Zoutzuur

Hydrochloric acid
General
Systematische naam	Hydrochloorzuur
Andere namen	Muriatinezuur, zoutgeest
Molecuulformule	HCl in water (H2O)
Molaire massa	36.46 g/mol (HCl)
Uiterlijk	Clear kleurloze tot lichtgele vloeistof
CAS-nummer
Eigenschappen
Dichtheid, fase	1.18 g/cm³, 37% oplossing.
Oplosbaarheid in water	Volledig mengbaar.
Smeltpunt	-26 °C (247 K) 38% oplossing.
kookpunt	110 °C (383 K), 20.2% oplossing; 48 °C (321 K), 38% oplossing.
Zuurdissociatie constante pKa	-8,0
Viscositeit	1,9 mPa-s bij 25 °C, 31.5% oplossing
Gevaren
MSDS	Extern MSDS
NFPA 704	0 3 1 32-38% oplossing
Belangrijkste gevaren	Zeer corrosief.
Vlammingspunt	Niet ontvlambaar.
R/S verklaring	R34, R37, S26, S36, S45
RTECS-nummer	MW4025000
Supplementary data page
Structure and properties	n, εr, enz.
Thermodynamische gegevens	Gedrag in fasen vast, vloeibaar, gas
Spectrale gegevens	UV, IR, NMR, MS
Gerelateerde verbindingen
Andere anionen	HF, HBr, HI
Andere kationen	N/a
Gerelateerde zuren	Hydrobroomzuur Hydrofluorzuur Hydrojoodzuur Zwavelzuur
Niet van toepassing, tenzij anders vermeld, worden de gegevens gegeven voor materialen in hun standaardtoestand (bij 25 °C, 100 kPa) Infobox disclaimer en referenties

De chemische verbinding zoutzuur (of zoutzuur) is de waterige (op water gebaseerde) oplossing van waterstofchloridegas (HCl). Dit sterke zuur is zeer corrosief en moet met de nodige voorzorgsmaatregelen worden gehanteerd. Het is het hoofdbestanddeel van maagzuur. Het wordt routinematig gebruikt in chemische onderzoekslaboratoria en productiebedrijven. Het wordt onder meer gebruikt bij de grootschalige productie van bepaalde verbindingen (zoals vinylchloride voor polyvinylchloride (PVC)-plastic), het verwijderen van roest en aanslag van metalen, de aardolieproductie en de ertsverwerking. Kleinschaligere toepassingen zijn onder meer de productie van gelatine en andere ingrediënten in levensmiddelen en de verwerking van leder. Naar schatting wordt jaarlijks 20 miljoen ton zoutzuur geproduceerd.

Geschiedenis

Hydrochloorzuur werd rond 800 v. Chr. voor het eerst ontdekt door de alchemist Jabir ibn Hayyan (Geber), door gewoon zout te mengen met vitriool (zwavelzuur). Jabir ontdekte vele belangrijke chemische stoffen en legde zijn bevindingen vast in meer dan 20 boeken, waarin zijn chemische kennis van zoutzuur en andere basischemicaliën honderden jaren lang werd overgedragen. Jabirs uitvinding van het goudoplossende aqua regia, bestaande uit zoutzuur en salpeterzuur, was van groot belang voor alchemisten die op zoek waren naar de steen der wijzen.

Jabir ibn Hayyan, middeleeuwse manuscripttekening.

In de Middeleeuwen stond zoutzuur bij Europese alchemisten bekend als spiritus zout of acidum salis. Gasvormig HCl werd zure zeelucht genoemd. De oude (pre-systematische) naam muriatisch zuur heeft dezelfde oorsprong (muriatisch betekent “betrekking hebbend op pekel of zout”), en deze naam wordt soms nog gebruikt. Een opmerkelijke productie werd opgetekend door Basilius Valentinus, de alchemist-kanunnik van de Benedictijner priorij Sankt Peter in Erfurt, Duitsland in de vijftiende eeuw. In de zeventiende eeuw gebruikte Johann Rudolf Glauber uit Karlstadt am Main, Duitsland, natriumchloridezout en zwavelzuur voor de bereiding van natriumsulfaat in het Mannheimproces, waarbij waterstofchloridegas vrijkwam. Joseph Priestley uit Leeds, Engeland bereidde zuiver waterstofchloride in 1772, en in 1818 bewees Humphry Davy uit Penzance, Engeland dat de chemische samenstelling waterstof en chloor bevatte.

Tijdens de Industriële Revolutie in Europa nam de vraag naar alkalische stoffen zoals soda toe, en het nieuwe industriële sodaproces van Nicolas Leblanc (Issoundun, Frankrijk) maakte goedkope, grootschalige productie mogelijk. In het Leblanc-proces wordt zout omgezet in natriumcarbonaat met behulp van zwavelzuur, kalksteen en steenkool. Als bijproduct komt waterstofchloride vrij. Tot de Alkaliwet van 1863 werd overtollig HCl in de lucht geloosd. Na de goedkeuring van de wet werden de producenten van natriumcarbonaat verplicht het afvalgas in water op te nemen, waardoor op industriële schaal zoutzuur werd geproduceerd.

Toen in het begin van de twintigste eeuw het Leblanc-proces effectief werd vervangen door het Solvay-proces zonder het nevenproduct zoutzuur, was zoutzuur al volledig ingeburgerd als een belangrijke chemische stof in talrijke toepassingen. De commerciële belangstelling gaf de aanzet tot andere productiemethoden die vandaag nog steeds worden gebruikt, zoals hieronder beschreven. Tegenwoordig wordt het meeste zoutzuur gemaakt door waterstofchloride te absorberen uit de productie van industriële organische verbindingen.

Waterkoortszuur is opgenomen als een tabel II-precursor in het Verdrag tegen de sluikhandel in verdovende middelen en psychotrope stoffen van 1988, vanwege het gebruik ervan bij de productie van drugs zoals heroïne, cocaïne en methamfetamine.

Chemie

Zuurtitratie.

Waterstofchloride (HCl) is een monoprotisch zuur, wat betekent dat elk molecuul slechts eenmaal kan dissociëren (ioniseren) waarbij één H+-ion (één proton) vrijkomt. In waterig zoutzuur voegt het H+ zich bij een watermolecuul om een hydroniumion, H3O+, te vormen:

HCl + H2O ⇌ H3O+ + Cl-

Moleculair model van waterstofchloride.

Het andere gevormde ion is Cl-, het chloride-ion. Zoutzuur kan daarom worden gebruikt om zouten te bereiden die chloriden worden genoemd, zoals natriumchloride. Zoutzuur is een sterk zuur, omdat het in water volledig dissocieert.

Monoprotische zuren hebben één zuurdissociatieconstante, Ka, die de mate van dissociatie in water aangeeft. Voor een sterk zuur zoals HCl, is de Ka groot. Er zijn theoretische pogingen gedaan om een Ka aan HCl toe te kennen. Wanneer chloridezouten zoals NaCl aan waterig HCl worden toegevoegd, hebben zij vrijwel geen effect op de pH, hetgeen erop wijst dat Cl- een uiterst zwakke geconjugeerde base is en dat HCl in waterige oplossing volledig wordt gedissocieerd. Voor intermediaire tot sterke oplossingen van zoutzuur, is de veronderstelling dat H+ molariteit (een eenheid van concentratie) gelijk is aan HCl molariteit uitstekend, overeenkomend met vier significante cijfers.

Van de zeven gemeenschappelijke sterke zuren in chemie, allemaal anorganisch, is zoutzuur het monoprotisch zuur dat het minst waarschijnlijk een storende oxidatie-reductie reactie ondergaat. Het is een van de minst gevaarlijke sterke zuren om te hanteren; ondanks zijn zuurheid produceert het het minder reactieve en niet-toxische chloride-ion. Middelsterke zoutzuuroplossingen zijn vrij stabiel en behouden hun concentraties in de loop van de tijd. Deze eigenschappen, plus het feit dat het beschikbaar is als een zuiver reagens, betekenen dat zoutzuur een uitstekend aanzurend reagens en zuur titrant is (voor het bepalen van de hoeveelheid van een onbekende hoeveelheid base in titratie). Sterke zure titreermiddelen zijn nuttig omdat zij bij een titratie duidelijkere eindpunten geven, waardoor de titratie nauwkeuriger wordt. Zoutzuur wordt vaak gebruikt bij chemische analyses en om monsters te ontsluiten voor analyse. Geconcentreerd zoutzuur lost sommige metalen op en vormt geoxideerde metaalchloriden en waterstofgas. Het produceert metaalchloriden uit basische verbindingen zoals calciumcarbonaat of koper(II)oxide. Het wordt ook gebruikt als eenvoudige zure katalysator voor sommige chemische reactions.

Physical eigenschappen

The hangen de fysische eigenschappen van zoutzuur, zoals kook en smeltpunten, dichtheid, en pH van de concentratie of de molariteit van HCl in de zure oplossing af. Zij kunnen variëren van die van water bij 0 percenten HCl tot waarden voor rokend zoutzuur bij meer dan 40 percenten HCl.

Hydrochloorzuur als binair (tweecomponenten) mengsel van HCl en H2O heeft een constant-kookpunt azeotroop bij 20,2 procent HCl en 108,6 °C (227 °F). Er zijn vier constante-kristallisatie eutectische punten voor zoutzuur, tussen de kristalvorm van HCl-H2O (68 procent HCl), HCl-2H2O (51 procent HCl), HCl-3H2O (41 procent HCl), HCl-6H2O (25 procent HCl), en ijs (0 procent HCl). Er is ook een metastabiel eutectisch punt bij 24,8 procent tussen ijs en de HCl-3H2O kristallisatie

Productie

Hydrochloric zuur wordt bereid door waterstofchloride in water op te lossen. Waterstofchloride kan op vele manieren worden gegenereerd, en er bestaan dan ook verschillende precursoren van zoutzuur. De grootschalige productie van zoutzuur is bijna altijd geïntegreerd met de productie van andere chemicaliën op industriële schaal.

Industriële markt

Hydrochloorzuur wordt geproduceerd in oplossingen tot 38 procent HCl (geconcentreerde kwaliteit). Hogere concentraties tot iets meer dan 40 procent zijn chemisch mogelijk, maar de verdampingssnelheid is dan zo hoog dat voor opslag en hantering extra voorzorgsmaatregelen nodig zijn, zoals druk en lage temperatuur. Bulk industriële-kwaliteit is daarom 30 procent tot 34 procent, geoptimaliseerd voor effectief transport en beperkt productverlies door HCl-dampen. Oplossingen voor huishoudelijk gebruik, meestal om schoon te maken, zijn doorgaans 10 tot 12 procent, waarbij sterk wordt aangeraden om vóór gebruik te verdunnen.

Grootste producenten wereldwijd zijn Dow Chemical met 2 miljoen ton per jaar (2 Mt/jaar), berekend als HCl-gas, en FMC, Georgia Gulf Corporation, Tosoh Corporation, Akzo Nobel, en Tessenderlo met elk 0,5 tot 1,5 Mt/jaar. De totale wereldproduktie, ter vergelijking uitgedrukt in HCl, wordt geraamd op 20 miljoen ton/jaar, waarvan 3 miljoen ton/jaar afkomstig is van directe synthese en de rest als secundair produkt van organische en soortgelijke syntheses. Verreweg het grootste deel van al het zoutzuur wordt door de producent zelf verbruikt. De open wereldmarkt wordt geschat op 5 miljoen ton/jaar.

Toepassingen

Waterkoorzuur is een sterk anorganisch zuur dat in veel industriële processen wordt gebruikt. De toepassing bepaalt vaak de vereiste productkwaliteit.

Regeneratie van ionenwisselaars

Een belangrijke toepassing van hoogwaardig zoutzuur is de regeneratie van ionenwisselaarsharsen. Kationenwisseling wordt op grote schaal gebruikt om ionen zoals Na+ en Ca2+ uit waterige oplossingen te verwijderen, waardoor gedemineraliseerd water wordt geproduceerd.

Na+ wordt vervangen door H3O+ Ca2+ wordt vervangen door 2 H3O+

Ionwisselaars en gedemineraliseerd water worden gebruikt in alle chemische industrieën, drinkwaterproductie, en veel voedingsmiddelenindustrieën.

pH-regeling en neutralisatie

Een zeer gebruikelijke toepassing van zoutzuur is het regelen van de basische waarde (pH) van oplossingen.

OH- + HCl → H2O + Cl-

In industrieën die hoge eisen stellen aan de zuiverheid (voedingsmiddelen, farmaceutica, drinkwater), wordt zoutzuur van hoge kwaliteit gebruikt om de pH van proceswaterstromen te regelen. In de minder veeleisende industrie volstaat zoutzuur van technische kwaliteit voor het neutraliseren van afvalstromen en de behandeling van zwembaden.

Beitsen van staal

Beitsen is een essentiële stap in de oppervlaktebehandeling van metaal, om roest of ijzeroxydeaanslag van ijzer of staal te verwijderen vóór verdere verwerking, zoals extrusie, walsen, galvaniseren, en andere technieken. Technische kwaliteit HCl met een concentratie van meestal 18% is het meest gebruikte beitsmiddel voor het beitsen van koolstofstaalsoorten.

Fe2O3 + Fe + 6 HCl → 3 FeCl2 + 3 H2O

Het gebruikte zuur is lang hergebruikt als ijzerchloride-oplossingen, maar hoge gehaltes aan zware metalen in het beitswater heeft deze praktijk verminderd.

De laatste jaren heeft de staalbeitsindustrie echter zoutzuurregeneratieprocessen ontwikkeld, zoals de sproeirestraler of het wervelbed HCl-regeneratieproces, die het mogelijk maken HCl terug te winnen uit afgewerkte beitsvloeistof. Het meest gebruikelijke regeneratieproces is het pyrohydrolyseproces, waarbij de volgende formule wordt toegepast:

4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl+ 2 Fe2O3

Door het terugwinnen van het gebruikte zuur ontstaat een gesloten zuurkringloop. Het nevenproduct ijzeroxide van het regeneratieproces is een waardevol bijproduct, dat in een verscheidenheid van secundaire industrieën wordt gebruikt.

HCl is geen gebruikelijk beitsmiddel voor roestvaste staalsoorten.

Productie van anorganische verbindingen

Met zoutzuur kunnen bij normale zuur-base reacties talrijke producten worden geproduceerd, die anorganische verbindingen opleveren. Hiertoe behoren waterzuiveringschemicaliën zoals ijzer(III)chloride en polyaluminiumchloride (PAC).

Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O

Zowel ijzer(III)chloride als PAC worden gebruikt als uitvlokkings- en coagulatiemiddelen bij de zuivering van afvalwater, de productie van drinkwater en de fabricage van papier.

Andere anorganische verbindingen die met zoutzuur worden geproduceerd, zijn onder meer calciumchloride voor strooizout, nikkel(II)chloride voor galvanisatie, en zinkchloride voor de galvanisatie-industrie en de productie van batterijen.

Productie van organische verbindingen

Het grootste verbruik van zoutzuur vindt plaats bij de productie van organische verbindingen zoals vinylchloride voor PVC, en MDI en TDI voor polyurethaan. Dit is vaak intern gebruik, waarbij plaatselijk geproduceerd zoutzuur wordt verbruikt dat in feite nooit op de open markt terechtkomt. Andere organische verbindingen die met zoutzuur worden geproduceerd zijn bisfenol A voor polycarbonaat, actieve kool en ascorbinezuur, alsmede talrijke farmaceutische producten.

Andere toepassingen

Waterkoortszuur is een fundamenteel chemisch product, en als zodanig wordt het gebruikt voor een groot aantal kleinschalige toepassingen, zoals leerbewerking, huishoudelijke reiniging en de bouw. Daarnaast is een manier om de olieproductie te stimuleren het injecteren van zoutzuur in de rotsformatie van een oliebron, waardoor een deel van het gesteente oplost en een structuur met grote poriën ontstaat. Het aanzuren van olieputten is een gemeenschappelijk proces in de olieproductie-industrie in de Noordzee.

Veel chemische reacties waarbij zoutzuur betrokken is, worden toegepast bij de productie van voedingsmiddelen, voedingsingrediënten, en voedingsadditieven. Typische producten zijn aspartaam, fructose, citroenzuur, lysine, gehydrolyseerd (plantaardig) eiwit als voedselversterker, en bij de productie van gelatine. Voedselveilig (extra zuiver) zoutzuur kan worden toegepast wanneer dat nodig is voor het eindproduct.

Fysiologie en pathologie

Hydrochloorzuur maakt het grootste deel uit van het maagzuur, de spijsverteringsvloeistof van de mens. In een complex proces en met een grote energetische belasting wordt het afgescheiden door pariëtale cellen (ook wel oxyntische cellen genoemd). Deze cellen bevatten een uitgebreid secretorienetwerk (de zogenaamde canaliculi) van waaruit het HCl in het lumen van de maag wordt uitgescheiden. Zij maken deel uit van de fundicale klieren (ook oxyntische klieren genoemd) in de maag.

Veiligheidsmechanismen die de beschadiging van het epitheel van het spijsverteringskanaal door zoutzuur voorkomen, zijn de volgende:

• Negatieve regulatoren van de afgifte ervan
• Een dikke slijmlaag die het epitheel bedekt
• Natriumbicarbonaat afgescheiden door maagepitheelcellen en alvleesklier
• De structuur van het epitheel (tight junctions)
• Adequate bloedtoevoer
• Prostaglandinen (veel verschillende effecten: ze stimuleren de afscheiding van slijm en bicarbonaat, houden de integriteit van de epitheliale barrière in stand, maken een adequate bloedtoevoer mogelijk, stimuleren de genezing van het beschadigde slijmvlies)

Wanneer, om verschillende redenen, deze mechanismen falen, kunnen brandend maagzuur of peptische zweren ontstaan. Geneesmiddelen die protonpompremmers worden genoemd, voorkomen dat het lichaam een teveel aan zuur in de maag aanmaakt, terwijl maagzuurremmers het bestaande zuur neutraliseren.

In sommige gevallen wordt er in de maag niet genoeg zoutzuur aangemaakt. Deze pathologische toestanden worden aangeduid met de termen hypochlorhydria en achlorhydria. Potentieel kunnen zij leiden tot gastro-enteritis.

Chemische wapens

Fosgeen (COCl2) was een veelgebruikt chemisch oorlogsmiddel in de Eerste Wereldoorlog. Het belangrijkste effect van fosgeen is het oplossen van het gas in de slijmvliezen diep in de longen, waar het door hydrolyse wordt omgezet in koolzuur en het corrosieve zoutzuur. Dit laatste verstoort de alveolaire-capillaire membranen, zodat de long gevuld raakt met vloeistof (longoedeem).

Hydrochloorzuur is ook gedeeltelijk verantwoordelijk voor de schadelijke of blaarvorming veroorzakende effecten van mosterdgas. In aanwezigheid van water, zoals op het vochtige oppervlak van de ogen of longen, breekt mosterdgas af tot zoutzuur.

Veiligheid

Hydrochloorzuur vormt in hoge concentraties zure nevels. Zowel de nevel als de oplossing hebben een bijtende werking op menselijk weefsel en kunnen de ademhalingsorganen, ogen, huid en darmen beschadigen. Bij menging van zoutzuur met gewone oxiderende chemicaliën, zoals bleekwater (NaClO) of permanganaat (KMnO4), ontstaat het giftige gas chloor. Om de risico’s tijdens het werken met zoutzuur tot een minimum te beperken, moeten passende voorzorgsmaatregelen worden genomen, waaronder het dragen van rubber of PVC handschoenen, een veiligheidsbril voor de ogen en chemisch bestendige kleding.

De gevaren van oplossingen van zoutzuur zijn afhankelijk van de concentratie. De volgende tabel geeft de EU-indeling van zoutzuuroplossingen:

Zie ook

• Zuur
• Base (chemie)
• Nitroenzuur
• Zwavelzuur

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