Ácido clorhídrico

Ácido clorhídrico
Generalidades
Nombre sistemático	Ácido clorhídrico
Otros nombres	Ácido muriático, Espíritu de sal
Fórmula molecular	HCl en agua (H2O)
Masa molecular	36.46 g/mol (HCl)
Aspecto	Líquido incoloro a amarillo claro
Número CAS
Propiedades
Densidad, fase	1.18 g/cm³, 37% solución.
Solubilidad en agua	Totalmente miscible.
Punto de fusión	-26 °C (247 K) 38% solución.
Punto de ebullición	110 °C (383 K), 20.2% solución; 48 °C (321 K), 38% solución.
Disociación del ácido constante pKa	-8,0
Viscosidad	1,9 mPa-s a 25 °C, 31.5% de solución
Peligros
Ficha de Datos de Seguridad (MSDS)
NFPA 704	0 3 1 Solución al 32-38%
Principales peligros	Altamente corrosivo.
Punto de inflamación	No inflamable.
Declaración R/S	R34, R37, S26, S36, S45
Número RTECS	MW4025000
Página de datos complementarios
Estructura y propiedades	n, εr, etc.
Datos termodinámicos	Comportamiento de fases Sólido, líquido, gas
Datos espectrales	UV, IR, NMR, MS
Compuestos relacionados
Otros aniones	HF, HBr, HI
Otros cationes	N/a
Ácidos relacionados	Ácido hidrobromico Ácido fluorhídrico Ácido hidroyódico Ácido sulfúrico
Salvo indicación en contrario, los datos se dan para materiales en su estado estándar (a 25 °C, 100 kPa) Descargo de responsabilidad y referencias

El compuesto químico ácido clorhídrico (o ácido muriático) es la solución acuosa (a base de agua) del gas cloruro de hidrógeno (HCl). Este ácido fuerte es muy corrosivo y debe manipularse con las debidas precauciones de seguridad. Es el principal componente del ácido gástrico. Se utiliza habitualmente en los laboratorios de investigación química y en las plantas de fabricación. Sus aplicaciones incluyen la producción a gran escala de ciertos compuestos (como el cloruro de vinilo para el plástico de cloruro de polivinilo (PVC)), la eliminación del óxido y la cal de los metales, la producción de petróleo y el procesamiento de minerales. Las aplicaciones a menor escala incluyen la producción de gelatina y otros ingredientes de los alimentos, y el procesamiento del cuero. Se calcula que cada año se producen 20 millones de toneladas de ácido clorhídrico.

Historia

El ácido clorhídrico fue descubierto por primera vez alrededor del año 800 de la era cristiana por el alquimista Jabir ibn Hayyan (Geber), al mezclar sal común con vitriolo (ácido sulfúrico). Jabir descubrió muchos productos químicos importantes y registró sus hallazgos en más de 20 libros, que transmitieron sus conocimientos químicos sobre el ácido clorhídrico y otros productos químicos básicos durante cientos de años. La invención de Jabir del agua regia que disuelve el oro, compuesta por ácido clorhídrico y ácido nítrico, fue de gran interés para los alquimistas que buscaban la piedra filosofal.

Jabir ibn Hayyan, dibujo manuscrito medieval.

En la Edad Media, el ácido clorhídrico era conocido por los alquimistas europeos como espíritu de sal o acidum salis. El HCl gaseoso se denominaba aire ácido marino. El antiguo nombre (pre-sistemático) de ácido muriático tiene el mismo origen (muriático significa «perteneciente a la salmuera o a la sal»), y este nombre todavía se utiliza a veces. Una producción notable fue registrada por Basilius Valentinus, el alquimista-canónigo del priorato benedictino de Sankt Peter en Erfurt, Alemania, en el siglo XV. En el siglo XVII, Johann Rudolf Glauber de Karlstadt am Main, Alemania, utilizó sal de cloruro de sodio y ácido sulfúrico para la preparación de sulfato de sodio en el proceso de Mannheim, liberando gas de cloruro de hidrógeno. Joseph Priestley, de Leeds (Inglaterra), preparó cloruro de hidrógeno puro en 1772, y en 1818 Humphry Davy, de Penzance (Inglaterra), demostró que la composición química incluía hidrógeno y cloro.

Durante la Revolución Industrial en Europa, aumentó la demanda de sustancias alcalinas como la ceniza de sosa, y el nuevo proceso industrial de sosa de Nicolas Leblanc (Issoundun, Francia) permitió una producción barata y a gran escala. En el proceso de Leblanc, la sal se convierte en carbonato de sodio utilizando ácido sulfúrico, piedra caliza y carbón. Como subproducto se libera cloruro de hidrógeno. Hasta la Ley de Álcalis de 1863, el exceso de HCl se expulsaba al aire. Tras la aprobación de la ley, los productores de ceniza de sosa se vieron obligados a absorber el gas residual en agua, produciendo ácido clorhídrico a escala industrial.

Cuando a principios del siglo XX el proceso Leblanc fue efectivamente sustituido por el proceso Solvay sin el subproducto ácido clorhídrico, el ácido clorhídrico ya estaba plenamente asentado como un producto químico importante en numerosas aplicaciones. El interés comercial inició otros métodos de producción que se siguen utilizando hoy en día, como se describe a continuación. En la actualidad, la mayor parte del ácido clorhídrico se fabrica mediante la absorción de cloruro de hidrógeno procedente de la producción de compuestos orgánicos industriales.

El ácido clorhídrico está incluido en la lista de precursores de la Tabla II de la Convención contra el Tráfico Ilícito de Estupefacientes y Sustancias Psicotrópicas de 1988 debido a su uso en la producción de drogas como la heroína, la cocaína y la metanfetamina.

Química

Valoración de ácidos.

El cloruro de hidrógeno (HCl) es un ácido monoprótico, lo que significa que cada molécula puede disociarse (ionizarse) sólo una vez para liberar un ion H+ (un solo protón). En el ácido clorhídrico acuoso, el H+ se une a una molécula de agua para formar un ion hidronio, H3O+:

HCl + H2O ⇌ H3O+ + Cl-

Modelo molecular del cloruro de hidrógeno.

El otro ion formado es Cl-, el ion cloruro. Por lo tanto, el ácido clorhídrico puede utilizarse para preparar sales llamadas cloruros, como el cloruro de sodio. El ácido clorhídrico es un ácido fuerte, ya que se disocia completamente en el agua.

Los ácidos monopróticos tienen una constante de disociación del ácido, Ka, que indica el nivel de disociación en el agua. Para un ácido fuerte como el HCl, la Ka es grande. Se han hecho intentos teóricos para asignar una Ka al HCl. Cuando se añaden sales de cloruro, como el NaCl, al HCl acuoso no tienen prácticamente ningún efecto sobre el pH, lo que indica que el Cl- es una base conjugada extremadamente débil y que el HCl se disocia completamente en solución acuosa. Para soluciones intermedias a fuertes de ácido clorhídrico, la suposición de que la molaridad de H+ (una unidad de concentración) es igual a la molaridad de HCl es excelente, coincidiendo con cuatro dígitos significativos.

De los siete ácidos fuertes comunes en química, todos ellos inorgánicos, el ácido clorhídrico es el ácido monoprótico con menos probabilidades de sufrir una reacción de oxidación-reducción que interfiera. Es uno de los ácidos fuertes menos peligrosos de manejar; a pesar de su acidez, produce el ion cloruro, menos reactivo y no tóxico. Las soluciones de ácido clorhídrico de fuerza intermedia son bastante estables, manteniendo sus concentraciones a lo largo del tiempo. Estos atributos, más el hecho de que está disponible como reactivo puro, hacen que el ácido clorhídrico sea un excelente reactivo acidificante y valorante ácido (para determinar la cantidad de una cantidad desconocida de base en la valoración). Los valorantes ácidos fuertes son útiles porque dan puntos finales más definidos en una valoración, lo que hace que la valoración sea más precisa. El ácido clorhídrico se utiliza con frecuencia en el análisis químico y para digerir muestras para su análisis. El ácido clorhídrico concentrado disuelve algunos metales para formar cloruros metálicos oxidados y gas hidrógeno. Producirá cloruros metálicos a partir de compuestos básicos como el carbonato de calcio o el óxido de cobre (II). También se utiliza como catalizador ácido simple para algunas reacciones químicas.

Propiedades físicas

Las propiedades físicas del ácido clorhídrico, como los puntos de ebullición y fusión, la densidad y el pH, dependen de la concentración o molaridad del HCl en la solución ácida. Pueden variar desde los del agua al 0 por ciento de HCl hasta los valores del ácido clorhídrico fumante a más del 40 por ciento de HCl.

El ácido clorhídrico como mezcla binaria (de dos componentes) de HCl y H2O tiene un azeótropo de ebullición constante a 20,2 por ciento de HCl y 108,6 °C (227 °F). Existen cuatro puntos eutécticos de cristalización constante para el ácido clorhídrico, entre la forma cristalina de HCl-H2O (68 por ciento de HCl), HCl-2H2O (51 por ciento de HCl), HCl-3H2O (41 por ciento de HCl), HCl-6H2O (25 por ciento de HCl) y el hielo (0 por ciento de HCl). También existe un punto eutéctico metaestable al 24,8 por ciento entre el hielo y la cristalización HCl-3H2O

Producción

El ácido clorhídrico se prepara disolviendo cloruro de hidrógeno en agua. El cloruro de hidrógeno puede generarse de muchas maneras, por lo que existen varios precursores diferentes del ácido clorhídrico. La producción a gran escala de ácido clorhídrico está casi siempre integrada con la producción de otros productos químicos a escala industrial.

Mercado industrial

El ácido clorhídrico se produce en soluciones de hasta un 38 por ciento de HCl (grado concentrado). Químicamente son posibles concentraciones más altas, hasta algo más del 40%, pero la tasa de evaporación es entonces tan alta que el almacenamiento y la manipulación requieren precauciones adicionales, como presión y baja temperatura. El grado industrial a granel es, por tanto, del 30% al 34%, optimizado para un transporte eficaz y una pérdida de producto limitada por los vapores de HCl. Las soluciones para fines domésticos, sobre todo de limpieza, suelen ser del 10 al 12 por ciento, y se recomienda encarecidamente diluirlas antes de usarlas.

Los principales productores mundiales son Dow Chemical, con 2 millones de toneladas métricas anuales (2 Mt/año), calculadas como gas HCl, y FMC, Georgia Gulf Corporation, Tosoh Corporation, Akzo Nobel y Tessenderlo, con 0,5 a 1,5 Mt/año cada una. La producción mundial total, a efectos de comparación expresada como HCl, se estima en 20 Mt/año, con 3 Mt/año de síntesis directa y el resto como producto secundario de síntesis orgánicas y similares. La mayor parte del ácido clorhídrico es consumido por el productor. El tamaño del mercado mundial abierto se estima en 5 Mt/año.

Aplicaciones

El ácido clorhídrico es un ácido inorgánico fuerte que se utiliza en muchos procesos industriales. La aplicación a menudo determina la calidad requerida del producto.

Regeneración de intercambiadores de iones

Una importante aplicación del ácido clorhídrico de alta calidad es la regeneración de resinas de intercambio de iones. El intercambio de cationes se utiliza ampliamente para eliminar iones como el Na+ y el Ca2+ de las soluciones acuosas, produciendo agua desmineralizada.

El Na+ se sustituye por H3O+ El Ca2+ se sustituye por 2 H3O+

Los intercambiadores de iones y el agua desmineralizada se utilizan en todas las industrias químicas, en la producción de agua potable y en muchas industrias alimentarias.

Control del pH y neutralización

Una aplicación muy común del ácido clorhídrico es regular la basicidad (pH) de las soluciones.

OH- + HCl → H2O + Cl-

En la industria que exige pureza (alimentaria, farmacéutica, agua potable), se utiliza ácido clorhídrico de alta calidad para controlar el pH de las corrientes de agua de proceso. En la industria menos exigente, el ácido clorhídrico de calidad técnica es suficiente para neutralizar los flujos de residuos y el tratamiento de piscinas.

El decapado del acero

El decapado es un paso esencial en el tratamiento de la superficie del metal, para eliminar el óxido o las incrustaciones de óxido de hierro del hierro o del acero antes de su posterior procesamiento, como la extrusión, el laminado, el galvanizado y otras técnicas. El HCl de calidad técnica, con una concentración típica del 18%, es el agente de decapado más utilizado para el decapado de las calidades de acero al carbono.

Fe2O3 + Fe + 6 HCl → 3 FeCl2 + 3 H2O

El ácido gastado se ha reutilizado durante mucho tiempo como soluciones de cloruro ferroso, pero los altos niveles de metales pesados en el licor de decapado han reducido esta práctica.

En los últimos años, la industria del decapado del acero ha desarrollado, sin embargo, procesos de regeneración del ácido clorhídrico, como el tostador por aspersión o el proceso de regeneración del HCl en lecho fluido, que permiten recuperar el HCl del licor de decapado gastado. El proceso de regeneración más común es el proceso de pirohidrólisis, aplicando la siguiente fórmula:

4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl+ 2 Fe2O3

Al recuperar el ácido gastado, se establece un bucle ácido cerrado. El subproducto de óxido férrico del proceso de regeneración es un valioso subproducto, utilizado en una variedad de industrias secundarias.

El HCl no es un agente de decapado común para los grados de acero inoxidable.

Producción de compuestos inorgánicos

Con el ácido clorhídrico pueden producirse numerosos productos en reacciones ácido-base normales, dando lugar a compuestos inorgánicos. Entre ellos se encuentran productos químicos para el tratamiento del agua como el cloruro de hierro (III) y el cloruro de polialuminio (PAC).

Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O

Tanto el cloruro de hierro (III) como el PAC se utilizan como agentes de floculación y coagulación en el tratamiento de aguas residuales, la producción de agua potable y la producción de papel.

Otros compuestos inorgánicos producidos con ácido clorhídrico incluyen el cloruro de calcio para aplicaciones en carreteras, el cloruro de níquel(II) para galvanoplastia y el cloruro de zinc para la industria de la galvanización y la producción de baterías.

Producción de compuestos orgánicos

El mayor consumo de ácido clorhídrico se da en la producción de compuestos orgánicos como el cloruro de vinilo para el PVC, y el MDI y el TDI para el poliuretano. A menudo se trata de un uso cautivo, consumiendo ácido clorhídrico producido localmente que nunca llega al mercado abierto. Otros compuestos orgánicos producidos con ácido clorhídrico son el bisfenol A para el policarbonato, el carbón activado y el ácido ascórbico, así como numerosos productos farmacéuticos.

Otras aplicaciones

El ácido clorhídrico es un producto químico fundamental, y como tal se utiliza para un gran número de aplicaciones a pequeña escala, como el procesamiento del cuero, la limpieza del hogar y la construcción de edificios. Además, una forma de estimular la producción de petróleo es inyectando ácido clorhídrico en la formación rocosa de un pozo petrolífero, disolviendo una parte de la roca y creando una estructura de grandes poros. La acidificación de pozos petrolíferos es un proceso común en la industria de producción de petróleo del Mar del Norte.

Muchas reacciones químicas en las que interviene el ácido clorhídrico se aplican en la producción de alimentos, ingredientes alimentarios y aditivos alimentarios. Entre los productos típicos se encuentran el aspartamo, la fructosa, el ácido cítrico, la lisina, la proteína (vegetal) hidrolizada como potenciador de los alimentos y en la producción de gelatina. El ácido clorhídrico de grado alimentario (extrapuro) puede aplicarse cuando sea necesario para el producto final.

Fisiología y patología

El ácido clorhídrico constituye la mayor parte del ácido gástrico, el fluido digestivo humano. En un proceso complejo y con una gran carga energética, es secretado por las células parietales (también conocidas como células oxínticas). Estas células contienen una extensa red secretora (llamada canalículos) desde la que se segrega el HCl al lumen del estómago. Forman parte de las glándulas fúndicas (también conocidas como glándulas oxínticas) del estómago.

Los mecanismos de seguridad que evitan el daño del epitelio del tracto digestivo por el ácido clorhídrico son los siguientes:

• Reguladores negativos de su liberación
• Una gruesa capa de moco que cubre el epitelio
• Bicarbonato sódico segregado por las células epiteliales gástricas y el páncreas
• La estructura del epitelio (uniones estrechas)
• Adecuado suministro de sangre
• Prostaglandinas (muchos efectos diferentes: estimulan la secreción de moco y bicarbonato, mantienen la integridad de la barrera epitelial, permiten un adecuado aporte sanguíneo, estimulan la cicatrización de la mucosa dañada)

Cuando, por diferentes motivos, estos mecanismos fallan, puede desarrollarse acidez o úlceras pépticas. Los fármacos denominados inhibidores de la bomba de protones impiden que el organismo produzca un exceso de ácido en el estómago, mientras que los antiácidos neutralizan el ácido existente.

En algunos casos, no se produce suficiente ácido clorhídrico en el estómago. Estos estados patológicos se denominan hipoclorhidria y aclorhidria. Potencialmente pueden conducir a una gastroenteritis.

Armas químicas

El fosgeno (COCl2) fue un agente químico de guerra común utilizado en la Primera Guerra Mundial. El principal efecto del fosgeno resulta de la disolución del gas en las membranas mucosas de la profundidad del pulmón, donde se convierte por hidrólisis en ácido carbónico y en el corrosivo ácido clorhídrico. Este último altera las membranas alveolocapilares, de modo que el pulmón se llena de líquido (edema pulmonar).

El ácido clorhídrico también es en parte responsable de los efectos nocivos o vesicantes del gas mostaza. En presencia de agua, como en la superficie húmeda de los ojos o los pulmones, el gas mostaza se descompone para formar ácido clorhídrico.

Seguridad

El ácido clorhídrico en altas concentraciones forma nieblas ácidas. Tanto la niebla como la solución tienen un efecto corrosivo sobre los tejidos humanos, pudiendo dañar los órganos respiratorios, los ojos, la piel y los intestinos. Al mezclar el ácido clorhídrico con productos químicos oxidantes comunes, como la lejía (NaClO) o el permanganato (KMnO4), se produce el gas tóxico cloro. Para minimizar los riesgos al trabajar con ácido clorhídrico, deben tomarse las precauciones adecuadas, incluyendo el uso de guantes de goma o PVC, gafas protectoras y ropa resistente a los productos químicos.

Los peligros de las soluciones de ácido clorhídrico dependen de la concentración. La siguiente tabla enumera la clasificación de la UE de las soluciones de ácido clorhídrico:

Ver también

• Ácido
• Base (química)
• Ácido nítrico
• Ácido sulfúrico

• Chang, Raymond. 2006. Chemistry, 9th ed. New York: McGraw-Hill Science/Engineering/Math. ISBN 0073221031.
• Cotton, F. Albert, y Geoffrey Wilkinson. 1980. Advanced Inorganic Chemistry, 4th ed. New York: Wiley. ISBN 0471027758.
• Guyton, Arthur C., y John E. Hall. 2000. Textbook of Medical Physiology. Philadelphia: Saunders. ISBN 072168677X.
• Lide, David R., ed. 2005. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 86th ed. Boca Raton: CRC Press. ISBN 0849304865.
• McMurry, J., y R.C. Fay. 2004. Chemistry, 4th ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. ISBN 0131402080.
• Perry, R., D. Green, y J. Maloney. 1984. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 6th ed. New York: McGraw-Hill. ISBN 0070494797.