Acido cloridrico

Acido cloridrico
Generale
Nome sistematico	Acido cloridrico
Altri nomi	Acido muriatico, Spirito di sale
Formula molecolare	HCl in acqua (H2O)
Massa molare	36.46 g/mol (HCl)
Apparenza	Liquido da incolore a giallo chiaro
Numero CAS
Proprietà
Densità, fase	1.18 g/cm³, soluzione al 37%.
Solubilità in acqua	Pienamente miscibile.
Punto di fusione	-26 °C (247 K) 38% soluzione.
Punto di ebollizione	110 °C (383 K), 20.2% soluzione; 48 °C (321 K), 38% soluzione.
Dissociazione dell’acido costante pKa	-8.0
Viscosità	1.9 mPa-s a 25 °C, 31.5% soluzione
Rischi
Scheda di sicurezza esterna
NFPA 704	0 3 1 32-38% soluzione
Principali rischi	Altamente corrosivo.
Punto di fiamma	Non infiammabile.
Dichiarazione R/S	R34, R37, S26, S36, S45
Numero RTECS	MW4025000
Pagina dei dati supplementari
Struttura e proprietà	n, εr, ecc.
Dati termodinamici	Comportamento in fase Solido, liquido, gas
Dati spettrali	UV, IR, NMR, MS
Composti correlati
Altri anioni	HF, HBr, HI
Altri cationi	N/a
Acidi correlati	Acido idrobromico Acido fluoridrico Acido idroiodico Acido solforico
Salvo dove indicato diversamente, i dati sono dati per materiali allo stato standard (a 25 °C, 100 kPa) Infobox disclaimer e riferimenti

Il composto chimico acido cloridrico (o acido muriatico) è la soluzione acquosa (a base di acqua) del gas cloruro di idrogeno (HCl). Questo forte acido è altamente corrosivo e deve essere maneggiato con adeguate precauzioni di sicurezza. È il componente principale dell’acido gastrico. È usato abitualmente nei laboratori di ricerca chimica e negli impianti di produzione. Le sue applicazioni includono la produzione su larga scala di certi composti (come il cloruro di vinile per la plastica di cloruro di polivinile (PVC)), la rimozione della ruggine e delle scaglie dai metalli, la produzione di petrolio e la lavorazione dei minerali. Le applicazioni su piccola scala includono la produzione di gelatina e altri ingredienti per il cibo e la lavorazione della pelle. Si stima che 20 milioni di tonnellate di acido cloridrico siano prodotte annualmente.

Storia

L’acido cloridrico fu scoperto intorno all’800 d.C. dall’alchimista Jabir ibn Hayyan (Geber), mescolando sale comune con vetriolo (acido solforico). Jabir scoprì molte sostanze chimiche importanti e registrò le sue scoperte in oltre 20 libri, che portarono la sua conoscenza chimica dell’acido cloridrico e di altre sostanze chimiche di base per centinaia di anni. L’invenzione di Jabir dell’aqua regia che dissolve l’oro, composta da acido cloridrico e acido nitrico, fu di grande interesse per gli alchimisti alla ricerca della pietra filosofale.

Jabir ibn Hayyan, disegno manoscritto medievale.

Nel Medioevo, l’acido cloridrico era noto agli alchimisti europei come spirito di sale o acidum salis. L’HCl gassoso era chiamato aria acida marina. Il vecchio nome (pre-sistematico) di acido muriatico ha la stessa origine (muriatico significa “appartenente alla salamoia o al sale”), e questo nome è ancora talvolta usato. Una produzione notevole fu registrata da Basilius Valentinus, l’alchimista-canonico del priorato benedettino Sankt Peter a Erfurt, Germania nel XV secolo. Nel XVII secolo, Johann Rudolf Glauber di Karlstadt am Main, Germania, usò il sale di cloruro di sodio e l’acido solforico per la preparazione del solfato di sodio nel processo di Mannheim, rilasciando gas di cloruro di idrogeno. Joseph Priestley di Leeds, Inghilterra, preparò cloruro di idrogeno puro nel 1772, e nel 1818 Humphry Davy di Penzance, Inghilterra dimostrò che la composizione chimica includeva idrogeno e cloro.

Durante la rivoluzione industriale in Europa, la domanda di sostanze alcaline come la soda aumentò, e il nuovo processo industriale di soda di Nicolas Leblanc (Issoundun, Francia) permise una produzione economica e su larga scala. Nel processo Leblanc, il sale viene convertito in soda usando acido solforico, calcare e carbone. Il cloruro di idrogeno viene rilasciato come sottoprodotto. Fino all’Alkali Act del 1863, l’HCl in eccesso veniva scaricato nell’aria. Dopo il passaggio della legge, i produttori di soda furono obbligati ad assorbire il gas di scarto in acqua, producendo acido cloridrico su scala industriale.

Quando all’inizio del ventesimo secolo il processo Leblanc fu effettivamente sostituito dal processo Solvay senza il sottoprodotto dell’acido cloridrico, l’acido cloridrico era già pienamente stabilito come un prodotto chimico importante in numerose applicazioni. L’interesse commerciale ha dato il via ad altri metodi di produzione che sono utilizzati ancora oggi, come descritto di seguito. Oggi, la maggior parte dell’acido cloridrico è fatto assorbendo cloruro di idrogeno dalla produzione industriale di composti organici.

L’acido cloridrico è elencato come un precursore della tabella II sotto la Convenzione del 1988 contro il traffico illecito di stupefacenti e sostanze psicotrope a causa del suo uso nella produzione di droghe come eroina, cocaina e metanfetamina.

Chimica

Titolazione dell’acido.

Il cloruro di idrogeno (HCl) è un acido monoprotico, il che significa che ogni molecola può dissociarsi (ionizzarsi) solo una volta per rilasciare uno ione H+ (un singolo protone). Nell’acido cloridrico acquoso, l’H+ si unisce a una molecola d’acqua per formare uno ione idronio, H3O+:

HCl + H2O ⇌ H3O+ + Cl-

Modello molecolare dell’acido cloridrico.

L’altro ione formato è Cl-, lo ione cloruro. L’acido cloridrico può quindi essere usato per preparare sali chiamati cloruri, come il cloruro di sodio. L’acido cloridrico è un acido forte, poiché è completamente dissociato in acqua.

Gli acidi monoprotici hanno una costante di dissociazione acida, Ka, che indica il livello di dissociazione in acqua. Per un acido forte come l’HCl, la Ka è grande. Sono stati fatti tentativi teorici di assegnare una Ka all’HCl. Quando sali di cloruro come NaCl vengono aggiunti all’HCl acquoso, non hanno praticamente alcun effetto sul pH, indicando che Cl- è una base coniugata estremamente debole e che HCl è completamente dissociato in soluzione acquosa. Per soluzioni da intermedie a forti di acido cloridrico, l’assunzione che la molarità di H+ (un’unità di concentrazione) sia uguale alla molarità di HCl è eccellente, concordando con quattro cifre significative.

Tra i sette acidi forti comuni in chimica, tutti inorganici, l’acido cloridrico è l’acido monoprotico meno probabile che subisca una reazione di ossido-riduzione interferente. È uno degli acidi forti meno pericolosi da maneggiare; nonostante la sua acidità, produce lo ione cloruro meno reattivo e non tossico. Le soluzioni di acido cloridrico di forza intermedia sono abbastanza stabili, mantenendo le loro concentrazioni nel tempo. Questi attributi, oltre al fatto che è disponibile come reagente puro, fanno sì che l’acido cloridrico sia un eccellente reagente acidificante e titolante acido (per determinare la quantità di una quantità sconosciuta di base nella titolazione). I titolanti acidi forti sono utili perché danno punti finali più distinti in una titolazione, rendendo la titolazione più precisa. L’acido cloridrico è usato frequentemente nell’analisi chimica e per digerire i campioni da analizzare. L’acido cloridrico concentrato dissolve alcuni metalli per formare cloruri metallici ossidati e gas idrogeno. Produrrà cloruri metallici da composti basici come il carbonato di calcio o l’ossido di rame (II). È anche usato come catalizzatore acido semplice per alcune reazioni chimiche.

Proprietà fisiche

Le proprietà fisiche dell’acido cloridrico, come i punti di ebollizione e fusione, la densità e il pH dipendono dalla concentrazione o molarità di HCl nella soluzione acida. Possono variare da quelli dell’acqua allo 0% di HCl ai valori dell’acido cloridrico fumante a oltre il 40% di HCl.

L’acido cloridrico come miscela binaria (due componenti) di HCl e H2O ha un azeotropo a ebollizione costante al 20,2% di HCl e 108,6 °C (227 °F). Ci sono quattro punti eutettici a cristallizzazione costante per l’acido cloridrico, tra la forma cristallina di HCl-H2O (68% HCl), HCl-2H2O (51% HCl), HCl-3H2O (41% HCl), HCl-6H2O (25% HCl), e ghiaccio (0% HCl). C’è anche un punto eutettico metastabile al 24,8% tra il ghiaccio e la cristallizzazione HCl-3H2O

Produzione

L’acido cloridrico si prepara sciogliendo il cloruro di idrogeno in acqua. Il cloruro di idrogeno può essere generato in molti modi, e quindi esistono diversi precursori dell’acido cloridrico. La produzione su larga scala di acido cloridrico è quasi sempre integrata con altre produzioni chimiche su scala industriale.

Mercato industriale

L’acido cloridrico è prodotto in soluzioni fino al 38% di HCl (grado concentrato). Concentrazioni più alte fino a poco più del 40% sono chimicamente possibili, ma il tasso di evaporazione è così alto che lo stoccaggio e la manipolazione richiedono precauzioni extra, come pressione e bassa temperatura. Il grado industriale alla rinfusa è quindi dal 30% al 34%, ottimizzato per un trasporto efficace e una perdita di prodotto limitata dai vapori di HCl. Le soluzioni per scopi domestici, per lo più di pulizia, sono tipicamente dal 10% al 12%, con forti raccomandazioni di diluire prima dell’uso.

I maggiori produttori mondiali includono Dow Chemical a 2 milioni di tonnellate metriche all’anno (2 Mt/anno), calcolate come gas HCl, e FMC, Georgia Gulf Corporation, Tosoh Corporation, Akzo Nobel e Tessenderlo a 0,5-1,5 Mt/anno ciascuno. La produzione mondiale totale, a fini comparativi, espressa come HCl, è stimata in 20 Mt/anno, con 3 Mt/anno dalla sintesi diretta e il resto come prodotto secondario da sintesi organiche e simili. Di gran lunga, la maggior parte di tutto l’acido cloridrico è consumato internamente dal produttore. La dimensione del mercato mondiale aperto è stimata a 5 Mt/anno.

Applicazioni

L’acido cloridrico è un forte acido inorganico che viene usato in molti processi industriali. L’applicazione spesso determina la qualità del prodotto richiesto.

Rigenerazione degli scambiatori di ioni

Un’importante applicazione dell’acido cloridrico di alta qualità è la rigenerazione delle resine a scambio ionico. Lo scambio cationico è ampiamente usato per rimuovere ioni come Na+ e Ca2+ da soluzioni acquose, producendo acqua demineralizzata.

Na+ è sostituito da H3O+ Ca2+ è sostituito da 2 H3O+

Gli scambiatori di ioni e l’acqua demineralizzata sono usati in tutte le industrie chimiche, nella produzione di acqua potabile e in molte industrie alimentari.

Controllo del pH e neutralizzazione

Un’applicazione molto comune dell’acido cloridrico è la regolazione della basicità (pH) delle soluzioni.

OH- + HCl → H2O + Cl-

Nell’industria che richiede purezza (alimentare, farmaceutica, acqua potabile), l’acido cloridrico di alta qualità è usato per controllare il pH dei flussi di acqua di processo. Nell’industria meno esigente, l’acido cloridrico di qualità tecnica è sufficiente per neutralizzare i flussi di rifiuti e il trattamento delle piscine.

Pickling dell’acciaio

Pickling è un passo essenziale nel trattamento delle superfici metalliche, per rimuovere la ruggine o le incrostazioni di ossido di ferro dal ferro o dall’acciaio prima della successiva lavorazione, come l’estrusione, la laminazione, la zincatura, e altre tecniche. L’HCl di qualità tecnica a una concentrazione tipica del 18% è l’agente di decapaggio più comunemente usato per il decapaggio dei gradi di acciaio al carbonio.

Fe2O3 + Fe + 6 HCl → 3 FeCl2 + 3 H2O

L’acido usato è stato a lungo riutilizzato come soluzioni di cloruro ferroso, ma gli alti livelli di metalli pesanti nel liquido di decapaggio hanno ridotto questa pratica.

Negli ultimi anni, l’industria del decapaggio dell’acciaio ha comunque sviluppato dei processi di rigenerazione dell’acido cloridrico, come il roaster spray o il processo di rigenerazione HCl a letto fluido, che permettono il recupero dell’HCl dal liquido di decapaggio esausto. Il processo di rigenerazione più comune è il processo di pirolisi, applicando la seguente formula:

4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl+ 2 Fe2O3

Con il recupero dell’acido usato, si stabilisce un ciclo acido chiuso. L’ossido ferrico sottoprodotto del processo di rigenerazione è un prezioso sottoprodotto, usato in una varietà di industrie secondarie.

L’HCl non è un comune agente di decapaggio per i gradi di acciaio inossidabile.

Produzione di composti inorganici

Numerosi prodotti possono essere prodotti con l’acido cloridrico nelle normali reazioni acido-base, risultando in composti inorganici. Questi includono prodotti chimici per il trattamento delle acque come il cloruro di ferro (III) e il cloruro di polialluminio (PAC).

Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O

Sia il cloruro di ferro (III) che il PAC sono usati come agenti di flocculazione e coagulazione nel trattamento delle acque reflue, nella produzione di acqua potabile e nella produzione di carta.

Altri composti inorganici prodotti con acido cloridrico includono cloruro di calcio per applicazioni stradali, cloruro di nichel (II) per la galvanica, e cloruro di zinco per l’industria di galvanizzazione e la produzione di batterie.

Produzione di composti organici

Il maggior consumo di acido cloridrico è nella produzione di composti organici come il cloruro di vinile per PVC, e MDI e TDI per il poliuretano. Questo è spesso un uso vincolato, consumando acido cloridrico prodotto localmente che non raggiunge mai il mercato aperto. Altri composti organici prodotti con l’acido cloridrico includono il bisfenolo A per il policarbonato, il carbone attivo e l’acido ascorbico, così come numerosi prodotti farmaceutici.

Altre applicazioni

L’acido cloridrico è un prodotto chimico fondamentale, e come tale è usato per un gran numero di applicazioni su piccola scala, come la lavorazione del cuoio, la pulizia della casa e la costruzione di edifici. Inoltre, un modo per stimolare la produzione di petrolio è iniettare acido cloridrico nella formazione rocciosa di un pozzo di petrolio, dissolvendo una parte della roccia e creando una struttura a pori larghi. L’acidificazione dei pozzi petroliferi è un processo comune nell’industria di produzione del petrolio del Mare del Nord.

Molte reazioni chimiche che coinvolgono l’acido cloridrico sono applicate nella produzione di cibo, ingredienti alimentari e additivi alimentari. I prodotti tipici includono aspartame, fruttosio, acido citrico, lisina, proteine idrolizzate (vegetali) come miglioratore alimentare e nella produzione di gelatina. L’acido cloridrico alimentare (extra-puro) può essere applicato quando necessario per il prodotto finale.

Fisiologia e patologia

L’acido cloridrico costituisce la maggior parte dell’acido gastrico, il fluido digestivo umano. In un processo complesso e con un grande carico energetico, viene secreto dalle cellule parietali (note anche come cellule ossintiche). Queste cellule contengono un’estesa rete secretoria (chiamata canaliculi) da cui l’HCl viene secreto nel lume dello stomaco. Fanno parte delle ghiandole fundiche (dette anche ghiandole ossintiche) dello stomaco.

I meccanismi di sicurezza che impediscono il danneggiamento dell’epitelio del tratto digestivo da parte dell’acido cloridrico sono i seguenti:

• Regolatori negativi del suo rilascio
• Uno spesso strato di muco che copre l’epitelio
• Bicarbonato di sodio secreto dalle cellule epiteliali gastriche e dal pancreas
• La struttura dell’epitelio (giunzioni strette)
• Un adeguato apporto di sangue
• Prostaglandine (molti effetti diversi: stimolano la secrezione di muco e bicarbonato, mantengono l’integrità della barriera epiteliale, permettono un adeguato apporto di sangue, stimolano la guarigione della mucosa danneggiata)

Quando, per ragioni diverse, questi meccanismi falliscono, si possono sviluppare bruciori di stomaco o ulcere peptiche. I farmaci chiamati inibitori della pompa protonica impediscono al corpo di produrre acido in eccesso nello stomaco, mentre gli antiacidi neutralizzano l’acido esistente.

In alcuni casi, non viene prodotto abbastanza acido cloridrico nello stomaco. Questi stati patologici sono indicati con i termini ipocloridria e acloridria. Potenzialmente possono portare alla gastroenterite.

Armi chimiche

Il fosgene (COCl2) era un comune agente di guerra chimica usato nella prima guerra mondiale. L’effetto principale del fosgene deriva dalla dissoluzione del gas nelle membrane mucose nel profondo del polmone, dove viene convertito per idrolisi in acido carbonico e acido cloridrico corrosivo. Quest’ultimo rompe le membrane alveolo-capillari in modo che il polmone si riempia di liquido (edema polmonare).

L’acido cloridrico è anche parzialmente responsabile degli effetti nocivi o vescicanti del gas mostarda. In presenza di acqua, come sulla superficie umida degli occhi o dei polmoni, il gas mostarda si decompone per formare acido cloridrico.

Sicurezza

L’acido cloridrico in alte concentrazioni forma nebbie acide. Sia la nebbia che la soluzione hanno un effetto corrosivo sui tessuti umani, danneggiando potenzialmente gli organi respiratori, gli occhi, la pelle e l’intestino. Mescolando l’acido cloridrico con prodotti chimici ossidanti comuni, come la candeggina (NaClO) o il permanganato (KMnO4), si produce il cloro gassoso tossico. Per minimizzare i rischi mentre si lavora con l’acido cloridrico, si dovrebbero prendere precauzioni appropriate, tra cui indossare guanti di gomma o PVC, occhiali protettivi e indumenti resistenti ai prodotti chimici.

I pericoli delle soluzioni di acido cloridrico dipendono dalla concentrazione. La seguente tabella elenca la classificazione UE delle soluzioni di acido cloridrico:

Vedi anche

• Acido
• Base (chimica)
• Acido nitrico
• Acido solforico

• Chang, Raymond. 2006. Chimica, 9° ed. New York: McGraw-Hill Science/Engineering/Math. ISBN 0073221031.
• Cotton, F. Albert, e Geoffrey Wilkinson. 1980. Advanced Inorganic Chimica, 4a ed. New York: Wiley. ISBN 0471027758.
• Guyton, Arthur C., e John E. Hall. 2000. Textbook of Medical Physiology. Filadelfia: Saunders. ISBN 072168677X.
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