенерации - это процесс пирогидролиза, по следующей формуле:

За счет рекуперации отработанной кислоты создается замкнутый кислотный цикл. Оксид железа (III) , побочным продуктом процесса регенерации является ценным, используется в различных вторичных отраслях промышленности.

Производство неорганических соединений

Подобно использованию для травления, соляная кислота используется для растворения многих металлов, оксидов металлов и карбонатов металлов. Преобразование часто описывается упрощенными уравнениями:

Zn + 2 HCl → ZnCl 2 + H 2
NiO + 2 HCl → NiCl 2 + H 2 O
CaCO 3 + 2 HCl → CaCl 2 + CO 2 + H 2 O

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

контроль и нейтрализация pH

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

В промышленности, требующей чистоты (пищевая, фармацевтическая, питьевая вода), высококачественная соляная кислота используется для регулирования pH потоков технологической воды. В менее требовательных отраслях промышленности соляной кислоты технического качества достаточно для нейтрализации потоков отходов и контроля pH в плавательных 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 смывания катионов со смол. Na + заменяется на H +, а Ca 2+ на 2 H + .

Ионообменники и деминерализованная вода используются во всех отраслях химической промышленности, производстве питьевой воды и многих пищевых отраслях.

Лабораторное использование

Из шести обычных сильных минеральных кислот в химии соляная кислота является монопротоновой кислотой, которая с наименьшей вероятностью вступит в мешающую окислительно-восстановительную реакцию. Это одна из наименее опасных для обращения сильных кислот; несмотря на свою кислотность, он состоит из нереактивного и нетоксичного хлорид-иона. Растворы соляной кислоты средней концентрации достаточно стабильны при хранении, сохраняя свою концентрацию с течением времени. Эти свойства, а также тот факт, что он доступен 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 сильных кислот дают более точные результаты благодаря более четкой конечной точке. Азеотропная или «постоянно кипящая» соляная кислота (примерно 20,2%) может использоваться в качестве основного стандарта в количественном анализе , хотя ее точная концентрация зависит от атмосферного давления, когда она была приготовлена.

Другой

Соляная кислота используется в большом количестве небольших применений, таких как обработка кожи, уборка дома и строительство зданий. Добычу нефти можно стимулировать, закачивая соляную кислоту в породу нефтяной скважины , растворяя часть породы и создавая крупнопористую структуру. Кислотная обработка нефтяных скважин - распространенный процесс в нефтедобывающей промышленности Северного моря .

Соляная кислота использовалась для растворения карбоната кальция, например, для удаления накипи в котлах и для очистки строительного раствора от кирпичной кладки. При использовании на кирпичной кладке реакция с раствором продолжается только до тех пор, пока кислота полностью не превратится с образованием хлорида кальция , двуокиси углерода и воды:

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 усилителя пищи и при производстве желатина . Пищевая (особо чистая) соляная кислота может применяться при необходимости для конечного продукта.

Наличие в живых организмах

Схема щелочного слизистого слоя желудка с защитными механизмами слизистой оболочки

Желудочная кислота - один из основных секретов желудка. Оно состоит в основном из соляной кислоты и окисляется содержание желудка до рН от 1 до 2. Хлорид (Cl - ) и водорода (Н + ионов) выделяются отдельно в фундус желудка области в верхней части желудка с помощью париетальных клеток из Слизистая оболочка желудка превращается в секреторную сеть, называемую канальцами, прежде чем она попадет в просвет желудка.

Кислота желудочного сока действует как барьер против микроорганизмов для предотвращения инфекций и важна для переваривания пищи. Его низкий 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. После выхода из желудка, соляная кислота химуса нейтрализует в двенадцатиперстной кишке с помощью бикарбоната .

Сам желудок защищен от сильной кислоты секрецией толстого слоя слизи и буферизацией, вызванной секретином, с помощью бикарбоната натрия . Когда эти механизмы не работают, могут развиться изжога или пептические язвы . Препараты класса антигистаминных средств и ингибиторов протонной помпы могут подавлять выработку кислоты в желудке, а антациды используются для нейтрализации избыточной существующей кислоты.

Безопасность

Этикетка ромбической формы с буквами 8 и «коррозийный» означает, что капли жидкости разъедают материалы и руки человека. Вызывает серьезные ожоги кожи и повреждения глаз. Может вызывать раздражение дыхательных путей.

Как сильная кислота, соляная кислота разъедает живые ткани и многие материалы, но не резину. Обычно при работе с концентрированными растворами используются резиновые защитные перчатки и соответствующее защитное снаряжение.

Массовая
доля
Классификация Список
H-фраз
10% ≤ C <25% Вызывает раздражение кожи, вызывает серьезное раздражение глаз, H315 , H319
С ≥ 10% Может вызывать раздражение дыхательных путей H335
С ≥ 25% Вызывает серьезные ожоги кожи и повреждение глаз. H314

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

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки

Послушайте эту статью ( 20 минут )
Разговорный значок Википедии
Этот аудиофайл был создан на основе редакции этой статьи от 23 апреля 2005 г. и не отражает последующих правок. ( 2005-04-23 )
Общая информация о безопасности
Информация о загрязнении