Sósav

Sósav
Általános
Szisztematikai név	Sósav
Más nevek	Muriátasav, Sószesz
Molekuláris képlet	HCl vízben (H2O)
Moláris tömeg	36.46 g/mol (HCl)
Megjelenés	Tiszta színtelen vagy világossárga folyadék
CAS szám
Tulajdonságok
Sűrűség, fázis	1.18 g/cm³, 37%-os oldat.
Vízben oldhatóság	Teljesen keverhető.
Olvadáspont	-26 °C (247 K) 38%-os oldat.
Fűtőpont	110 °C (383 K), 20.2%-os oldat; 48 °C (321 K), 38%-os oldat.
Savak disszociációja konstans pKa	-8,0
Viszkozitás	1,9 mPa-s 25 °C-on, 31.5%-os oldat
Veszélyek
MSDS	Külső MSDS
NFPA 704	. 0 3 1 32-38%-os oldat
Fő veszélyek	Mélyen maró.
Gyulladáspont	Nem gyúlékony.
R/S nyilatkozat	R34, R37, S26, S36, S45
RTECS szám	MW4025000
Kiegészítő adatlap
Szerkezet és tulajdonságok	n, εr, stb.
Thermodinamikai adatok	Fázisviselkedés Szilárd, folyékony, gáz
Spektrális adatok	UV, IR, NMR, MS
Relátott vegyületek
Más anionok	HF, HBr, HI
Más kationok	N/a
Viszonyított savak	Hidrobrómsav Folyóvizes sav Jódsav Kénsav
Ahol másként nincs feltüntetve, az adatokat a anyagokra standard állapotukban (25 °C-on, 100 kPa nyomáson) Infobox nyilatkozat és hivatkozások

A sósav (vagy muriasav) kémiai vegyület a hidrogén-klorid gáz (HCl) vizes (vizes) oldata. Ez az erős sav erősen maró hatású, és megfelelő biztonsági óvintézkedésekkel kell kezelni. Ez a gyomorsav fő összetevője. Rutinszerűen használják a kémiai kutatólaboratóriumokban és a gyártóüzemekben. Alkalmazásai közé tartozik bizonyos vegyületek (például a polivinil-klorid (PVC) műanyaghoz használt vinil-klorid) nagyüzemi előállítása, a rozsda és a vízkő eltávolítása a fémekről, a kőolajgyártás és az ércfeldolgozás. Kisebb léptékű alkalmazások közé tartozik a zselatin és más élelmiszer-összetevők előállítása, valamint a bőrfeldolgozás. Becslések szerint évente 20 millió tonna sósavat állítanak elő.

Történet

A sósavat először i. sz. 800 körül fedezte fel az alkimista Dzsabir ibn Hayyan (Geber), a konyhasó és a vitriol (kénsav) összekeverésével. Dzsabir számos fontos vegyi anyagot fedezett fel, és eredményeit több mint 20 könyvben rögzítette, amelyek több száz éven át hordozták a sósavval és más alapvető vegyi anyagokkal kapcsolatos kémiai ismereteit. Dzsabir találmánya, a sósavból és salétromsavból álló, aranyat oldó aqua regia nagy érdeklődésre tartott számot a bölcsek kövét kereső alkimisták számára.

Dzsabir ibn Hayyan, középkori kéziratos rajz.

A középkorban a sósavat az európai alkimisták a sószesz vagy acidum salis néven ismerték. A gáznemű HCl-t tengeri savas levegőnek nevezték. A régi (rendszerezés előtti) muriatikus sav elnevezés ugyanerre az eredetre vezethető vissza (a muriatikus jelentése “sósavhoz vagy sóhoz tartozó”), és ezt az elnevezést néha még ma is használják. Jelentős termelést jegyzett fel Basilius Valentinus, a németországi Sankt Peter bencés apátság alkimista-kanonoka a XV. században Erfurtban. A XVII. században a németországi Karlstadt am Mainból származó Johann Rudolf Glauber nátrium-klorid-sót és kénsavat használt nátrium-szulfát előállítására a mannheimi eljárás során, hidrogén-kloridgázt kibocsátva. Joseph Priestley (Leeds, Anglia) 1772-ben tiszta hidrogén-kloridot állított elő, és 1818-ban Humphry Davy (Penzance, Anglia) bebizonyította, hogy a kémiai összetétel hidrogént és klórt tartalmaz.

Az ipari forradalom idején Európában megnőtt a lúgos anyagok, például a szóda iránti kereslet, és Nicolas Leblanc (Issoundun, Franciaország) új ipari szódaeljárása lehetővé tette az olcsó, nagyüzemi termelést. A Leblanc-eljárásban a sót kénsav, mészkő és szén felhasználásával szódává alakítják. Melléktermékként hidrogén-klorid szabadul fel. Az 1863-as lúgtörvényig a felesleges HCl-t a levegőbe engedték. A törvény elfogadása után a szódabikarbóna-termelők kénytelenek voltak a füstgázt vízben elnyelni, így ipari méretekben sósavat állítottak elő.

Amikor a huszadik század elején a Leblanc-eljárást a sósav melléktermék nélküli Solvay-eljárás gyakorlatilag felváltotta, a sósav már teljesen meghonosodott, mint számos alkalmazásban fontos vegyszer. A kereskedelmi érdeklődés más, ma is használt előállítási módszereket indított el, amelyeket az alábbiakban ismertetünk. Ma a legtöbb sósavat az ipari szerves vegyületek előállításából származó hidrogén-klorid elnyelésével állítják elő.

A sósav a kábítószerek és pszichotróp anyagok tiltott kereskedelme elleni 1988-as egyezményben a II. táblázatban szereplő prekurzorok között szerepel, mivel olyan kábítószerek előállításához használják, mint a heroin, a kokain és a metamfetamin.

Kémia

Savtitrálás.

A hidrogén-klorid (HCl) monoprotikus sav, ami azt jelenti, hogy minden molekula csak egyszer tud disszociálni (ionizálódni), hogy egy H+ ion (egyetlen proton) szabaduljon fel. A vizes sósavban a H+ egy vízmolekulához csatlakozva hidróniumiont, H3O+-t képez:

HCl + H2O ⇌ H3O+ + Cl-

A hidrogén-klorid molekulamodellje.

A másik keletkező ion a Cl-, a kloridion. A sósavból tehát kloridoknak nevezett sókat, például nátrium-kloridot állíthatunk elő. A sósav erős sav, mivel vízben teljesen disszociál.

A monoprotikus savaknak egy sav disszociációs állandója van, a Ka, amely a vízben történő disszociáció mértékét jelzi. Egy olyan erős sav esetében, mint a HCl, a Ka nagy. Elméleti kísérleteket tettek arra, hogy a HCl-hez Ka-t rendeljenek. Ha klorid-sókat, például NaCl-t adunk vizes HCl-hez, gyakorlatilag nincs hatásuk a pH-ra, ami azt jelzi, hogy a Cl- rendkívül gyenge konjugált bázis, és hogy a HCl teljes mértékben disszociálódik vizes oldatban. A sósav közepes és erős oldatai esetében az a feltételezés, hogy a H+ molaritása (a koncentráció egysége) megegyezik a HCl molaritásával, kiváló, négy szignifikáns számjegyig megegyezik.

A kémia hét gyakori erős sava közül, amelyek mind szervetlenek, a sósav az a monoprotikus sav, amelyik a legkisebb valószínűséggel megy keresztül egy zavaró oxidációs-redukciós reakción. A legkevésbé veszélyes erős savak közé tartozik; savassága ellenére a kevésbé reaktív és nem mérgező kloridiont termel. A közepes erősségű sósavoldatok meglehetősen stabilak, koncentrációjukat idővel megőrzik. Ezek a tulajdonságok, valamint az a tény, hogy tiszta reagensként is rendelkezésre áll, azt jelentik, hogy a sósav kiváló savasító reagens és savas titrálószer (ismeretlen mennyiségű bázis mennyiségének meghatározására titrálás során). Az erős savas titrálószerek azért hasznosak, mert egyértelműbb végpontokat adnak a titrálás során, így a titrálás pontosabbá válik. A sósavat gyakran használják a kémiai analízisben és az elemzésre szánt minták feltárására. A koncentrált sósav egyes fémeket oxidált fémkloridok és hidrogéngáz képződésével old fel. Bázikus vegyületekből, például kalcium-karbonátból vagy réz(II)-oxidból fémkloridokat állít elő. Néhány kémiai reakcióban egyszerű savas katalizátorként is használják.

Fizikai tulajdonságok

A sósav fizikai tulajdonságai, mint például a forrás- és olvadáspont, a sűrűség és a pH a HCl koncentrációjától vagy molaritásától függ a savas oldatban. Ezek a víz 0 százalékos HCl-nál mért értékeitől a füstölgő sósav több mint 40 százalékos HCl-nél mért értékeiig terjedhetnek.

A sósav mint a HCl és H2O bináris (kétkomponensű) keveréke 20,2 százalék HCl és 108,6 °C (227 °F) hőmérsékleten állandó forráspontú azeotróp. A sósavnak négy állandó kristályosodási eutektikus pontja van, a HCl-H2O (68 százalék HCl), a HCl-2H2O (51 százalék HCl), a HCl-3H2O (41 százalék HCl), a HCl-6H2O (25 százalék HCl) és a jég (0 százalék HCl) kristályformája között. A jég és a HCl-3H2O kristályosodása között 24,8 százaléknál van egy metastabil eutektikus pont is

Készítés

A sósavat hidrogén-klorid vízben való feloldásával állítják elő. A hidrogén-klorid sokféleképpen előállítható, így a sósavnak többféle előanyaga létezik. A sósav nagyüzemi előállítása szinte mindig más ipari méretű vegyszergyártással van integrálva.

Ipari piac

A sósavat 38 százalékos HCl-tartalmú oldatokban állítják elő (koncentrált minőség). Kémiailag lehetséges magasabb koncentráció is, valamivel több mint 40 százalékig, de ekkor a párolgási sebesség olyan magas, hogy a tárolás és a kezelés extra óvintézkedéseket igényel, például nyomást és alacsony hőmérsékletet. Az ömlesztett ipari minőség ezért 30-34 százalékos, a hatékony szállításhoz és a HCl-gőzök okozta korlátozott termékveszteséghez optimalizált. A háztartási, főként tisztítási célokra szánt oldatok jellemzően 10-12 százalékosak, és használat előtt erősen ajánlott a hígítás.

A világ legnagyobb gyártói közé tartozik a Dow Chemical évi 2 millió tonnával (2 Mt/év), HCl-gázként számolva, valamint az FMC, a Georgia Gulf Corporation, a Tosoh Corporation, az Akzo Nobel és a Tessenderlo egyenként 0,5-1,5 Mt/év mennyiséggel. Összehasonlításképpen a világ teljes termelését HCl-ben kifejezve 20 Mt/évre becsülik, amelyből 3 Mt/év közvetlen szintézisből származik, a többi pedig szerves és hasonló szintézisekből származó másodlagos termék. A sósav legnagyobb részét a gyártó saját maga fogyasztja el. A nyílt világpiac nagyságát 5 Mt/évre becsülik.

Alkalmazások

A sósav egy erős szervetlen sav, amelyet számos ipari folyamatban használnak. Az alkalmazás gyakran meghatározza a szükséges termékminőséget.

Ioncserélők regenerálása

A kiváló minőségű sósav fontos alkalmazása az ioncserélő gyanták regenerálása. A kationcserélőt széles körben használják az olyan ionok, mint a Na+ és a Ca2+ eltávolítására vizes oldatokból, demineralizált víz előállítására.

A Na+-t H3O+ -val helyettesítik Ca2+ -val helyettesítik 2 H3O+

Az ioncserélőket és a demineralizált vizet minden vegyiparban, az ivóvízgyártásban és számos élelmiszeriparban használják.

pH szabályozása és semlegesítése

A sósav igen gyakori alkalmazása az oldatok bázicitásának (pH-jának) szabályozása.

OH- + HCl → H2O + Cl-

A tisztaságot igénylő iparban (élelmiszeripar, gyógyszeripar, ivóvíz) kiváló minőségű sósavat használnak a technológiai vízfolyamok pH-jának szabályozására. A kevésbé igényes iparban a műszaki minőségű sósav elegendő a hulladékáramok semlegesítésére és az uszodák kezelésére.

Az acél pácolása

A pácolás a fémek felületkezelésének lényeges lépése, hogy a rozsdát vagy a vasoxidkőzetet eltávolítsák a vasról vagy acélról a későbbi feldolgozás előtt, mint például az extrudálás, hengerlés, horganyzás és más technikák. A műszaki minőségű, jellemzően 18 százalékos koncentrációjú HCl a leggyakrabban használt pácolószer a szénacélfajták pácolásához.

Fe2O3 + Fe + 6 HCl → 3 FeCl2 + 3 H2O

A kiégett savat sokáig vas-kloridoldatként használták újra, de a pácfolyadék magas nehézfémtartalma visszavetette ezt a gyakorlatot.

Az utóbbi években az acélpácoló ipar azonban kifejlesztett olyan sósav-regeneráló eljárásokat, mint a permetpörkölő vagy a fluidágyas HCl-regeneráló eljárás, amelyek lehetővé teszik a HCl visszanyerését a kiégett pácleválasztékból. A legelterjedtebb regenerálási eljárás a pirohidrolízis, a következő képlet alkalmazásával:

4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl+ 2 Fe2O3

A kimerült sav visszanyerésével egy zárt savkör jön létre. A regenerálási folyamat mellékterméke a vas-oxid értékes melléktermék, amelyet számos másodlagos iparágban használnak fel.

A HCl nem gyakori pácolószer a rozsdamentes acélfajtáknál.

Szervetlen vegyületek előállítása

Sósavval a szokásos sav-bázis reakciókban számos termék állítható elő, amelyek szervetlen vegyületeket eredményeznek. Ezek közé tartoznak az olyan víztisztító vegyszerek, mint a vas(III)-klorid és a polialumínium-klorid (PAC).

Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O

A vas(III)-kloridot és a PAC-ot flokkulációs és koagulációs szerként használják a szennyvízkezelésben, az ivóvízgyártásban és a papírgyártásban.

A sósavval előállított egyéb szervetlen vegyületek közé tartozik az úthasználati só kalcium-klorid, a galvanizáláshoz használt nikkel(II)-klorid, valamint a galvanizálóiparban és az akkumulátorgyártásban használt cink-klorid.

Organikus vegyületek előállítása

A legnagyobb sósavfelhasználás a szerves vegyületek, például a PVC-hez használt vinil-klorid, valamint a poliuretánhoz használt MDI és TDI előállítása során történik. Ez gyakran kötött felhasználás, a helyben termelt sósav felhasználásával, amely valójában soha nem kerül a nyílt piacra. A sósavval előállított egyéb szerves vegyületek közé tartozik a polikarbonáthoz használt biszfenol A, az aktív szén és az aszkorbinsav, valamint számos gyógyszeripari termék.

Egyéb alkalmazások

A sósav alapvető vegyi anyag, és mint ilyen, számos kisipari alkalmazásban használják, például a bőrfeldolgozásban, a háztartási tisztításban és az építőiparban. Ezenkívül az olajkitermelés serkentésének egyik módja az, hogy sósavat fecskendeznek egy olajkút kőzetformációjába, feloldva a kőzet egy részét, és nagypórusú szerkezetet hozva létre. Az olajkút savanyítása gyakori eljárás az északi-tengeri olajkitermelő iparban.

A sósavval végzett számos kémiai reakciót alkalmaznak az élelmiszerek, élelmiszer-összetevők és élelmiszer-adalékanyagok előállítása során. Tipikus termékek közé tartozik az aszpartám, a fruktóz, a citromsav, a lizin, a hidrolizált (növényi) fehérje mint ételerősítő, valamint a zselatin előállítása. Élelmiszer minőségű (extra tiszta) sósav alkalmazható, ha a végtermékhez szükséges.

Fiziológia és patológia

A sósav alkotja a gyomorsav, az emberi emésztőnedv nagy részét. Összetett folyamatban és nagy energetikai terhelés mellett a parietális sejtek (más néven oxyntikus sejtek) választják ki. Ezek a sejtek kiterjedt szekréciós hálózatot (ún. canaliculi) tartalmaznak, amelyből a HCl a gyomor lumenébe szekretálódik. Ezek a gyomorban található fundikus mirigyek (más néven oxyntikus mirigyek) részét képezik.

Az emésztőrendszer hámjának sósav általi károsodását megakadályozó biztonsági mechanizmusok a következők:

• A felszabadulásának negatív szabályozói
• A hámot borító vastag nyálkaréteg
• A gyomorhámsejtek és a hasnyálmirigy által szekretált nátrium-bikarbonát
• A hám szerkezete (szoros kötések)
• A megfelelő vérellátás
• Prosztaglandinok (sokféle hatás: Serkentik a nyálka- és bikarbonátkiválasztást, fenntartják a hámgát integritását, lehetővé teszik a megfelelő vérellátást, serkentik a sérült nyálkahártya gyógyulását)

Ha különböző okok miatt ezek a mechanizmusok nem működnek, gyomorégés vagy gyomorfekély alakulhat ki. A protonpumpa-gátlóknak nevezett gyógyszerek megakadályozzák, hogy a szervezet felesleges savat termeljen a gyomorban, míg az antacidok semlegesítik a meglévő savat.

Egyes esetekben nem termelődik elegendő sósav a gyomorban. Ezeket a kóros állapotokat a hypochlorhydria és achlorhydria kifejezésekkel jelölik. Potenciálisan gasztroenteritiszhez vezethetnek.

Kémiai fegyverek

A foszgén (COCl2) az I. világháborúban gyakran használt vegyi harcanyag volt. A foszgén fő hatása a gáznak a tüdő mélyén lévő nyálkahártyákban való feloldódásából ered, ahol hidrolízis útján szénsavvá és maró sósavvá alakul át. Ez utóbbi megbontja az alveoláris-kapilláris membránokat, így a tüdő folyadékkal telik meg (tüdőödéma).

A mustárgáz káros vagy hólyagosító hatásáért részben a sósav is felelős. Víz jelenlétében, például a szem vagy a tüdő nedves felületén a mustárgáz sósavvá bomlik.

Biztonság

A sósav nagy koncentrációban savas ködöt képez. Mind a köd, mind az oldat maró hatású az emberi szövetekre, potenciálisan károsíthatja a légzőszerveket, a szemet, a bőrt és a beleket. A sósav és gyakori oxidáló vegyszerek, például fehérítőszer (NaClO) vagy permanganát (KMnO4) keveredésekor a mérgező gáz klór keletkezik. A sósavval végzett munka során a kockázatok minimalizálása érdekében megfelelő óvintézkedéseket kell tenni, beleértve a gumi vagy PVC kesztyű, védőszemüveg és vegyszerálló ruházat viselését.

A sósav oldatainak veszélyei a koncentrációtól függnek. A következő táblázat a sósavoldatok EU-besorolását tartalmazza:

.Mondatok

Vö. még

• Sav
• Bázis (kémia)
• Nitromsav
• Kénsav

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