Kyselina chlorovodíková

.

Kyselina chlorovodíková
Obecně
Systematický název	Kyselina chlorovodíková
Další názvy	Kyselina mořská, Duch soli
Molekulární vzorec	HCl ve vodě (H2O)
Molární hmotnost	36.46 g/mol (HCl)
Vzhled	Čirá bezbarvá až světle žlutá kapalina
Číslo CAS
Vlastnosti
Hustota, fáze	1.18 g/cm³, 37% roztok.
Rozpustnost ve vodě	Plně mísitelný.
Teplota tání	-26 °C (247 K) 38% roztok.
Teplota varu	110 °C (383 K), 20.2% roztok; 48 °C (321 K), 38% roztok.
Disociace kyseliny konstanta pKa	-8,0
Viskozita	1,9 mPa-s při 25 °C, 31.5% roztok
Nebezpečí
MSDS	Vnější MSDS
NFPA 704	. 0 3 1 32-38% roztok
Hlavní nebezpečnost	Vysoce korozivní.
Teplota vzplanutí	Nehořlavý.
Výstraha R/S	R34, R37, S26, S36, S45
Číslo RTECS	MW4025000
Strana s doplňkovými údaji
Struktura a vlastnosti	n, εr atd.
Termodynamické údaje	Fázové chování tuhé, kapalné, plynné
Spektrální údaje	UV, IR, NMR, MS
Související sloučeniny
Jiné anionty	HF, HBr, HI
Ostatní kationty	N/a
Příbuzné kyseliny	Kyselina hydrobromová Kyselina hydrofluorová Kyselina hydrojodová Kyselina sírová
Pokud není uvedeno jinak, údaje jsou uvedeny pro materiály ve standardním stavu (při 25 °C, 100 kPa) Infobox disclaimer and references

Chemická sloučenina kyselina chlorovodíková (nebo kyselina mourová) je vodný (vodný) roztok plynného chlorovodíku (HCl). Tato silná kyselina je vysoce žíravá a musí se s ní zacházet s příslušnými bezpečnostními opatřeními. Je hlavní složkou žaludeční kyseliny. Běžně se používá v chemických výzkumných laboratořích a výrobních závodech. Její použití zahrnuje velkovýrobu některých sloučenin (např. vinylchloridu pro výrobu plastů z polyvinylchloridu (PVC)), odstraňování rzi a okují z kovů, výrobu ropy a zpracování rud. K menším aplikacím patří výroba želatiny a dalších složek potravin a zpracování kůže. Odhaduje se, že se ročně vyrobí 20 milionů tun kyseliny chlorovodíkové.

Historie

Kyselinu chlorovodíkovou poprvé objevil kolem roku 800 n. l. alchymista Džábir ibn Haján (Geber) smícháním kuchyňské soli s vitriolem (kyselinou sírovou). Džábir objevil mnoho důležitých chemických látek a své poznatky zaznamenal ve více než 20 knihách, které přenášely jeho chemické znalosti o kyselině chlorovodíkové a dalších základních chemických látkách po stovky let. Jabirův vynález aqua regia, která rozpouští zlato a skládá se z kyseliny chlorovodíkové a kyseliny dusičné, byl velmi zajímavý pro alchymisty, kteří hledali kámen mudrců.

Jabir ibn Hayyan, středověká rukopisná kresba.

Ve středověku byla kyselina chlorovodíková evropským alchymistům známa jako solný duch nebo acidum salis. Plynná HCl se nazývala mořský kyselý vzduch. Stejný původ má i starý (předsystematický) název kyselina murijová (murijový znamená „týkající se solanky nebo soli“) a tento název se někdy používá dodnes. Pozoruhodnou výrobu zaznamenal Basilius Valentinus, alchymista-kanovník benediktinského převorství Sankt Peter v německém Erfurtu v 15. století. V sedmnáctém století použil Johann Rudolf Glauber z Karlstadtu nad Mohanem v Německu sůl chloridu sodného a kyselinu sírovou k přípravě síranu sodného v Mannheimském procesu, přičemž se uvolňoval plynný chlorovodík. Joseph Priestley z anglického Leedsu připravil v roce 1772 čistý chlorovodík a v roce 1818 Humphry Davy z anglického Penzance dokázal, že chemické složení zahrnuje vodík a chlor.

Během průmyslové revoluce v Evropě vzrostla poptávka po alkalických látkách, jako je uhličitan sodný, a nový průmyslový sodný proces Nicolase Leblanca (Issoundun, Francie) umožnil levnou velkovýrobu. Při Leblancově procesu se sůl přeměňuje na jedlou sodu pomocí kyseliny sírové, vápence a uhlí. Jako vedlejší produkt se uvolňuje chlorovodík. Až do zákona o alkáliích z roku 1863 se přebytečná HCl vypouštěla do ovzduší. Po přijetí tohoto zákona byli výrobci uhličitanu sodného nuceni absorbovat odpadní plyn ve vodě a vyrábět kyselinu chlorovodíkovou v průmyslovém měřítku.

Když byl počátkem dvacátého století Leblancův proces fakticky nahrazen Solvayovým procesem bez vedlejšího produktu kyseliny chlorovodíkové, byla již kyselina chlorovodíková plně ustálena jako důležitá chemická látka v mnoha aplikacích. Komerční zájem inicioval další výrobní metody, které se používají dodnes, jak je popsáno níže. Dnes se většina kyseliny chlorovodíkové vyrábí absorpcí chlorovodíku z průmyslové výroby organických sloučenin.

Kyselina chlorovodíková je podle Úmluvy proti nedovolenému obchodu s omamnými a psychotropními látkami z roku 1988 uvedena jako prekurzor v tabulce II, protože se používá při výrobě drog, jako je heroin, kokain a metamfetamin.

Chemie

Titrace kyseliny.

Chlorovodík (HCl) je monoprotická kyselina, což znamená, že každá molekula může disociovat (ionizovat) pouze jednou a uvolnit jeden H+ ion (jeden proton). Ve vodné kyselině chlorovodíkové se H+ spojí s molekulou vody za vzniku hydroniového iontu, H3O+:

HCl + H2O ⇌ H3O+ + Cl-

Molekulární model chlorovodíku.

Druhým vznikajícím iontem je Cl-, chloridový ion. Z kyseliny chlorovodíkové lze proto připravit soli zvané chloridy, například chlorid sodný. Kyselina chlorovodíková je silná kyselina, protože ve vodě plně disociuje.

Monoprotické kyseliny mají jednu disociační konstantu kyseliny, Ka, která udává stupeň disociace ve vodě. Pro silnou kyselinu, jako je HCl, je Ka velká. Byly provedeny teoretické pokusy o přiřazení Ka HCl. Když se k vodné HCl přidají chloridové soli, jako je NaCl, nemají prakticky žádný vliv na pH, což naznačuje, že Cl- je mimořádně slabá konjugovaná zásada a že HCl je ve vodném roztoku plně disociována. U středně silných až silných roztoků kyseliny chlorovodíkové je předpoklad, že molarita H+ (jednotka koncentrace) se rovná molaritě HCl, vynikající a souhlasí s přesností na čtyři platné číslice.

Ze sedmi v chemii běžných silných kyselin, z nichž všechny jsou anorganické, je kyselina chlorovodíková monoprotickou kyselinou, u níž je nejméně pravděpodobné, že proběhne rušivá oxidačně-redukční reakce. Je jednou z nejméně nebezpečných silných kyselin při manipulaci; navzdory své kyselosti vytváří méně reaktivní a netoxický chloridový ion. Středně silné roztoky kyseliny chlorovodíkové jsou poměrně stabilní a udržují si své koncentrace po dlouhou dobu. Díky těmto vlastnostem a skutečnosti, že je k dispozici jako čisté činidlo, je kyselina chlorovodíková vynikajícím okyselovacím činidlem a kyselým titrantem (pro stanovení množství neznámého množství zásady při titraci). Silné kyselé titranty jsou užitečné, protože při titraci poskytují výraznější koncové body, což zpřesňuje titraci. Kyselina chlorovodíková se často používá při chemické analýze a k rozkladu vzorků pro analýzu. Koncentrovaná kyselina chlorovodíková rozpouští některé kovy za vzniku oxidovaných chloridů kovů a plynného vodíku. Ze zásaditých sloučenin, jako je uhličitan vápenatý nebo oxid měďnatý(II), vytvoří chloridy kovů. Používá se také jako jednoduchý kyselý katalyzátor pro některé chemické reakce.

Fyzikální vlastnosti

Fyzikální vlastnosti kyseliny chlorovodíkové, jako je bod varu a tání, hustota a pH, závisí na koncentraci nebo molaritě HCl v roztoku kyseliny. Mohou se pohybovat od hodnot pro vodu při 0 % HCl až po hodnoty pro dýmavou kyselinu chlorovodíkovou při více než 40 % HCl.

Kyselina chlorovodíková jako binární (dvousložková) směs HCl a H2O má konstantní azeotrop varu při 20,2 % HCl a 108,6 °C (227 °F). Existují čtyři eutektické body stálé krystalizace kyseliny chlorovodíkové, a to mezi krystalovou formou HCl-H2O (68 % HCl), HCl-2H2O (51 % HCl), HCl-3H2O (41 % HCl), HCl-6H2O (25 % HCl) a ledem (0 % HCl). Mezi ledem a krystalizací HCl-3H2O existuje také metastabilní eutektický bod při 24,8 procenta

Výroba

Kyselina chlorovodíková se připravuje rozpuštěním chlorovodíku ve vodě. Chlorovodík může vznikat mnoha způsoby, a proto existuje několik různých prekurzorů kyseliny chlorovodíkové. Výroba kyseliny chlorovodíkové ve velkém měřítku je téměř vždy integrována s jinou průmyslovou výrobou chemikálií.

Průmyslový trh

Kyselina chlorovodíková se vyrábí v roztocích až do 38 % HCl (koncentrovaný stupeň). Vyšší koncentrace až něco přes 40 procent jsou chemicky možné, ale rychlost odpařování je pak tak vysoká, že skladování a manipulace vyžadují další bezpečnostní opatření, jako je tlak a nízká teplota. Hromadná průmyslová třída má proto 30 až 34 procent, což je optimální pro efektivní přepravu a omezené ztráty produktu výpary HCl. Roztoky pro domácí účely, většinou pro čištění, mají obvykle 10 až 12 procent, s důrazným doporučením ředění před použitím.

Mezi hlavní světové výrobce patří Dow Chemical s 2 miliony metrických tun ročně (2 Mt/rok), počítáno jako plynná HCl, a FMC, Georgia Gulf Corporation, Tosoh Corporation, Akzo Nobel a Tessenderlo, každý s 0,5 až 1,5 Mt/rok. Celková světová produkce, pro účely srovnání vyjádřená jako HCl, se odhaduje na 20 Mt/rok, z toho 3 Mt/rok z přímé syntézy a zbytek jako sekundární produkt z organických a podobných syntéz. Zdaleka nejvíce kyseliny chlorovodíkové spotřebuje její výrobce. Velikost otevřeného světového trhu se odhaduje na 5 Mt/rok.

Použití

Kyselina chlorovodíková je silná anorganická kyselina, která se používá v mnoha průmyslových procesech. Použití často určuje požadovanou kvalitu výrobku.

Regenerace iontoměničů

Důležitou aplikací vysoce kvalitní kyseliny chlorovodíkové je regenerace iontoměničových pryskyřic. Kationtová výměna se široce používá k odstraňování iontů, jako jsou Na+ a Ca2+, z vodných roztoků a k výrobě demineralizované vody.

Na+ se nahrazuje H3O+ Ca2+ se nahrazuje 2 H3O+

Iontoměniče a demineralizovaná voda se používají ve všech odvětvích chemického průmyslu, při výrobě pitné vody a v mnoha potravinářských odvětvích.

Řízení pH a neutralizace

Velmi častým použitím kyseliny chlorovodíkové je regulace zásaditosti (pH) roztoků.

OH- + HCl → H2O + Cl-

V průmyslu vyžadujícím čistotu (potravinářství, farmacie, pitná voda) se k regulaci pH proudů technologické vody používá vysoce kvalitní kyselina chlorovodíková. V méně náročném průmyslu postačuje kyselina chlorovodíková technické kvality k neutralizaci odpadních proudů a k úpravě bazénů.

Piklování oceli

Piklování je základním krokem při povrchové úpravě kovů, kdy se ze železa nebo oceli před následným zpracováním, jako je vytlačování, válcování, zinkování a další techniky, odstraňuje rez nebo nánosy oxidů železa. HCl technické kvality o koncentraci obvykle 18 % je nejčastěji používaným mořidlem pro moření tříd uhlíkové oceli.

Fe2O3 + Fe + 6 HCl → 3 FeCl2 + 3 H2O

Použitá kyselina se dlouho znovu používala jako roztok chloridu železitého, ale vysoký obsah těžkých kovů v mořicím roztoku tuto praxi omezil.

V posledních letech se však v odvětví moření oceli vyvinuly procesy regenerace kyseliny chlorovodíkové, jako je například rozprašovací pražení nebo proces regenerace HCl ve fluidní vrstvě, které umožňují regeneraci HCl z použitého mořicího louhu. Nejběžnějším regeneračním procesem je pyrohydrolýza, při níž se používá následující vzorec:

4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl+ 2 Fe2O3

Rekuperací použité kyseliny se vytvoří uzavřená smyčka kyseliny. Vedlejší produkt regenerace, oxid železitý, je cenným vedlejším produktem, který se používá v řadě sekundárních průmyslových odvětví.

HCl není běžným mořidlem pro nerezové oceli.

Výroba anorganických sloučenin

Kyselinou chlorovodíkovou lze v běžných acidobazických reakcích získat řadu produktů, jejichž výsledkem jsou anorganické sloučeniny. Patří mezi ně chemikálie pro úpravu vody, jako je chlorid železa(III) a polyaluminiumchlorid (PAC).

Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O

Chlorid železa(III) i PAC se používají jako flokulační a koagulační činidla při úpravě odpadních vod, výrobě pitné vody a papíru.

Další anorganické sloučeniny vyráběné s kyselinou chlorovodíkovou zahrnují chlorid vápenatý pro silniční aplikace, chlorid nikel(II) pro galvanické pokovování a chlorid zinečnatý pro galvanizační průmysl a výrobu baterií.

Výroba organických sloučenin

Největší spotřeba kyseliny chlorovodíkové je při výrobě organických sloučenin, jako je vinylchlorid pro PVC a MDI a TDI pro polyuretan. Často se jedná o spotřebu pro vlastní potřebu, kdy se spotřebovává místně vyráběná kyselina chlorovodíková, která se ve skutečnosti nikdy nedostane na volný trh. Mezi další organické sloučeniny vyráběné s kyselinou chlorovodíkovou patří bisfenol A pro polykarbonát, aktivní uhlí a kyselina askorbová, jakož i četné farmaceutické výrobky.

Další použití

Kyselina chlorovodíková je základní chemickou látkou a jako taková se používá pro velké množství malých aplikací, jako je zpracování kůže, čištění v domácnosti a stavebnictví. Kromě toho je způsobem stimulace těžby ropy vstřikování kyseliny chlorovodíkové do horninového útvaru ropného vrtu, čímž se část horniny rozpustí a vytvoří se struktura s velkými póry. Okyselování ropných vrtů je běžný proces v odvětví těžby ropy v Severním moři.

Mnoho chemických reakcí zahrnujících kyselinu chlorovodíkovou se uplatňuje při výrobě potravin, potravinářských přísad a potravinářských aditiv. Mezi typické produkty patří aspartam, fruktóza, kyselina citronová, lysin, hydrolyzované (rostlinné) bílkoviny jako zvýrazňovač potravin a při výrobě želatiny. Kyselina chlorovodíková potravinářské kvality (extra čistá) může být použita v případě potřeby pro konečný výrobek.

Fyziologie a patologie

Kyselina chlorovodíková tvoří většinu žaludeční kyseliny, lidské trávicí tekutiny. Ve složitém procesu a při velkém energetickém zatížení ji vylučují parietální buňky (známé také jako oxyntické buňky). Tyto buňky obsahují rozsáhlou sekreční síť (tzv. kanálky), z níž se HCl vylučuje do lumen žaludku. Jsou součástí fundických žláz (známých také jako oxyntické žlázy) v žaludku.

Bezpečnostní mechanismy, které zabraňují poškození epitelu trávicího traktu kyselinou chlorovodíkovou, jsou následující:

• Negativní regulátory jejího uvolňování
• Tlustá vrstva hlenu pokrývající epitel
• Bikarbonát sodný vylučovaný epitelovými buňkami žaludku a slinivky břišní
• Struktura epitelu (těsné spoje)
• Dostatečné prokrvení
• Prostaglandiny (mnoho různých účinků: Stimulují sekreci hlenu a bikarbonátu, udržují integritu epitelové bariéry, umožňují dostatečné prokrvení, stimulují hojení poškozené sliznice)

Když tyto mechanismy z různých důvodů selžou, může dojít ke vzniku pálení žáhy nebo žaludečních vředů. Léky nazývané inhibitory protonové pumpy zabraňují tělu v tvorbě nadbytečné kyseliny v žaludku, zatímco antacida neutralizují existující kyselinu.

V některých případech se v žaludku nevytvoří dostatečné množství kyseliny chlorovodíkové. Tyto patologické stavy se označují termíny hypochlorhydrie a achlorhydrie. Potenciálně mohou vést ke gastroenteritidě.

Chemické zbraně

Fosgen (COCl2) byl běžnou chemickou bojovou látkou používanou v první světové válce. Hlavní účinek fosgenu vyplývá z rozpuštění plynu ve sliznicích hluboko v plicích, kde se hydrolýzou mění na kyselinu uhličitou a žíravou kyselinu chlorovodíkovou. Ta narušuje alveolokapilární membrány, takže plíce se plní tekutinou (plicní edém).

Kyselina chlorovodíková je také částečně zodpovědná za škodlivé nebo puchýřové účinky yperitu. V přítomnosti vody, například na vlhkém povrchu očí nebo plic, se yperit rozkládá za vzniku kyseliny chlorovodíkové.

Bezpečnost

Kyselina chlorovodíková ve vysokých koncentracích tvoří kyselou mlhu. Mlha i roztok mají leptavý účinek na lidské tkáně a mohou poškodit dýchací orgány, oči, kůži a střeva. Po smíchání kyseliny chlorovodíkové s běžnými oxidačními chemikáliemi, jako je bělidlo (NaClO) nebo manganistan (KMnO4), vzniká toxický plynný chlor. Pro minimalizaci rizik při práci s kyselinou chlorovodíkovou je třeba přijmout vhodná bezpečnostní opatření, včetně používání gumových nebo PVC rukavic, ochranných brýlí a chemicky odolného oděvu.

Nebezpečnost roztoků kyseliny chlorovodíkové závisí na koncentraci. Následující tabulka uvádí klasifikaci EU pro roztoky kyseliny chlorovodíkové:

Viz též

• Kyselina
• Báze (chemie)
• Kyselina dusičná
• Kyselina sírová

• Chang, Raymond. 2006. Chemie, 9. vyd. New York: McGraw-Hill Science/Engineering/Math. ISBN 0073221031.
• Cotton, F. Albert a Geoffrey Wilkinson. 1980. Advanced Inorganic Chemistry, 4. vyd. New York: Wiley. ISBN 0471027758.
• Guyton, Arthur C., and John E. Hall. 2000. Textbook of Medical Physiology (Učebnice lékařské fyziologie). 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., and R.C. Fay. 2004. Chemie, 4. vyd. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. ISBN 0131402080.
• Perry, R., D. Green a J. Maloney. 1984. Perry’s Chemical Engineers‘ Handbook, 6. vyd. New York: McGraw-Hill. ISBN 0070494797.