Saltsyre

Saltsyre
Allmentarisk
Systematisk navn	Hydrochlorsyre
Andre navne	Muriatsyre, Saltsyre
Molekylformel	HCl i vand (H2O)
Molarmasse	36.46 g/mol (HCl)
Udseende	Klar farveløs til lysgul væske
CAS-nummer
Egenskaber
Densitet, fase	1.18 g/cm³, 37% opløsning.
Løselighed i vand	Fuldt blandbar.
Smeltepunkt	-26 °C (247 K) 38% opløsning.
Skoldningspunkt	110 °C (383 K), 20.2% opløsning; 48 °C (321 K), 38% opløsning.
Syre dissociation konstant pKa	-8,0
Viskositet	1,9 mPa-s ved 25 °C, 31.5% opløsning
Farlighed
Sikkerhedsdatablad	Eksternt sikkerhedsdatablad
NFPA 704	0 3 1 32-38% opløsning
Hovedfarer	Høj grad af ætsning.
Flashpunkt	Ubrændbar.
R/S-erklæring	R34, R37, S26, S36, S45
RTECS-nummer	MW4025000
Supplementary data page
Struktur og egenskaber	n, εr, osv.
Thermodynamiske data	Faseadfærd fast, flydende, gas
Spektraldata	UV, IR, NMR, MS
Relaterede forbindelser
Andre anioner	HF, HBr, HI
Andre kationer	N/a
Berørende syrer	Hydrobromsyre Hydrofluorsyre Hiodsyre Svovlsyre
Medmindre andet er angivet, data er angivet for materialer i deres standardtilstand (ved 25 °C, 100 kPa) Infobox ansvarsfraskrivelse og referencer

Den kemiske forbindelse saltsyre (eller muriatsyre) er den vandige (vandbaserede) opløsning af hydrogenchloridgas (HCl). Denne stærke syre er stærkt ætsende og skal håndteres med passende sikkerhedsforanstaltninger. Den er den vigtigste bestanddel af mavesyre. Den anvendes rutinemæssigt i kemiske forskningslaboratorier og produktionsanlæg. Den anvendes bl.a. til fremstilling i stor skala af visse forbindelser (f.eks. vinylchlorid til polyvinylchlorid (PVC)-plast), fjernelse af rust og skjolder fra metaller, olieproduktion og malmbehandling. Mindre anvendelser omfatter fremstilling af gelatine og andre ingredienser i fødevarer samt forarbejdning af læder. Det anslås, at der årligt produceres 20 millioner tons saltsyre.

Historie

Saltsyre blev først opdaget omkring 800 e.Kr. af alkymisten Jabir ibn Hayyan (Geber) ved at blande almindeligt salt med vitriol (svovlsyre). Jabir opdagede mange vigtige kemikalier og nedskrev sine resultater i over 20 bøger, som viderebragte hans kemiske viden om saltsyre og andre grundlæggende kemikalier i hundredvis af år. Jabirs opfindelse af den guldopløsende aqua regia, der består af saltsyre og salpetersyre, var af stor interesse for alkymister, der ledte efter de vises sten.

Jabir ibn Hayyan, middelalderlig manuskripttegning.

I middelalderen var saltsyre kendt af de europæiske alkymister som saltspiritus eller acidum salis. Gasformigt HCl blev kaldt marinesyreluft. Det gamle (præsystematiske) navn muriatisk syre har samme oprindelse (muriatisk betyder “vedrørende saltvand eller salt”), og dette navn bruges undertiden stadig. En bemærkelsesværdig produktion blev registreret af Basilius Valentinus, alkymist-kanonisten fra benediktinerklosteret Sankt Peter i Erfurt i Tyskland i det femtende århundrede. I det 17. århundrede anvendte Johann Rudolf Glauber fra Karlstadt am Main, Tyskland, natriumkloridsalt og svovlsyre til fremstilling af natriumsulfat i Mannheim-processen, hvorved der frigives hydrogenkloridgas. Joseph Priestley fra Leeds i England fremstillede ren hydrogenklorid i 1772, og i 1818 beviste Humphry Davy fra Penzance i England, at den kemiske sammensætning omfattede hydrogen og klor.

Under den industrielle revolution i Europa steg efterspørgslen efter basiske stoffer som soda, og den nye industrielle sodaproces af Nicolas Leblanc (Issoundun, Frankrig) muliggjorde billig produktion i stor skala. I Leblanc-processen omdannes salt til soda ved hjælp af svovlsyre, kalksten og kul. Der frigives hydrogenklorid som et biprodukt. Indtil Alkali Act fra 1863 blev overskydende HCl udledt til luften. Efter vedtagelsen af loven blev sodaproducenterne tvunget til at absorbere spildgassen i vand, hvorved der blev produceret saltsyre i industriel målestok.

Da Leblanc-processen i begyndelsen af det 20. århundrede effektivt blev erstattet af Solvay-processen uden saltsyre-biproduktet, var saltsyre allerede fuldt ud etableret som et vigtigt kemikalie i mange anvendelsesområder. Den kommercielle interesse gav startskuddet til andre produktionsmetoder, der stadig anvendes i dag, som beskrevet nedenfor. I dag fremstilles størstedelen af saltsyre ved at absorbere hydrogenklorid fra produktionen af industrielle organiske forbindelser.

Saltsyre er opført som et tabel II-prækursor i henhold til 1988-konventionen mod ulovlig handel med narkotika og psykotrope stoffer på grund af dets anvendelse i produktionen af narkotika som heroin, kokain og methamfetamin.

Kemi

Syretitrering.

Hydrogenklorid (HCl) er en monoprotisk syre, hvilket betyder, at hvert molekyle kun kan dissocieres (ioniseres) én gang for at frigive én H+-ion (en enkelt proton). I vandig saltsyre slutter H+ sig til et vandmolekyle og danner en hydroniumion, H3O+:

HCl + H2O ⇌ H3O+ + Cl-

Molekylær model af hydrogenchlorid.

Den anden ion, der dannes, er Cl-, kloridionen. Saltsyre kan derfor bruges til at fremstille salte kaldet chlorider, som f.eks. natriumchlorid. Saltsyre er en stærk syre, da den er fuldt dissocieret i vand.

Monoprotiske syrer har én syredissociationskonstant, Ka, som angiver dissociationsgraden i vand. For en stærk syre som HCl er Ka stor. Der er gjort teoretiske forsøg på at tildele en Ka til HCl. Når chloridsalte som NaCl tilsættes vandigt HCl, har de praktisk talt ingen virkning på pH-værdien, hvilket tyder på, at Cl- er en overordentlig svag konjugeret base, og at HCl er fuldt dissocieret i vandig opløsning. For mellemstærke til stærke opløsninger af saltsyre er antagelsen om, at H+-molariteten (en koncentrationsenhed) er lig med HCl-molariteten, fremragende, idet den stemmer overens med fire signifikante cifre.

Af de syv almindelige stærke syrer i kemi, der alle er uorganiske, er saltsyre den monoprotiske syre, der er mindst tilbøjelig til at undergå en forstyrrende oxidations-reduktionsreaktion. Den er en af de mindst farlige stærke syrer at håndtere; på trods af dens surhedsgrad danner den den mindre reaktive og ugiftige kloridion. Mellemstærke saltsyreopløsninger er ret stabile og bevarer deres koncentrationer over tid. Disse egenskaber samt det forhold, at den findes som et rent reagens, betyder, at saltsyre er et fremragende surhedsreagens og syretitrant (til bestemmelse af mængden af en ukendt mængde base i en titrering). Stærke syretitranter er nyttige, fordi de giver mere tydelige endepunkter i en titrering, hvilket gør titreringen mere præcis. Saltsyre anvendes ofte til kemiske analyser og til at opløse prøver til analyse. Koncentreret saltsyre opløser nogle metaller og danner oxiderede metalchlorider og hydrogengas. Den danner metalchlorider af basiske forbindelser som f.eks. calciumcarbonat eller kobber(II)oxid. Den bruges også som en simpel syrekatalysator til nogle kemiske reaktioner.

Fysiske egenskaber

Saltsyreens fysiske egenskaber, såsom koge- og smeltepunkt, densitet og pH afhænger af koncentrationen eller molariteten af HCl i syreopløsningen. De kan variere fra værdierne for vand ved 0 procent HCl til værdier for rygende saltsyre ved over 40 procent HCl.

Veddikesyre som den binære (to-komponent) blanding af HCl og H2O har en konstant kogende azeotrope ved 20,2 procent HCl og 108,6 °C (227 °F). Der findes fire eutektiske punkter med konstant krystallisering for saltsyre, mellem krystalformen HCl-H2O (68 % HCl), HCl-2H2O (51 % HCl), HCl-3H2O (41 % HCl), HCl-6H2O (25 % HCl) og is (0 % HCl). Der findes også et metastabilt eutektiske punkt ved 24,8 procent mellem is og HCl-3H2O-krystallisationen

Produktion

Saltsyre fremstilles ved at opløse hydrogenchlorid i vand. Hydrogenklorid kan dannes på mange måder, og der findes således flere forskellige forløbere til saltsyre. Produktion af saltsyre i stor skala er næsten altid integreret med produktion af andre kemikalier i industriel skala.

Industrielt marked

Saltsyre fremstilles i opløsninger på op til 38 procent HCl (koncentreret kvalitet). Højere koncentrationer op til lidt over 40 procent er kemisk muligt, men fordampningshastigheden er da så høj, at opbevaring og håndtering kræver ekstra forholdsregler, f.eks. tryk og lav temperatur. Industriel bulkkvalitet er derfor 30-34 %, hvilket er optimeret til effektiv transport og begrænset produkttab på grund af HCl-dampe. Opløsninger til husholdningsformål, hovedsagelig rengøring, er typisk 10-12 %, og det anbefales kraftigt at fortynde dem inden brug.

De største producenter på verdensplan omfatter Dow Chemical med 2 mio. tons årligt (2 mio. ton/år), beregnet som HCl-gas, og FMC, Georgia Gulf Corporation, Tosoh Corporation, Akzo Nobel og Tessenderlo med hver 0,5-1,5 mio. ton/år. Den samlede produktion på verdensplan, udtrykt som HCl, anslås til sammenligning til 20 mio. tons/år, hvoraf 3 mio. tons/år stammer fra direkte syntese og resten som sekundært produkt fra organiske og lignende synteser. Langt det meste af al saltsyre forbruges internt af producenten. Det åbne verdensmarked anslås at være på 5 mio. tons pr. år.

Anvendelser

Saltsyre er en stærk uorganisk syre, der anvendes i mange industrielle processer. Anvendelsen er ofte afgørende for den krævede produktkvalitet.

Regenerering af ionbyttere

En vigtig anvendelse af saltsyre af høj kvalitet er regenerering af ionbytterharpikser. Kationbytning anvendes i vid udstrækning til at fjerne ioner som Na+ og Ca2+ fra vandige opløsninger og producerer demineraliseret vand.

Na+ erstattes af H3O+ Ca2+ erstattes af 2 H3O+

Ionbyttere og demineraliseret vand anvendes i alle kemiske industrier, drikkevandsproduktion og i mange fødevareindustrier.

pH-kontrol og neutralisering

En meget almindelig anvendelse af saltsyre er at regulere opløsningers basiskhed (pH).

OH- + HCl → H2O + Cl-

I industrier, der kræver renhed (fødevarer, lægemidler, drikkevand), anvendes saltsyre af høj kvalitet til at regulere pH-værdien af procesvandstrømme. I mindre krævende industrier er saltsyre af teknisk kvalitet tilstrækkelig til neutralisering af affaldsstrømme og behandling af svømmebassiner.

Pickling af stål

Pickling er et vigtigt trin i overfladebehandling af metal for at fjerne rust eller jernoxidskæl fra jern eller stål før efterfølgende behandling, som f.eks. ekstrudering, valsning, galvanisering og andre teknikker. HCl af teknisk kvalitet med en koncentration på typisk 18 procent er det mest almindeligt anvendte bejdsemiddel til bejdsning af kulstofstålkvaliteter.

Fe2O3 + Fe + 6 HCl → 3 FeCl2 + 3 H2O

Den brugte syre er længe blevet genbrugt som jernchloridopløsninger, men høje tungmetalindhold i bejdsningsvæsken har mindsket denne praksis.

I de seneste år har stålbejdsningsindustrien imidlertid udviklet saltsyre-regenereringsprocesser, såsom spray roaster eller HCl-regenereringsprocessen med fluidiseret bed, som gør det muligt at genvinde HCl fra brugt bejdsningsvæske. Den mest almindelige regenereringsproces er pyrohydrolyseprocessen, der anvender følgende formel:

4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl+ 2 Fe2O3

Gennem genvinding af den brugte syre etableres et lukket syrekredsløb. Jernoxid-biproduktet fra regenereringsprocessen er et værdifuldt biprodukt, der anvendes i en række sekundære industrier.

HCl er ikke et almindeligt bejdsemiddel til rustfrit stålkvaliteter.

Produktion af uorganiske forbindelser

Numre produkter kan fremstilles med saltsyre i normale syre-base-reaktioner, hvilket resulterer i uorganiske forbindelser. Disse omfatter vandbehandlingskemikalier såsom jern(III)chlorid og polyaluminiumchlorid (PAC).

Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O

Både jern(III)chlorid og PAC anvendes som flokkulerings- og koaguleringsmidler i spildevandsbehandling, drikkevandsproduktion og papirproduktion.

Andre uorganiske forbindelser, der fremstilles med saltsyre, omfatter vejsalt calciumchlorid, nikkel(II)chlorid til galvanisering og zinkchlorid til galvaniseringsindustrien og batteriproduktion.

Produktion af organiske forbindelser

Det største forbrug af saltsyre sker ved fremstilling af organiske forbindelser såsom vinylchlorid til PVC og MDI og TDI til polyurethan. Der er ofte tale om bunden anvendelse, hvor der forbruges lokalt produceret saltsyre, som aldrig når ud på det åbne marked. Andre organiske forbindelser, der fremstilles med saltsyre, omfatter bisphenol A til polycarbonat, aktivt kul og ascorbinsyre samt adskillige farmaceutiske produkter.

Andre anvendelser

Saltsyre er et grundlæggende kemikalie, og som sådan anvendes det til en lang række mindre anvendelser som f.eks. læderforarbejdning, rengøring af husholdningsartikler og bygningskonstruktion. Desuden er en måde at stimulere olieproduktionen på ved at injicere saltsyre i bjergformationen i en oliebrønd, hvorved en del af bjergarten opløses og der skabes en storporet struktur. Syring af oliebrønde er en almindelig proces i olieproduktionsindustrien i Nordsøen.

Mange kemiske reaktioner, der involverer saltsyre, anvendes i produktionen af fødevarer, fødevareingredienser og fødevaretilsætningsstoffer. Typiske produkter omfatter aspartam, fruktose, citronsyre, lysin, hydrolyseret (vegetabilsk) protein som fødevareforstærker og i gelatineproduktion. Der kan anvendes saltsyre i fødevarekvalitet (ekstra ren), når det er nødvendigt for det endelige produkt.

Fysiologi og patologi

Saltsyre udgør størstedelen af mavesyren, den menneskelige fordøjelsesvæske. I en kompleks proces og med en stor energimæssig belastning udskilles den af parietalceller (også kendt som oxyntiske celler). Disse celler indeholder et omfattende sekretorisk netværk (kaldet canaliculi), hvorfra HCl udskilles ud i mavens lumen. De er en del af de fundiske kirtler (også kendt som oxyntiske kirtler) i mavesækken.

Sikkerhedsmekanismer, der forhindrer beskadigelse af epithelet i fordøjelseskanalen af saltsyre, er følgende:

• Negative regulatorer af dets frigivelse
• Et tykt slimlag, der dækker epitelet
• Natriumbicarbonat, der udskilles af maveepitelceller og bugspytkirtel
• Epitelets struktur (tight junctions)
• Tilstrækkelig blodforsyning
• Prostaglandiner (mange forskellige virkninger: De stimulerer slim- og bikarbonatsekretion, opretholder epitelbarrierens integritet, muliggør tilstrækkelig blodforsyning, stimulerer heling af den beskadigede slimhinde)

Når disse mekanismer af forskellige årsager svigter, kan der opstå halsbrand eller mavesår. Lægemidler, der kaldes protonpumpehæmmere, forhindrer kroppen i at danne overskydende syre i maven, mens antacida neutraliserer den eksisterende syre.

I nogle tilfælde bliver der ikke produceret nok saltsyre i maven. Disse patologiske tilstande betegnes med betegnelserne hypoklorhydri og achlorhydri. Potentielt kan de føre til gastroenteritis.

Kemiske våben

Fosgen (COCl2) var et almindeligt kemisk krigsstof, der blev anvendt under Første Verdenskrig. Fosgens hovedvirkning skyldes, at gassen opløses i slimhinderne dybt inde i lungerne, hvor den ved hydrolyse omdannes til kulsyre og den ætsende saltsyre. Sidstnævnte ødelægger de alveolær-kapillære membraner, således at lungen fyldes med væske (lungeødem).

Saltsyre er også delvis ansvarlig for sennepsgassens skadelige eller blærende virkninger. I nærvær af vand, f.eks. på den fugtige overflade af øjnene eller lungerne, nedbrydes sennepsgassen til saltsyre.

Sikkerhed

Saltsyre i høje koncentrationer danner syreholdige tåger. Både tågen og opløsningen har en ætsende virkning på menneskeligt væv og kan potentielt skade åndedrætsorganer, øjne, hud og tarme. Ved blanding af saltsyre med almindelige oxiderende kemikalier, som f.eks. blegemiddel (NaClO) eller permanganat (KMnO4), dannes den giftige gas klor. For at minimere risiciene ved arbejde med saltsyre bør der træffes passende forholdsregler, herunder brug af gummi- eller PVC-handsker, beskyttelsesbriller til øjnene og kemikaliebestandigt tøj.

Farerne ved opløsninger af saltsyre afhænger af koncentrationen. Følgende tabel viser EU-klassificeringen af saltsyreopløsninger:

Se også

• Syre
• Base (kemi)
• Nitronsyre
• Svovlsyre

• Chang, Raymond. 2006. Kemi, 9. udgave. New York: McGraw-Hill Science/Engineering/Math. ISBN 0073221031.
• Cotton, F. Albert, og Geoffrey Wilkinson. 1980. Avanceret uorganisk kemi, 4. udgave. New York: Wiley. ISBN 0471027758.
• Guyton, Arthur C., og John E. Hall. 2000. Lærebog i medicinsk fysiologi. 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., og R.C. Fay. 2004. Kemi, 4. udgave. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. ISBN 0131402080.
• Perry, R., D. Green, og J. Maloney. 1984. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 6. udgave. New York: McGraw-Hill. ISBN 0070494797.