Saltsyra

Saltsyra
Allmänt
Systematiskt namn	Hydrochlorsyra
Andra namn	Muriasyra, Saltsprit
Molekylformel	HCl i vatten (H2O)
Molarmassa	36.46 g/mol (HCl)
Utseende	Klar färglös till ljusgul vätska
CAS-nummer
Egenskaper
Täthet, fas	1.18 g/cm³, 37% lösning.
Löslighet i vatten	Fullt blandbar.
Smältpunkt	-26 °C (247 K) 38% lösning.
Kokpunkt	110 °C (383 K) 20.2% lösning; 48 °C (321 K), 38% lösning.
Syredissociation konstant pKa	-8,0
Viskositet	1,9 mPa-s vid 25 °C, 31.5% lösning
Farormar
MSDS	Externt MSDS
NFPA 704	0 3 1 32-38% lösning
Huvudsakliga faror	Höggradigt frätande.
Brännpunkt	Inte brännbar.
R/S uttalande	R34, R37, S26, S36, S45
RTECS-nummer	MW4025000
Supplementary data page
Struktur och egenskaper	n, εr, etc.
Thermodynamiska data	Fasbeteende Fasta, flytande, gas
Spektraldata	UV, IR, NMR, MS
Relaterade föreningar
Andra anjoner	HF, HBr, HI
Andra katjoner	N/a
Relaterade syror	Hydrobromsyra Hydrofluorsyra Hydriodsyra Svavelsyra
Med undantag för när annat anges, data anges för material i standardtillstånd (vid 25 °C, 100 kPa) Infobox ansvarsfriskrivning och referenser

Den kemiska föreningen saltsyra (eller muriatsyra) är en vattenbaserad lösning av vätekloridgas (HCl). Denna starka syra är mycket frätande och måste hanteras med lämpliga säkerhetsåtgärder. Den är den viktigaste beståndsdelen i magsyra. Den används rutinmässigt i kemiska forskningslaboratorier och tillverkningsanläggningar. Den används bland annat vid storskalig produktion av vissa föreningar (t.ex. vinylklorid för polyvinylklorid (PVC)-plast), avlägsnande av rost och skal från metaller, oljeproduktion och malmbearbetning. Mindre tillämpningar omfattar produktion av gelatin och andra ingredienser i livsmedel samt läderbearbetning. Uppskattningsvis 20 miljoner ton saltsyra produceras årligen.

Historia

Saltsyra upptäcktes för första gången omkring 800 e.Kr. av alkemisten Jabir ibn Hayyan (Geber) genom att blanda vanligt salt med vitriol (svavelsyra). Jabir upptäckte många viktiga kemikalier och antecknade sina upptäckter i över 20 böcker, som förde hans kemiska kunskaper om saltsyra och andra baskemikalier vidare i hundratals år. Jabirs uppfinning av det guldupplösande akvakvattnet, som består av saltsyra och salpetersyra, var av stort intresse för alkemister som sökte efter de vises sten.

Jabir ibn Hayyan, medeltida manuskriptritning.

Under medeltiden var saltsyra känd för de europeiska alkemisterna som saltsprit eller acidum salis. Gasformig HCl kallades för marin syraluft. Det gamla (pre-systematiska) namnet muriatsyra har samma ursprung (muriat betyder ”tillhörande saltlake eller salt”), och detta namn används fortfarande ibland. En anmärkningsvärd produktion registrerades av Basilius Valentinus, alkemistkanon vid benediktinprästgården Sankt Peter i Erfurt i Tyskland på femtonhundratalet. På 1600-talet använde Johann Rudolf Glauber från Karlstadt am Main i Tyskland natriumkloridsalt och svavelsyra för framställning av natriumsulfat i Mannheimprocessen, varvid vätekloridgas frigjordes. Joseph Priestley i Leeds, England, framställde ren väteklorid 1772, och 1818 bevisade Humphry Davy i Penzance, England, att den kemiska sammansättningen innehöll väte och klor.

Under den industriella revolutionen i Europa ökade efterfrågan på alkaliska ämnen som natriumkarbonat, och den nya industriella sodaprocessen av Nicolas Leblanc (Issoundun, Frankrike) gjorde det möjligt att tillverka natriumkarbonat billigt och i stor skala. I Leblancs process omvandlas salt till soda med hjälp av svavelsyra, kalksten och kol. Väteklorid frigörs som en biprodukt. Fram till Alkali Act från 1863 släpptes överskott av HCl ut i luften. Efter antagandet av lagen var sodaproducenterna tvungna att absorbera avgasen i vatten, vilket ledde till att saltsyra producerades i industriell skala.

När Leblanc-processen i början av 1900-talet i praktiken ersattes av Solvay-processen utan biprodukten saltsyra, var saltsyra redan helt etablerad som en viktig kemikalie i många tillämpningar. Det kommersiella intresset initierade andra produktionsmetoder som fortfarande används idag och som beskrivs nedan. Idag tillverkas den mesta saltsyran genom att absorbera väteklorid från industriell produktion av organiska föreningar.

Saltsyran är förtecknad som en tabell II-prekursor enligt 1988 års konvention mot olaglig handel med narkotika och psykotropa ämnen på grund av att den används vid tillverkningen av droger som heroin, kokain och metamfetamin.

Kemi

Syratitrering.

Väteklorid (HCl) är en monoprotisk syra, vilket innebär att varje molekyl kan dissociera (jonisera) endast en gång för att frigöra en H+-jon (en enda proton). I vattenhaltig saltsyra förenas H+ med en vattenmolekyl för att bilda en hydroniumjon, H3O+:

HCl + H2O ⇌ H3O+ + Cl-

Molekylmodell för väteklorid.

Den andra jonen som bildas är Cl-, kloridjonen. Saltsyra kan därför användas för att framställa salter som kallas klorider, till exempel natriumklorid. Saltsyra är en stark syra, eftersom den är helt dissocierad i vatten.

Monoprotiska syror har en syredissociationskonstant, Ka, som anger graden av dissociation i vatten. För en stark syra som HCl är Ka stor. Teoretiska försök att tilldela HCl en Ka har gjorts. När kloridsalter som NaCl tillsätts till vattenhaltigt HCl har de praktiskt taget ingen effekt på pH, vilket tyder på att Cl- är en ytterst svag konjugerad bas och att HCl är helt dissocierat i vattenlösning. För medelstarka till starka lösningar av saltsyra är antagandet att H+-molariteten (en koncentrationsenhet) är lika med HCl-molariteten utmärkt och stämmer med fyra signifikanta siffror.

Av de sju vanliga starka syrorna i kemi, som alla är oorganiska, är saltsyra den monoprotiska syra som det är minst troligt att den genomgår en störande oxidations-reduktionsreaktion. Den är en av de minst farliga starka syrorna att hantera; trots sin surhet producerar den den mindre reaktiva och ogiftiga kloridjonen. Saltsyrelösningar med medelhög styrka är ganska stabila och behåller sina koncentrationer över tiden. Dessa egenskaper, plus det faktum att den finns tillgänglig som ett rent reagens, innebär att saltsyra är ett utmärkt surgörande reagens och syratitrant (för att bestämma mängden av en okänd mängd bas vid titrering). Starka syratitranter är användbara eftersom de ger tydligare slutpunkter i en titrering, vilket gör titreringen mer exakt. Saltsyra används ofta vid kemisk analys och för att smälta prover för analys. Koncentrerad saltsyra löser upp vissa metaller och bildar oxiderade metallklorider och vätgas. Den producerar metallklorider från basiska föreningar som kalciumkarbonat eller koppar(II)oxid. Den används också som en enkel sur katalysator för vissa kemiska reaktioner.

Fysiska egenskaper

Saltsyrans fysikaliska egenskaper, t.ex. kok- och smältpunkt, densitet och pH-värde, beror på koncentrationen eller molariteten av HCl i syralösningen. De kan variera från värden för vatten vid 0 procent HCl till värden för rökande saltsyra vid över 40 procent HCl.

Vattenklorid som den binära (tvåkomponents) blandningen av HCl och H2O har en konstant kokande azeotropp vid 20,2 procent HCl och 108,6 °C (227 °F). Det finns fyra eutektiska punkter med konstant kristallisering för saltsyra, mellan kristallformen HCl-H2O (68 procent HCl), HCl-2H2O (51 procent HCl), HCl-3H2O (41 procent HCl), HCl-6H2O (25 procent HCl) och is (0 procent HCl). Det finns också en metastabil eutektisk punkt vid 24,8 procent mellan is och HCl-3H2O-kristallisationen

Produktion

Hydrochlorid framställs genom att väteklorid löses upp i vatten. Väteklorid kan genereras på många olika sätt och därför finns flera olika prekursorer till saltsyra. Den storskaliga produktionen av saltsyra är nästan alltid integrerad med annan kemikalieproduktion i industriell skala.

Industriell marknad

Saltsyra produceras i lösningar upp till 38 procent HCl (koncentrerad kvalitet). Högre koncentrationer upp till drygt 40 procent är kemiskt möjliga, men avdunstningshastigheten är då så hög att lagring och hantering kräver extra försiktighetsåtgärder, såsom tryck och låg temperatur. Industriell kvalitet i bulk är därför 30-34 procent, optimerad för effektiv transport och begränsad produktförlust genom HCl-ångor. Lösningar för hushållsändamål, främst rengöring, är vanligtvis 10-12 procent, med starka rekommendationer att späda ut före användning.

De största producenterna i världen är Dow Chemical med 2 miljoner ton per år (2 Mt/år), beräknat som HCl-gas, och FMC, Georgia Gulf Corporation, Tosoh Corporation, Akzo Nobel och Tessenderlo med 0,5-1,5 Mt/år vardera. Den totala världsproduktionen, uttryckt som HCl, uppskattas för jämförelsesyften till 20 miljoner ton per år, varav 3 miljoner ton per år kommer från direktsyntes och resten som sekundärprodukt från organiska och liknande synteser. Den överlägset största delen av all saltsyra förbrukas internt av producenten. Den öppna världsmarknaden uppskattas till 5 Mt/år.

Användningar

Klorvätesyra är en stark oorganisk syra som används i många industriella processer. Användningen avgör ofta vilken produktkvalitet som krävs.

Regenerering av jonbytare

En viktig tillämpning av högkvalitativ saltsyra är regenerering av jonbytarhartser. Kationbyte används i stor utsträckning för att avlägsna joner som Na+ och Ca2+ från vattenlösningar och producera demineraliserat vatten.

Na+ ersätts med H3O+ Ca2+ ersätts med 2 H3O+

Ionbytare och demineraliserat vatten används inom alla kemiska industrier, dricksvattenproduktion och många livsmedelsindustrier.

pH-reglering och neutralisering

En mycket vanlig tillämpning av saltsyra är att reglera lösningarnas basicitet (pH).

OH- + HCl → H2O + Cl-

I industrier som kräver renhet (livsmedel, läkemedel, dricksvatten) används högkvalitativ saltsyra för att reglera pH-värdet i processvattenströmmar. I mindre krävande industri räcker det med saltsyra av teknisk kvalitet för neutralisering av avfallsströmmar och behandling av simbassänger.

Pickling av stål

Pickling är ett viktigt steg vid ytbehandling av metaller, för att avlägsna rost eller järnoxidskikt från järn eller stål före efterföljande bearbetning, t.ex. strängpressning, valsning, galvanisering och andra tekniker. HCl av teknisk kvalitet med en koncentration på vanligtvis 18 procent är det vanligaste betningsmedlet för betning av kolstålsorter.

Fe2O3 + Fe + 6 HCl → 3 FeCl2 + 3 H2O

Den förbrukade syran har länge återanvänts som järnkloridlösningar, men höga halter av tungmetaller i betningsvätskan har minskat denna praxis.

Under de senaste åren har dock stålbetningsindustrin utvecklat saltsyreåtervinningsprocesser, t.ex. sprutroster eller HCl-regenereringsprocessen med fluidiserad bädd, som gör det möjligt att återvinna HCl från förbrukad betningsvätska. Den vanligaste regenereringsprocessen är pyrohydrolys, med följande formel:

4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl+ 2 Fe2O3

Genom att återvinna den förbrukade syran skapas ett slutet syrekretslopp. Järnoxidbiprodukten från regenereringsprocessen är en värdefull biprodukt som används i en rad olika sekundära industrier.

HCl är inte ett vanligt betningsmedel för rostfria stålkvaliteter.

Produktion av oorganiska föreningar

Numera produkter kan produceras med saltsyra i normala syra-basreaktioner, vilket resulterar i oorganiska föreningar. Till dessa hör vattenbehandlingskemikalier som järn(III)klorid och polyaluminiumklorid (PAC).

Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O

Både järn(III)klorid och PAC används som flocknings- och koaguleringsmedel vid rening av avloppsvatten, dricksvattenproduktion och papperstillverkning.

Andra oorganiska föreningar som produceras med saltsyra är bland annat vägsalt kalciumklorid, nickel(II)klorid för galvanisering och zinkklorid för galvaniseringsindustrin och batteritillverkning.

Produktion av organiska föreningar

Den största förbrukningen av saltsyra sker vid produktion av organiska föreningar, till exempel vinylklorid för PVC, samt MDI och TDI för polyuretan. Detta är ofta intern användning, där lokalt producerad saltsyra förbrukas och aldrig når den öppna marknaden. Andra organiska föreningar som framställs med hjälp av saltsyra är bland annat bisfenol A för polykarbonat, aktivt kol och askorbinsyra samt ett flertal läkemedelsprodukter.

Andra tillämpningar

Saltsyra är en grundläggande kemikalie, och som sådan används den för ett stort antal småskaliga tillämpningar, till exempel för läderbearbetning, hushållsrengöring och byggnadskonstruktion. Ett sätt att stimulera oljeproduktionen är dessutom att injicera saltsyra i bergsformationen i en oljekälla, lösa upp en del av berget och skapa en storporig struktur. Syrning av oljekällor är en vanlig process inom oljeproduktionsindustrin i Nordsjön.

Många kemiska reaktioner där saltsyra ingår tillämpas vid produktion av livsmedel, livsmedelsingredienser och livsmedelstillsatser. Typiska produkter är aspartam, fruktos, citronsyra, lysin, hydrolyserat (vegetabiliskt) protein som livsmedelsförstärkare och i gelatinproduktion. Livsmedelsklassad (extra ren) saltsyra kan användas när det behövs för slutprodukten.

Fysiologi och patologi

Saltsyra utgör majoriteten av magsyran, människans matsmältningsvätska. I en komplex process och med stor energibelastning utsöndras den av parietalceller (även kallade oxyntiska celler). Dessa celler innehåller ett omfattande sekretoriskt nätverk (så kallade canaliculi) från vilket HCl utsöndras till magsäckens lumen. De är en del av de fundiska körtlarna (även kallade oxyntiska körtlar) i magsäcken.

Säkerhetsmekanismer som förhindrar att matsmältningskanalens epitel skadas av saltsyra är följande:

• Negativa regulatorer av dess frisättning
• Ett tjockt slemskikt som täcker epitelet
• Natriumbikarbonat som utsöndras av magsäckens epitelceller och bukspottkörteln
• Epitelets uppbyggnad (täta korsningar)
• Utömlig blodtillförsel
• Prostaglandiner (många olika effekter: De stimulerar slem- och bikarbonatsekretion, upprätthåller epitelbarriärens integritet, möjliggör adekvat blodtillförsel, stimulerar läkning av skadade slemhinnor)

När dessa mekanismer av olika anledningar inte fungerar kan halsbränna eller magsår utvecklas. Läkemedel som kallas protonpumpshämmare hindrar kroppen från att producera överflödig syra i magsäcken, medan antacida neutraliserar befintlig syra.

I vissa fall produceras inte tillräckligt med saltsyra i magsäcken. Dessa patologiska tillstånd betecknas med termerna hypoklorhydri och achlorhydri. Potentiellt kan de leda till gastroenterit.

Kemiska vapen

Fosgen (COCl2) var ett vanligt kemiskt stridsmedel som användes under första världskriget. Fosgens huvudsakliga effekt beror på att gasen löses upp i slemhinnorna djupt inne i lungan, där den genom hydrolys omvandlas till kolsyra och den frätande saltsyran. Den senare rubbar de alveolära-kapillära membranen så att lungan fylls med vätska (lungödem).

Saltsyran är också delvis ansvarig för de skadliga eller blåsande effekterna av senapsgas. I närvaro av vatten, till exempel på den fuktiga ytan av ögonen eller lungorna, bryts senapsgasen ner och bildar saltsyra.

Säkerhet

Saltsyra i höga koncentrationer bildar sura dimmor. Både dimman och lösningen har en frätande effekt på mänsklig vävnad och kan skada andningsorgan, ögon, hud och tarmar. Vid blandning av saltsyra med vanliga oxiderande kemikalier, t.ex. blekmedel (NaClO) eller permanganat (KMnO4), bildas den giftiga gasen klor. För att minimera riskerna vid arbete med saltsyra bör lämpliga försiktighetsåtgärder vidtas, bland annat genom att bära gummi- eller PVC-handskar, skyddsglasögon och kemikalieresistenta kläder.

Farorna med lösningar av saltsyra beror på koncentrationen. I följande tabell listas EU-klassificeringen av saltsyrelösningar:

Se även

• Syra
• Bas (kemi)
• Nitronsyra
• Svavelsyra

• Chang, Raymond. 2006. Chemistry, 9th ed. New York: McGraw-Hill Science/Engineering/Math. ISBN 0073221031.
• Cotton, F. Albert och Geoffrey Wilkinson. 1980. Advanced Inorganic Kemi, 4:e utgåvan. New York: Wiley. ISBN 0471027758.
• Guyton, Arthur C. och John E. Hall. 2000. Lärobok i medicinsk fysiologi. 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. och R.C. Fay. 2004. Chemistry, 4th ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. ISBN 0131402080.
• Perry, R., D. Green och J. Maloney. 1984. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 6th ed. New York: McGraw-Hill. ISBN 0070494797.