Acide chlorhydrique

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Acide chlorhydrique
Général
Nom systématique	Acide hydrochlorique
Autres noms	Acide myriatique, Esprit de sel
Formule moléculaire	HCl dans l’eau (H2O)
Masse molaire	36.46 g/mol (HCl)
Apparence	Liquide incolore clair à jaune clair
Numéro CAS
Propriétés
Densité, phase	1.18 g/cm³, 37% de solution.
Solubilité dans l’eau	Facilement miscible.
Point de fusion	-26 °C (247 K) 38% solution.
Point d’ébullition	110 °C (383 K), 20.2% solution; 48 °C (321 K), 38% solution.
Dissociation acide constante pKa	-8.0
Viscosité	1.9 mPa-s à 25 °C, 31.5% solution
Dangers
FDSM	FDS externe
NFPA 704	. 0 3 1 Solution à 32-38%
Dangers principaux	Haute corrosivité.
Point d’éclair	Ininflammable.
Déclaration R/S	R34, R37, S26, S36, S45
Numéro RTECS	MW4025000
Page de données complémentaires
Structure et propriétés	n, εr, etc.
Données thermodynamiques données	Comportement en phase Solide, liquide, gaz
Données spectrales	UV, IR, RMN, MS
Composés apparentés
Autres anions	HF, HBr, HI
Autres cations	N/a
Acides apparentés	Acide hydrobromique Acide hydrofluorique Acide hydroiodique Acide sulfurique
Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C, 100 kPa) Infobox avertissement et références

Le composé chimique acide chlorhydrique (ou acide muriatique) est la solution aqueuse (à base d’eau) de chlorure d’hydrogène gazeux (HCl). Cet acide fort est très corrosif et doit être manipulé avec les précautions de sécurité appropriées. Il est le principal composant de l’acide gastrique. Il est couramment utilisé dans les laboratoires de recherche chimique et les usines de fabrication. Ses applications comprennent la production à grande échelle de certains composés (comme le chlorure de vinyle pour le plastique en chlorure de polyvinyle (PVC)), l’élimination de la rouille et du tartre des métaux, la production pétrolière et le traitement des minerais. Les applications à plus petite échelle comprennent la production de gélatine et d’autres ingrédients alimentaires, ainsi que le traitement du cuir. On estime que 20 millions de tonnes métriques d’acide chlorhydrique sont produites chaque année.

Histoire

L’acide chlorhydrique a été découvert pour la première fois vers 800 de notre ère par l’alchimiste Jabir ibn Hayyan (Geber), en mélangeant du sel commun avec du vitriol (acide sulfurique). Jabir a découvert de nombreux produits chimiques importants et a consigné ses découvertes dans plus de 20 livres, qui ont transmis ses connaissances chimiques sur l’acide chlorhydrique et d’autres produits chimiques de base pendant des centaines d’années. L’invention par Jabir de l’eau régale dissolvant l’or, composée d’acide chlorhydrique et d’acide nitrique, était d’un grand intérêt pour les alchimistes à la recherche de la pierre philosophale.

Au Moyen Âge, l’acide chlorhydrique était connu des alchimistes européens sous le nom d’esprit de sel ou acidum salis. Le HCl gazeux était appelé air acide marin. L’ancien nom (pré-systématique) d’acide muriatique a la même origine (muriatique signifie « appartenant à la saumure ou au sel »), et ce nom est encore parfois utilisé. Une production notable a été enregistrée par Basilius Valentinus, l’alchimiste-canonnier du prieuré bénédictin Sankt Peter à Erfurt, en Allemagne, au XVe siècle. Au XVIIe siècle, Johann Rudolf Glauber de Karlstadt am Main, en Allemagne, a utilisé du sel de chlorure de sodium et de l’acide sulfurique pour la préparation de sulfate de sodium dans le procédé Mannheim, libérant du gaz de chlorure d’hydrogène. Joseph Priestley de Leeds, en Angleterre, a préparé du chlorure d’hydrogène pur en 1772, et en 1818 Humphry Davy de Penzance, en Angleterre, a prouvé que la composition chimique comprenait de l’hydrogène et du chlore.

Pendant la révolution industrielle en Europe, la demande de substances alcalines comme le carbonate de soude a augmenté, et le nouveau procédé de soude industrielle de Nicolas Leblanc (Issoundun, France) a permis une production bon marché et à grande échelle. Dans le procédé Leblanc, le sel est transformé en carbonate de soude à l’aide d’acide sulfurique, de calcaire et de charbon. Du chlorure d’hydrogène est libéré comme sous-produit. Jusqu’à l’adoption de l’Alkali Act de 1863, l’excès de HCl était rejeté dans l’atmosphère. Après l’adoption de cette loi, les producteurs de carbonate de soude ont été obligés d’absorber le gaz résiduel dans l’eau, produisant ainsi de l’acide chlorhydrique à l’échelle industrielle.

Quand, au début du vingtième siècle, le procédé Leblanc a été effectivement remplacé par le procédé Solvay sans le sous-produit acide chlorhydrique, l’acide chlorhydrique était déjà complètement installé comme un produit chimique important dans de nombreuses applications. L’intérêt commercial a initié d’autres méthodes de production qui sont encore utilisées aujourd’hui, comme décrit ci-dessous. Aujourd’hui, la plupart de l’acide chlorhydrique est fabriqué en absorbant le chlorure d’hydrogène provenant de la production industrielle de composés organiques.

L’acide chlorhydrique figure sur la liste des précurseurs du tableau II de la Convention de 1988 contre le trafic illicite de stupéfiants et de substances psychotropes en raison de son utilisation dans la production de drogues telles que l’héroïne, la cocaïne et la méthamphétamine.

Chimie

Le chlorure d’hydrogène (HCl) est un acide monoprotique, ce qui signifie que chaque molécule ne peut se dissocier (s’ioniser) qu’une seule fois pour libérer un ion H+ (un seul proton). Dans l’acide chlorhydrique aqueux, le H+ rejoint une molécule d’eau pour former un ion hydronium, H3O+:

HCl + H2O ⇌ H3O+ + Cl-

L’autre ion formé est Cl-, l’ion chlorure. L’acide chlorhydrique peut donc être utilisé pour préparer des sels appelés chlorures, comme le chlorure de sodium. L’acide chlorhydrique est un acide fort, car il est entièrement dissocié dans l’eau.

Les acides monoprotiques ont une constante de dissociation acide, Ka, qui indique le niveau de dissociation dans l’eau. Pour un acide fort comme le HCl, le Ka est grand. Des tentatives théoriques ont été faites pour attribuer un Ka à HCl. Lorsque des sels de chlorure tels que NaCl sont ajoutés à du HCl aqueux, ils n’ont pratiquement aucun effet sur le pH, ce qui indique que Cl- est une base conjuguée extrêmement faible et que le HCl est entièrement dissocié en solution aqueuse. Pour les solutions intermédiaires à fortes d’acide chlorhydrique, l’hypothèse selon laquelle la molarité de H+ (une unité de concentration) est égale à la molarité de HCl est excellente, s’accordant à quatre chiffres significatifs.

Parmi les sept acides forts courants en chimie, tous inorganiques, l’acide chlorhydrique est l’acide monoprotique le moins susceptible de subir une réaction d’oxydoréduction gênante. C’est l’un des acides forts les moins dangereux à manipuler ; malgré son acidité, il produit l’ion chlorure, moins réactif et non toxique. Les solutions d’acide chlorhydrique de force intermédiaire sont assez stables, conservant leurs concentrations dans le temps. Ces caractéristiques, auxquelles s’ajoute le fait qu’il est disponible sous forme de réactif pur, font de l’acide chlorhydrique un excellent réactif acidifiant et un titrant acide (pour déterminer la quantité d’une quantité inconnue de base dans un titrage). Les réactifs de titrage acides forts sont utiles parce qu’ils donnent des points d’arrivée plus distincts dans un titrage, ce qui rend le titrage plus précis. L’acide chlorhydrique est fréquemment utilisé dans les analyses chimiques et pour digérer les échantillons à analyser. L’acide chlorhydrique concentré dissout certains métaux pour former des chlorures métalliques oxydés et de l’hydrogène gazeux. Il produit des chlorures métalliques à partir de composés basiques tels que le carbonate de calcium ou l’oxyde de cuivre(II). Il est également utilisé comme catalyseur acide simple pour certaines réactions chimiques.

Propriétés physiques

Les propriétés physiques de l’acide chlorhydrique, comme les points d’ébullition et de fusion, la densité et le pH dépendent de la concentration ou de la molarité de HCl dans la solution acide. Elles peuvent aller de celles de l’eau à 0 % de HCl à des valeurs pour l’acide chlorhydrique fumant à plus de 40 % de HCl.

Conc. (p/p) c : kg HCl/kg	Conc. (p/v) c : kg HCl/m3	Conc. Baumé	Densité ρ : kg/l	Molarité M	pH	Viscosité η : mPa-s	Chaleur spécifique : kJ/(kg-K)	Pression de vapeur PHCl : Pa	Point d’ébullition b.p.	Point de fusion point m.p.
10%	104,80	6.6	1.048	2.87 M	-0.5	1.16	3.47	0.527	103 °C	-18 °C
20%	219,60	13	1,098	6,02 M	-0,8	1,37	2,99	27.3	108 °C	-59 °C
30%	344,70	19	1,149	9.45 M	-1,0	1,70	2,60	1,410	90 °C	-52 °C
32%	370.88	20	1,159	10,17 M	-1,0	1,80	2,55	3,130	84 °C	-43 °C
34%	397.46	21	1.169	10.90 M	-1.0	1.90	2.50	6,733	71 °C	-36 °C
36%	424,44	22	1.179	11.64 M	-1.1	1.99	2.46	14 100	61 °C	-30 °C
38%	451,82	23	1,189	12.39 M	-1,1	2,10	2,43	28 000	48 °C	-26 °C

La température et la pression de référence pour le tableau ci-dessus sont 20 °C et 1 atmosphère (101 kPa).

L’acide chlorhydrique en tant que mélange binaire (à deux composants) de HCl et H2O présente un azéotrope à ébullition constante à 20,2 % de HCl et 108,6 °C (227 °F). Il existe quatre points eutectiques à cristallisation constante pour l’acide chlorhydrique, entre la forme cristalline de HCl-H2O (68 % de HCl), HCl-2H2O (51 % de HCl), HCl-3H2O (41 % de HCl), HCl-6H2O (25 % de HCl) et la glace (0 % de HCl). Il existe également un point eutectique métastable à 24,8 pour cent entre la glace et la cristallisation HCl-3H2O

Production

L’acide chlorhydrique est préparé en dissolvant du chlorure d’hydrogène dans l’eau. Le chlorure d’hydrogène peut être généré de nombreuses façons, et il existe donc plusieurs précurseurs différents de l’acide chlorhydrique. La production à grande échelle d’acide chlorhydrique est presque toujours intégrée à la production d’autres produits chimiques à l’échelle industrielle.

Marché industriel

L’acide chlorhydrique est produit en solutions jusqu’à 38 pour cent de HCl (qualité concentrée). Des concentrations plus élevées, jusqu’à un peu plus de 40 pour cent, sont chimiquement possibles, mais le taux d’évaporation est alors si élevé que le stockage et la manipulation nécessitent des précautions supplémentaires, comme la pression et la basse température. La qualité industrielle en vrac est donc de 30 à 34 %, optimisée pour un transport efficace et une perte de produit limitée par les vapeurs de HCl. Les solutions à usage domestique, principalement pour le nettoyage, sont généralement de 10 à 12 pour cent, avec de fortes recommandations de dilution avant utilisation.

Les principaux producteurs mondiaux comprennent Dow Chemical avec 2 millions de tonnes métriques par an (2 Mt/an), calculées sous forme de gaz HCl, et FMC, Georgia Gulf Corporation, Tosoh Corporation, Akzo Nobel et Tessenderlo avec 0,5 à 1,5 Mt/an chacun. La production mondiale totale, exprimée en HCl à des fins de comparaison, est estimée à 20 millions de tonnes par an, dont 3 millions proviennent de la synthèse directe, le reste étant des produits secondaires issus de synthèses organiques et similaires. La plus grande partie de l’acide chlorhydrique est consommée de manière captive par le producteur. La taille du marché mondial ouvert est estimée à 5 Mt/an.

Applications

L’acide chlorhydrique est un acide inorganique fort qui est utilisé dans de nombreux procédés industriels. L’application détermine souvent la qualité requise du produit.

Régénération des échangeurs d’ions

Une application importante de l’acide chlorhydrique de haute qualité est la régénération des résines échangeuses d’ions. L’échange de cations est largement utilisé pour éliminer les ions tels que Na+ et Ca2+ des solutions aqueuses, produisant de l’eau déminéralisée.

Na+ est remplacé par H3O+ Ca2+ est remplacé par 2 H3O+

Les échangeurs d’ions et l’eau déminéralisée sont utilisés dans toutes les industries chimiques, la production d’eau potable et de nombreuses industries alimentaires.

pH Contrôle et neutralisation

Une application très courante de l’acide chlorhydrique est la régulation de la basicité (pH) des solutions.

OH- + HCl → H2O + Cl-

Dans l’industrie exigeant la pureté (alimentaire, pharmaceutique, eau potable), l’acide chlorhydrique de haute qualité est utilisé pour contrôler le pH des flux d’eau de process. Dans l’industrie moins exigeante, l’acide chlorhydrique de qualité technique suffit pour neutraliser les flux de déchets et le traitement des piscines.

Picklage de l’acier

Le piclage est une étape essentielle du traitement de surface des métaux, pour éliminer la rouille ou le tartre d’oxyde de fer du fer ou de l’acier avant un traitement ultérieur, comme l’extrusion, le laminage, la galvanisation et d’autres techniques. Le HCl de qualité technique à une concentration généralement de 18 pour cent est l’agent de décapage le plus couramment utilisé pour le décapage des nuances d’acier au carbone.

Fe2O3 + Fe + 6 HCl → 3 FeCl2 + 3 H2O

L’acide usé a longtemps été réutilisé sous forme de solutions de chlorure ferreux, mais les niveaux élevés de métaux lourds dans la liqueur de décapage ont diminué cette pratique.

Ces dernières années, l’industrie du décapage de l’acier a toutefois développé des procédés de régénération de l’acide chlorhydrique, tels que le torréfacteur à pulvérisation ou le procédé de régénération du HCl en lit fluidisé, qui permettent de récupérer le HCl à partir de la liqueur de décapage usée. Le procédé de régénération le plus courant est le procédé de pyrohydrolyse, appliquant la formule suivante :

4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl+ 2 Fe2O3

Par la récupération de l’acide usé, une boucle acide fermée est établie. Le sous-produit oxyde ferrique du processus de régénération est un sous-produit précieux, utilisé dans une variété d’industries secondaires.

L’acide chlorhydrique n’est pas un agent de décapage commun pour les nuances d’acier inoxydable.

Production de composés inorganiques

De nombreux produits peuvent être produits avec l’acide chlorhydrique dans des réactions acide-base normales, résultant en des composés inorganiques. Il s’agit notamment de produits chimiques de traitement de l’eau tels que le chlorure de fer(III) et le chlorure de polyaluminium (PAC).

Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O

Le chlorure de fer(III) et le PAC sont tous deux utilisés comme agents de floculation et de coagulation dans le traitement des eaux usées, la production d’eau potable et la production de papier.

Les autres composés inorganiques produits avec de l’acide chlorhydrique comprennent le chlorure de calcium pour l’application routière, le chlorure de nickel(II) pour la galvanisation, et le chlorure de zinc pour l’industrie de la galvanisation et la production de batteries.

Production de composés organiques

La plus grande consommation d’acide chlorhydrique est dans la production de composés organiques tels que le chlorure de vinyle pour le PVC, et le MDI et le TDI pour le polyuréthane. Il s’agit souvent d’une utilisation captive, consommant de l’acide chlorhydrique produit localement qui n’atteint jamais réellement le marché libre. D’autres composés organiques produits avec de l’acide chlorhydrique comprennent le bisphénol A pour le polycarbonate, le charbon actif et l’acide ascorbique, ainsi que de nombreux produits pharmaceutiques.

Autres applications

L’acide chlorhydrique est un produit chimique fondamental, et en tant que tel, il est utilisé pour un grand nombre d’applications à petite échelle, telles que le traitement du cuir, le nettoyage domestique et la construction de bâtiments. En outre, un moyen de stimuler la production de pétrole consiste à injecter de l’acide chlorhydrique dans la formation rocheuse d’un puits de pétrole, à dissoudre une partie de la roche et à créer une structure à larges pores. L’acidification des puits de pétrole est un processus courant dans l’industrie de la production pétrolière de la mer du Nord.

De nombreuses réactions chimiques impliquant l’acide chlorhydrique sont appliquées dans la production d’aliments, d’ingrédients alimentaires et d’additifs alimentaires. Les produits typiques comprennent l’aspartame, le fructose, l’acide citrique, la lysine, les protéines (végétales) hydrolysées comme exhausteur alimentaire, et dans la production de gélatine. L’acide chlorhydrique de qualité alimentaire (extra-pur) peut être appliqué lorsque cela est nécessaire pour le produit final.

Physiologie et pathologie

L’acide chlorhydrique constitue la majorité de l’acide gastrique, le fluide digestif humain. Au cours d’un processus complexe et au prix d’une charge énergétique importante, il est sécrété par les cellules pariétales (également appelées cellules oxyntiques). Ces cellules contiennent un vaste réseau sécrétoire (appelé canalicules) à partir duquel le HCl est sécrété dans la lumière de l’estomac. Elles font partie des glandes fundiques (également appelées glandes oxyntiques) de l’estomac.

Les mécanismes de sécurité qui empêchent les dommages de l’épithélium du tube digestif par l’acide chlorhydrique sont les suivants :

• Des régulateurs négatifs de sa libération
• Une épaisse couche de mucus recouvrant l’épithélium
• Le bicarbonate de sodium sécrété par les cellules épithéliales gastriques et le pancréas
• La structure de l’épithélium (jonctions serrées)
• Un apport sanguin adéquat
• Les prostaglandines (plusieurs effets différents : elles stimulent la sécrétion de mucus et de bicarbonate, maintiennent l’intégrité de la barrière épithéliale, permettent un apport sanguin adéquat, stimulent la cicatrisation de la muqueuse endommagée)

Lorsque, pour différentes raisons, ces mécanismes échouent, des brûlures d’estomac ou des ulcères peptiques peuvent se développer. Les médicaments appelés inhibiteurs de la pompe à protons empêchent l’organisme de produire un excès d’acide dans l’estomac, tandis que les antiacides neutralisent l’acide existant.

Dans certains cas, une quantité insuffisante d’acide chlorhydrique est produite dans l’estomac. Ces états pathologiques sont désignés par les termes hypochlorhydrie et achlorhydrie. Ils peuvent potentiellement conduire à une gastro-entérite.

Armes chimiques

Le phosgène (COCl2) était un agent chimique de guerre couramment utilisé pendant la Première Guerre mondiale. Le principal effet du phosgène résulte de la dissolution du gaz dans les muqueuses profondes du poumon, où il est transformé par hydrolyse en acide carbonique et en acide chlorhydrique corrosif. Ce dernier perturbe les membranes alvéolo-capillaires de sorte que le poumon se remplit de liquide (œdème pulmonaire).

L’acide chlorhydrique est également en partie responsable des effets nocifs ou vésicants du gaz moutarde. En présence d’eau, par exemple sur la surface humide des yeux ou des poumons, le gaz moutarde se décompose pour former de l’acide chlorhydrique.

Sécurité

Etiquettes des marchandises dangereuses

L’acide chlorhydrique à forte concentration forme des brouillards acides. Tant le brouillard que la solution ont un effet corrosif sur les tissus humains, pouvant endommager les organes respiratoires, les yeux, la peau et les intestins. Le mélange de l’acide chlorhydrique avec des produits chimiques oxydants courants, tels que l’eau de Javel (NaClO) ou le permanganate (KMnO4), produit du chlore, un gaz toxique. Pour minimiser les risques lors du travail avec l’acide chlorhydrique, des précautions appropriées doivent être prises, notamment le port de gants en caoutchouc ou en PVC, de lunettes de protection et de vêtements résistant aux produits chimiques.

Les dangers des solutions d’acide chlorhydrique dépendent de la concentration. Le tableau suivant répertorie la classification européenne des solutions d’acide chlorhydrique :

Concentration en poids	Classification	R-.Phrases
10%-25%	Irritant (Xi)	R36/37/38
>25%	Corrosif (C)	R34 R37

Voir aussi

• Acide
• Base (chimie)
• Acide nitrique
• Acide sulfurique

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

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