Acid clorhidric

.

Acid clorhidric
Generalități
Denumire sistematică	Acid clorhidric
Alte denumiri	Acid muriatic, Spirit de sare
Formula moleculară	HCl în apă (H2O)
Masa molară	36.46 g/mol (HCl)
Aparență	Lichid limpede, incolor până la lichid galben-deschis
Număr CAS
Proprietăți
Densitate, fază	1.18 g/cm³, 37% soluție.
Solubilitate în apă	Complet miscibilă.
Punctul de topire	-26 °C (247 K) 38% soluție.
Punctul de fierbere	110 °C (383 K), 20.2% soluție; 48 °C (321 K), 38% soluție.
Disociere acidă constanta pKa	-8,0
Vâscozitate	1,9 mPa-s la 25 °C, 31.5% soluție
Riscuri
MSDS	SDS externă
NFPA 704	. 0 3 1 32-38% soluție
Principalele pericole	Este extrem de coroziv.
Punct de inflamabilitate	Nu este inflamabil.
Declarație R/S	R34, R37, S26, S36, S45
Numărul RTECS	MW4025000
Pagina cu date suplimentare
Structura și proprietățile	n, εr, etc.
Date termodinamice date	Comportamentul fazelor Solide, lichide, gazoase
Date spectrale	UV, IR, RMN, MS
Compuși înrudiți
Alți anioni	HF, HBr, HI
Alți cationi	N/a
Acizi înrudiți	Acidul hidrobromic Acidul hidrofluoric Acidul hidroiodic Acidul sulfuric
Cu excepția cazurilor în care se menționează altfel, datele sunt date pentru materiale în starea lor standard (la 25 °C, 100 kPa) Infobox disclaimer și referințe

Compusul chimic acid clorhidric (sau acid muriatic) este soluția apoasă (pe bază de apă) de clorură de hidrogen gazos (HCl). Acest acid puternic este foarte coroziv și trebuie manipulat cu măsuri de siguranță corespunzătoare. Este principalul component al acidului gastric. Este utilizat în mod curent în laboratoarele de cercetare chimică și în fabricile de producție. Printre aplicațiile sale se numără producția pe scară largă a anumitor compuși (cum ar fi clorura de vinil pentru plasticul din policlorură de vinil (PVC)), îndepărtarea ruginei și a calcarului de pe metale, producția de petrol și prelucrarea minereurilor. Printre aplicațiile la scară mai mică se numără producția de gelatină și alte ingrediente din alimente, precum și prelucrarea pieilor. Se estimează că anual se produc aproximativ 20 de milioane de tone metrice de acid clorhidric.

Istorie

Acidul clorhidric a fost descoperit pentru prima dată în jurul anului 800 e.n. de către alchimistul Jabir ibn Hayyan (Geber), prin amestecarea sării comune cu vitriol (acid sulfuric). Jabir a descoperit multe substanțe chimice importante și și-a consemnat descoperirile în peste 20 de cărți, care au transmis cunoștințele sale chimice despre acidul clorhidric și alte substanțe chimice de bază timp de sute de ani. Inventarea de către Jabir a apei regale care dizolvă aurul, compusă din acid clorhidric și acid azotic, a fost de mare interes pentru alchimiștii care căutau piatra filozofală.

Jabir ibn Hayyan, desen medieval în manuscris.

În Evul Mediu, acidul clorhidric era cunoscut alchimiștilor europeni sub numele de spirit de sare sau acidum salis. HCl-ul gazos era numit aer acid marin. Vechea denumire (pre-sistematică) de acid muriatic are aceeași origine (muriatic înseamnă „care aparține saramurii sau sării”), iar această denumire este încă folosită uneori. O producție notabilă a fost înregistrată de Basilius Valentinus, alchimistul-canon al pridvorului benedictin Sankt Peter din Erfurt, Germania, în secolul al XV-lea. În secolul al XVII-lea, Johann Rudolf Glauber din Karlstadt am Main, Germania, a folosit sare de clorură de sodiu și acid sulfuric pentru prepararea sulfatului de sodiu în procedeul Mannheim, eliberând gaz de clorură de hidrogen. Joseph Priestley din Leeds, Anglia, a preparat clorură de hidrogen pură în 1772, iar în 1818 Humphry Davy din Penzance, Anglia, a demonstrat că în compoziția chimică intră hidrogenul și clorul.

În timpul Revoluției Industriale din Europa, cererea de substanțe alcaline, cum ar fi soda, a crescut, iar noul procedeu industrial al sodei, realizat de Nicolas Leblanc (Issoundun, Franța), a permis o producție ieftină și pe scară largă. În procesul Leblanc, sarea este transformată în sodă carbonică folosind acid sulfuric, calcar și cărbune. Clorura de hidrogen este eliberată ca produs secundar. Până la adoptarea Legii alcaline din 1863, excesul de HCl era evacuat în aer. După adoptarea acestei legi, producătorii de cenușă de sodă au fost obligați să absoarbă gazul rezidual în apă, producând acid clorhidric la scară industrială.

Când, la începutul secolului al XX-lea, procedeul Leblanc a fost înlocuit efectiv cu procedeul Solvay fără subprodusul acid clorhidric, acidul clorhidric era deja pe deplin stabilit ca produs chimic important în numeroase aplicații. Interesul comercial a inițiat alte metode de producție care sunt utilizate și astăzi, așa cum sunt descrise mai jos. În prezent, cea mai mare parte a acidului clorhidric se obține prin absorbția clorurii de hidrogen provenite din producția industrială de compuși organici.

Acidul clorhidric este inclus în tabelul II de precursori în cadrul Convenției împotriva traficului ilicit de stupefiante și substanțe psihotrope din 1988, din cauza utilizării sale în producția de droguri, cum ar fi heroina, cocaina și metamfetamina.

Chimie

Testarea acizilor.

Clorura de hidrogen (HCl) este un acid monoprotic, ceea ce înseamnă că fiecare moleculă se poate disocia (ioniza) o singură dată pentru a elibera un singur ion H+ (un singur proton). În acidul clorhidric apos, H+ se unește cu o moleculă de apă pentru a forma un ion de hidroniu, H3O+:

HCl + H2O ⇌ H3O+ + Cl-

Model molecular al clorurii de hidrogen.

Celălalt ion format este Cl-, ionul clorură. Prin urmare, acidul clorhidric poate fi utilizat pentru a prepara săruri numite cloruri, cum ar fi clorura de sodiu. Acidul clorhidric este un acid puternic, deoarece este complet disociat în apă.

Acizii monoprotici au o singură constantă de disociere a acidului, Ka, care indică nivelul de disociere în apă. Pentru un acid puternic precum HCl, Ka este mare. S-au făcut încercări teoretice de a atribui un Ka pentru HCl. Atunci când se adaugă săruri de clorură, cum ar fi NaCl, la HCl apos, acestea nu au practic niciun efect asupra pH-ului, ceea ce indică faptul că Cl- este o bază conjugată extrem de slabă și că HCl este complet disociat în soluție apoasă. Pentru soluțiile intermediare până la puternice de acid clorhidric, ipoteza că molaritatea H+ (o unitate de concentrație) este egală cu molaritatea HCl este excelentă, concordând cu patru cifre semnificative.

Dintre cei șapte acizi puternici comuni în chimie, toți anorganici, acidul clorhidric este acidul monoprotic cel mai puțin susceptibil de a suferi o reacție de oxidare-reducere care să interfereze. Este unul dintre cei mai puțin periculoși acizi puternici pentru manipulare; în ciuda acidității sale, el produce ionul clorură, mai puțin reactiv și netoxic. Soluțiile de acid clorhidric de concentrație intermediară sunt destul de stabile, menținându-și concentrațiile în timp. Aceste atribute, plus faptul că este disponibil sub formă de reactiv pur, înseamnă că acidul clorhidric este un excelent reactiv de acidificare și un titrant acid (pentru determinarea cantității unei cantități necunoscute de bază în titrare). Titranții acizi puternici sunt utili deoarece oferă puncte finale mai distincte într-o titrare, ceea ce face ca titrarea să fie mai precisă. Acidul clorhidric este utilizat frecvent în analiza chimică și pentru a digera probele pentru analiză. Acidul clorhidric concentrat va dizolva unele metale pentru a forma cloruri metalice oxidate și hidrogen gazos. Acesta va produce cloruri metalice din compuși bazici, cum ar fi carbonatul de calciu sau oxidul de cupru(II). Este, de asemenea, utilizat ca un catalizator acid simplu pentru unele reacții chimice.

Proprietăți fizice

Proprietățile fizice ale acidului clorhidric, cum ar fi punctele de fierbere și de topire, densitatea și pH-ul, depind de concentrația sau molaritatea de HCl din soluția acidă. Ele pot varia de la cele ale apei la 0 la sută HCl până la valorile pentru acidul clorhidric fumant la peste 40 la sută HCl.

Acidul clorhidric ca amestec binar (bicomponent) de HCl și H2O are un azeotrop de fierbere constantă la 20,2 % HCl și 108,6 °C (227 °F). Există patru puncte eutectice de cristalizare constantă pentru acidul clorhidric, între forma cristalină de HCl-H2O (68% HCl), HCl-2H2O (51% HCl), HCl-3H2O (41% HCl), HCl-6H2O (25% HCl) și gheață (0% HCl). Există, de asemenea, un punct eutectic metastabil la 24,8 la sută între gheață și cristalizarea HCl-3H2O

Producție

Acidul clorhidric se prepară prin dizolvarea clorurii de hidrogen în apă. Clorura de hidrogen poate fi generată în mai multe moduri și, astfel, există mai mulți precursori diferiți ai acidului clorhidric. Producția la scară largă a acidului clorhidric este aproape întotdeauna integrată cu producția altor produse chimice la scară industrială.

Piața industrială

Acidul clorhidric este produs în soluții de până la 38% HCl (calitate concentrată). Concentrații mai mari, până la puțin peste 40 la sută, sunt posibile din punct de vedere chimic, dar rata de evaporare este atunci atât de mare încât depozitarea și manipularea necesită precauții suplimentare, cum ar fi presiunea și temperatura scăzută. Gradul industrial în vrac este, prin urmare, de 30 la sută până la 34 la sută, optimizat pentru un transport eficient și o pierdere limitată de produs prin vapori de HCl. Soluțiile pentru uz casnic, în principal pentru curățare, sunt de obicei de 10 la sută până la 12 la sută, cu recomandări ferme de diluare înainte de utilizare.

Printre principalii producători la nivel mondial se numără Dow Chemical, cu 2 milioane de tone metrice pe an (2 Mt/an), calculate ca gaz HCl, și FMC, Georgia Gulf Corporation, Tosoh Corporation, Akzo Nobel și Tessenderlo, cu 0,5 până la 1,5 Mt/an fiecare. Producția mondială totală, în scop comparativ, exprimată ca HCl, este estimată la 20 Mt/an, dintre care 3 Mt/an provin din sinteza directă, iar restul ca produs secundar din sinteze organice și similare. De departe, cea mai mare parte a acidului clorhidric este consumată captiv de către producător. Dimensiunea pieței mondiale deschise este estimată la 5 Mt/an.

Aplicații

Acidul clorhidric este un acid anorganic puternic care este utilizat în multe procese industriale. Aplicația determină adesea calitatea necesară a produsului.

Regenerarea schimbătorilor de ioni

O aplicație importantă a acidului clorhidric de înaltă calitate este regenerarea rășinilor schimbătoare de ioni. Schimbul de cationi este utilizat pe scară largă pentru a elimina ioni precum Na+ și Ca2+ din soluții apoase, producând apă demineralizată.

Na+ este înlocuit cu H3O+ Ca2+ este înlocuit cu 2 H3O+

Schimbatoarele de ioni și apa demineralizată sunt utilizate în toate industriile chimice, în producția de apă potabilă și în multe industrii alimentare.

Controlul și neutralizarea pH-ului

O aplicație foarte comună a acidului clorhidric este reglarea bazicității (pH-ului) soluțiilor.

OH- + HCl → H2O + Cl-

În industria care cere puritate (alimentară, farmaceutică, apă potabilă), acidul clorhidric de înaltă calitate este utilizat pentru a controla pH-ul fluxurilor de apă de proces. În industria mai puțin pretențioasă, acidul clorhidric de calitate tehnică este suficient pentru neutralizarea fluxurilor de deșeuri și pentru tratarea piscinelor.

Decaparea oțelului

Decaparea este o etapă esențială în tratarea suprafețelor metalice, pentru a îndepărta rugina sau oxidul de fier de pe fier sau oțel înainte de prelucrarea ulterioară, cum ar fi extrudarea, laminarea, galvanizarea și alte tehnici. HCl de calitate tehnică la o concentrație de obicei de 18 la sută este agentul de decapare cel mai frecvent utilizat pentru decaparea oțelurilor carbonate.

Fe2O3 + Fe + 6 HCl → 3 FeCl2 + 3 H2O

Acidul uzat a fost mult timp reutilizat ca soluții de clorură feroasă, dar nivelurile ridicate de metale grele din lichidul de decapare au diminuat această practică.

În ultimii ani, industria decapării oțelului a dezvoltat totuși procese de regenerare a acidului clorhidric, cum ar fi instalația de prăjire prin pulverizare sau procesul de regenerare a HCl în pat fluidizat, care permit recuperarea HCl-ului din licoarea de decapare uzată. Cel mai comun proces de regenerare este procesul de piroliză, aplicând următoarea formulă:

4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl+ 2 Fe2O3

Prin recuperarea acidului uzat, se stabilește o buclă acidă închisă. Oxidul de fier ca produs secundar al procesului de regenerare este un produs secundar valoros, utilizat într-o varietate de industrii secundare.

HCl nu este un agent de decapare obișnuit pentru clasele de oțel inoxidabil.

Producția de compuși anorganici

Numeroși produse pot fi obținute cu acidul clorhidric în reacții acido-bazice normale, rezultând compuși anorganici. Printre aceștia se numără substanțe chimice de tratare a apei, cum ar fi clorura de fier(III) și clorura de polialuminiu (PAC).

Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O

Atât clorura de fier(III), cât și PAC sunt utilizate ca agenți de floculare și coagulare în tratarea apelor uzate, în producția de apă potabilă și în producția de hârtie.

Alți compuși anorganici produși cu acid clorhidric includ clorura de calciu pentru aplicații rutiere, clorura de nichel(II) pentru galvanizare și clorura de zinc pentru industria de galvanizare și producția de baterii.

Producția de compuși organici

Cel mai mare consum de acid clorhidric este în producția de compuși organici, cum ar fi clorura de vinil pentru PVC și MDI și TDI pentru poliuretan. Aceasta este adesea o utilizare captivă, consumând acid clorhidric produs la nivel local care nu ajunge de fapt niciodată pe piața liberă. Alți compuși organici produși cu acid clorhidric includ bisfenolul A pentru policarbonat, cărbunele activ și acidul ascorbic, precum și numeroase produse farmaceutice.

Alte aplicații

Acidul clorhidric este o substanță chimică fundamentală și, ca atare, este utilizat pentru un număr mare de aplicații la scară mică, cum ar fi prelucrarea pieilor, curățenia casnică și construcția de clădiri. În plus, o modalitate de stimulare a producției de petrol constă în injectarea acidului clorhidric în formațiunea de rocă a unui puț de petrol, dizolvând o parte din rocă și creând o structură cu pori mari. Acidizarea puțului de petrol este un proces obișnuit în industria de producție a petrolului din Marea Nordului.

Multe reacții chimice care implică acidul clorhidric sunt aplicate în producția de alimente, ingrediente alimentare și aditivi alimentari. Printre produsele tipice se numără aspartamul, fructoza, acidul citric, lizina, proteina hidrolizată (vegetală) ca potențator alimentar și în producția de gelatină. Acidul clorhidric de calitate alimentară (extra-pur) poate fi aplicat atunci când este necesar pentru produsul final.

Fiziologie și patologie

Acidul clorhidric constituie majoritatea acidului gastric, lichidul digestiv uman. În cadrul unui proces complex și cu o mare încărcătură energetică, acesta este secretat de celulele parietale (cunoscute și sub numele de celule oxintice). Aceste celule conțin o rețea secretorie extinsă (numită canaliculi) din care HCl este secretat în lumenul stomacului. Ele fac parte din glandele fundice (cunoscute și sub numele de glande oxinice) din stomac.

Mecanismele de siguranță care previn deteriorarea epiteliului tubului digestiv de către acidul clorhidric sunt următoarele:

• Regulatori negativi ai eliberării acestuia
• Un strat gros de mucus care acoperă epiteliul
• Bicarbonat de sodiu secretat de celulele epiteliale gastrice și de pancreas
• Structura epiteliului (joncțiuni strânse)
• Alimentare sanguină adecvată
• Prostaglandine (multe efecte diferite: stimulează secreția de mucus și bicarbonat, mențin integritatea barierei epiteliale, permit un aport sanguin adecvat, stimulează vindecarea mucoasei deteriorate)

Când, din diferite motive, aceste mecanisme eșuează, pot apărea arsuri la stomac sau ulcere peptice. Medicamentele numite inhibitori ai pompei de protoni împiedică organismul să producă acid în exces în stomac, în timp ce antiacidele neutralizează acidul existent.

În unele cazuri, nu se produce suficient acid clorhidric în stomac. Aceste stări patologice sunt denumite prin termenii hipoclorhidrie și aclorhidrie. Potențial, ele pot duce la gastroenterită.

Arme chimice

Fosgenul (COCl2) a fost un agent de război chimic utilizat frecvent în Primul Război Mondial. Principalul efect al fosgenului rezultă din dizolvarea gazului în membranele mucoase din profunzimea plămânilor, unde este transformat prin hidroliză în acid carbonic și acid clorhidric coroziv. Acesta din urmă perturbă membranele alveolo-capilare, astfel încât plămânul se umple de lichid (edem pulmonar).

Acidul clorhidric este, de asemenea, parțial responsabil pentru efectele nocive sau veziculoase ale gazului muștar. În prezența apei, cum ar fi pe suprafața umedă a ochilor sau a plămânilor, gazul muștar se descompune pentru a forma acid clorhidric.

Siguranță

Acidul clorhidric în concentrații mari formează ceață acidă. Atât ceața, cât și soluția au un efect coroziv asupra țesuturilor umane, putând dăuna organelor respiratorii, ochilor, pielii și intestinelor. La amestecarea acidului clorhidric cu substanțe chimice oxidante obișnuite, cum ar fi înălbitorul (NaClO) sau permanganatul (KMnO4), se produce gazul toxic clor. Pentru a minimiza riscurile în timpul lucrului cu acid clorhidric, trebuie luate măsuri de precauție adecvate, inclusiv purtarea mănușilor din cauciuc sau PVC, a ochelarilor de protecție și a îmbrăcămintei rezistente la substanțe chimice.

Pericolele pe care le prezintă soluțiile de acid clorhidric depind de concentrație. Următorul tabel enumeră clasificarea UE a soluțiilor de acid clorhidric:

Vezi și

• Acid
• Bază (chimie)
• Acid nitric
• Acid sulfuric

• Chang, Raymond. 2006. Chimie, ed. a 9-a. New York: McGraw-Hill Science/Engineering/Math. ISBN 0073221031.
• Cotton, F. Albert, și Geoffrey Wilkinson. 1980. Advanced Inorganic Chemistry, 4th ed., Ed. (Chimie anorganică avansată). New York: Wiley. ISBN 047102727758.
• Guyton, Arthur C., și John E. Hall. 2000. Textbook of Medical Physiology (Manual de fiziologie medicală). Philadelphia: Saunders. ISBN 07216868677X.
• Lide, David R., ed. 2005. CRC Handbook of Chemistry and Physics, ed. a 86-a. Boca Raton: CRC Press. ISBN 0849304865.
• McMurry, J., și R.C. Fay. 2004. Chemistry, 4th ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. ISBN 013140202080.
• Perry, R., D. Green, and J. Maloney. 1984. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, a 6-a ediție. New York: McGraw-Hill. ISBN 0070494797.