Соляная кислота

редактировать
Эта статья о водном растворе. Что касается газа, см. Хлористый водород.
Структура соляной кислоты в виде диссоциированных ионов хлорида и гидроксония
3D модель хлористого водорода 3D модель воды
3D модель хлорид-аниона 3D модель катиона гидроксония
Образец соляной кислоты во флаконе
Имена
Название ИЮПАК Хлоран
Другие имена
Идентификаторы
Количество CAS
ЧЭМБЛ
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.210.665 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
Номер E E507 (регуляторы кислотности,...)
PubChem CID
UNII
Номер ООН 1789 г.
Характеристики
Химическая формула HCl (водн.)
Появление Бесцветная прозрачная жидкость, при концентрации дымит на воздухе
Запах Резкая характеристика
Температура плавления В зависимости от концентрации - см. Таблицу
Точка кипения В зависимости от концентрации - см. Таблицу
журнал P 0,00
Кислотность (p K a) -5,9 (газ HCl)
Фармакология
Код УВД A09AB03 ( ВОЗ ) B05XA13 ( ВОЗ )
Опасности
Паспорт безопасности См.: страницу данных
Пиктограммы GHS GHS07: Вредно GHS05: Коррозийный
Сигнальное слово GHS Опасность
Формулировки опасности GHS H290, H314, H335
Меры предосторожности GHS P260, P280, P303 + 361 + 353, P305 + 351 + 338
NFPA 704 (огненный алмаз) Health code 3: Short exposure could cause serious temporary or residual injury. E.g. chlorine gas Flammability code 0: Will not burn. E.g. water Instability code 1: Normally stable, but can become unstable at elevated temperatures and pressures. E.g. calcium Special hazard ACID: Acid.NFPA 704 четырехцветный алмаз 3 0 1 КИСЛОТА
Родственные соединения
Родственные соединения
Страница дополнительных данных
Структура и свойства Показатель преломления ( n), диэлектрическая проницаемость (ε r) и т. Д.
Термодинамические данные Фазовое поведение твердое тело – жидкость – газ
Спектральные данные УФ, ИК, ЯМР, МС
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N  проверить  ( что есть    ?) проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Соляная кислота, также известная как соляная кислота, представляет собой водный раствор из хлористого водорода ( химической формулы : Н Cl ). Это бесцветный раствор с характерным резким запахом. Классифицируется как сильная кислота. Это компонент желудочной кислоты в пищеварительной системе большинства видов животных, включая человека. Соляная кислота - важный лабораторный реагент и промышленный химикат.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 История
    • 1.1 Этимология
    • 1.2 Промышленные разработки
  • 2 Строение и реакции
    • 2.1 Кислотность
  • 3 Физические свойства
  • 4 Производство
    • 4.1 Промышленный рынок
  • 5 приложений
    • 5.1 Травление стали
    • 5.2 Производство неорганических соединений
    • 5.3 Контроль и нейтрализация pH
    • 5.4 Регенерация ионообменников
    • 5.5 Лабораторное использование
    • 5.6 Другое
  • 6 Наличие в живых организмах
  • 7 Безопасность
  • 8 См. Также
  • 9 ссылки
  • 10 Внешние ссылки

История

В начале X века персидский врач и алхимик Абу Бакр ар-Рази ( ок. 865–925, латинское: Rhazes) проводил эксперименты с солевым аммиаком ( хлорид аммония ) и купоросом (гидратированные сульфаты различных металлов), которые он перегонял вместе., таким образом производя газообразный хлористый водород. При этом ар-Рази очень близко подошел к открытию соляной кислоты, но, похоже, он не обращал внимания на газообразные продукты своих экспериментов, сосредоточившись вместо этого на изменении цвета, которое могло произойти в остатке. Опираясь на эксперименты аль-Рази, то De aluminibus и др salibus ( «О квасцов и соли», eleventh- или двенадцатого века арабский текст ошибочно приписывается Аль-Рази и переведены на латинский язык во второй половине двенадцатого века на Джерарда Кремоны, 1144-1187) описал нагрев металлов с различными солями, который в случае ртути приводил к образованию хлорида ртути (II) (коррозионный сублимат). В этом процессе соляная кислота фактически начала образовываться, но сразу же вступила в реакцию с ртутью, образуя коррозионный сублимат. Латинские алхимики XIII века, для которых De aluminibus et salibus был одним из основных справочных произведений, были очарованы хлорирующими свойствами коррозионного сублимата и вскоре обнаружили, что, когда металлы удаляются из процесса нагревания купороса, квасцов, и соли, сильные минеральные кислоты можно непосредственно перегонять. Одним из важных изобретений, появившихся в результате открытия минеральных кислот, является царская водка, смесь азотной и соляной кислот в соотношении 1: 3, способная растворять золото. Это было впервые описано в псевдо-Geber «s De inventione Veritatis („Об открытии Правды“, после того, как с. 1300), где царской водке получали путем добавления хлорида аммония в азотной кислоте. Однако производство самой соляной кислоты (то есть в виде изолированного вещества, а не уже смешанного с азотной кислотой) зависело от использования более эффективных охлаждающих устройств, которые будут разработаны только в последующие столетия. Таким образом, рецепты производства соляной кислоты появляются только в конце шестнадцатого века, самые ранние из которых были найдены в книге Джованни Баттиста Делла Порта (1535–1615) Magiae naturalis («Магия природы») и в работах других современных химиков, таких как Андреас Либавиус (ок. 1550–1616), Жан Беген (1550–1620) и Освальд Кролл (ок. 1563–1609). Знание минеральных кислот, таких как соляная кислота, будет иметь ключевое значение для химиков семнадцатого века, таких как Дэниел Сеннерт (1572–1637) и Роберт Бойл (1627–1691), которые использовали свою способность быстро растворять металлы в своих демонстрациях композита. природа тел.

Этимология

Поскольку соляная кислота была произведена из каменной соли в соответствии с методами Иоганна Рудольфа Глаубера, соляная кислота исторически называлась европейскими алхимиками духами соли или acidum salis (соляная кислота). Оба имени все еще используются, особенно в других языках, таких как немецкий : Salzsäure, голландский : Zoutzuur, шведский : Saltsyra, испанский : Salfumán, турецкий : Tuz Ruhu, польский : kwas solny, венгерский : sósav и чешский : kyselina solná

Газообразный HCl был назван морским кислым воздухом. Название: соляная кислота имеет то же происхождение ( Muriatic означает «относящийся к рассола или соли», следовательно, хлористый означает гидрохлорид ), и это имя до сих пор иногда используется. Название соляная кислота было придумано французским химиком Жозефом Луи Гей-Люссаком в 1814 году.

Промышленные разработки

Во время промышленной революции в Европе спрос на щелочные вещества увеличился. Новый промышленный процесс, разработанный Николя Лебланом из Иссудена, Франция, позволил дешевое крупномасштабное производство карбоната натрия (кальцинированной соды). В этом процессе Леблана поваренная соль превращается в кальцинированную соду с использованием серной кислоты, известняка и угля с выделением хлористого водорода в качестве побочного продукта. До британского закона о щелочах 1863 года и аналогичного законодательства в других странах избыток HCl часто выбрасывался в воздух. Первым исключением был Bonnington Chemical Works, где в 1830 году HCl начал улавливаться, а полученная соляная кислота использовалась для производства соляного аммиака ( хлорида аммония ). После принятия закона производители кальцинированной соды были обязаны поглощать отработанный газ водой, производя соляную кислоту в промышленных масштабах.

В 20 веке процесс Леблана был эффективно заменен процессом Сольве без побочного продукта соляной кислоты. Поскольку соляная кислота уже полностью утвердилась в качестве важного химического вещества во многих приложениях, коммерческий интерес инициировал другие методы производства, некоторые из которых все еще используются сегодня. После 2000 года соляная кислота в основном производится путем поглощения побочного продукта хлористого водорода при производстве промышленных органических соединений.

Структура и реакции

Соляная кислота - это соль протонированной воды и хлорида. Его ионы часто обозначают как H 3 O + Cl -, хотя на самом деле катион часто связан с другими молекулами воды. Комбинированное исследование концентрированной соляной кислоты с помощью ИК, комбинационного рассеяния света, рентгеновских лучей и нейтронографии показало, что первичной формой H +(водн.) В этих растворах является H 5 O 2 +, которая, наряду с хлорид-анионом, является водородом. связаны с соседними молекулами воды несколькими способами. (См. Hydronium для дальнейшего обсуждения этого вопроса.)

Кислотность

Как сильная кислота, хлористый водород имеет большой K a. Теоретические оценки показывают, что p K a хлористого водорода составляет -5,9. Однако важно различать газообразный хлористый водород и соляную кислоту. Из-за выравнивающего эффекта, за исключением случаев высокой концентрации и поведения, отличного от идеального, соляная кислота (водный раствор HCl) настолько же кислотна, насколько и самый сильный донор протонов, доступный в воде, акватированный протон (широко известный как «ион гидроксония»). Когда хлоридные соли, такие как NaCl, добавляются к водной HCl, они оказывают лишь незначительное влияние на pH, указывая на то, что Cl - очень слабое основание конъюгата и что HCl полностью диссоциирует. Разбавленные растворы HCl имеют pH, близкий к предсказанному, исходя из предположения о полной диссоциации на гидратированные H + и Cl -.

Физические свойства

Массовая доля Концентрация Плотность Молярность pH Вязкость Удельная теплоемкость Vapor давление Кипение точка Точка плавления
кг HCl / кг кг HCl / м 3 Baumé кг / л Молл мПа с кДж / (кг К) кПа ° C ° C
10% 104,80 6,6 1.048 2,87 -0,5 1,16 3,47 1,95 103 −18
20% 219.60 13 1.098 6.02 -0,8 1,37 2,99 1,40 108 −59
30% 344,70 19 1,149 9,45 −1,0 1,70 2,60 2,13 90 −52
32% 370,88 20 1,159 10,17 −1,0 1,80 2,55 3,73 84 −43
34% 397,46 21 год 1,169 10,90 −1,0 1,90 2,50 7,24 71 −36
36% 424,44 22 1,179 11,81 −1,1 1,99 2,46 14,5 61 −30
38% 451,82 23 1,189 12,39 −1,1 2,10 2,43 28,3 48 −26
Исходные температура и давление для приведенной выше таблицы составляют 20 ° C и 1 атмосферу (101,325 кПа). Значения давления пара взяты из международных критических таблиц и относятся к общему давлению пара раствора.
Температура плавления как функция концентрации HCl в воде

Физические свойства соляной кислоты, такие как точки кипения и плавления, плотность и pH, зависят от концентрации или молярности HCl в водном растворе. Они варьируются от значений для воды при очень низких концентрациях, приближающихся к 0% HCl, до значений для дымящей соляной кислоты с более чем 40% HCl.

Соляная кислота как бинарная (двухкомпонентная) смесь HCl и H 2 O имеет азеотроп с постоянным кипением при 20,2% HCl и температуре 108,6 ° C (227 ° F). Существует четыре эвтектических точки постоянной кристаллизации для соляной кислоты между кристаллической формой [H 3 O] Cl (68% HCl), [H 5 O 2 ] Cl (51% HCl), [H 7 O 3 ] Cl ( 41% HCl), [H 3 O] Cl 5H 2 O (25% HCl) и лед (0% HCl). Также существует метастабильная эвтектическая точка 24,8% между льдом и кристаллизацией [H 7 O 3 ] Cl. Все они являются солями гидроксония.

Производство

Соляную кислоту обычно получают промышленным способом путем растворения хлористого водорода в воде. Хлористый водород может быть получен разными способами, и, таким образом, существует несколько предшественников соляной кислоты. Крупномасштабное производство соляной кислоты почти всегда интегрируется с промышленным производством других химикатов, например, в хлорно-щелочном процессе, который производит гидроксид, водород и хлор, последний из которых может быть объединен для получения HCl.

Промышленный рынок

Соляная кислота выпускается в растворах с содержанием HCl до 38% (концентрированная). Химически возможны более высокие концентрации до чуть более 40%, но при этом скорость испарения настолько высока, что при хранении и обращении требуются дополнительные меры предосторожности, такие как создание давления и охлаждение. Таким образом, массовая продукция промышленного класса составляет от 30% до 35%, что оптимизировано для обеспечения баланса между эффективностью транспортировки и потерями продукта из-за испарения. В Соединенных Штатах растворы от 20% до 32% продаются как соляная кислота. Растворы для бытовых целей в США, в основном чистящие, обычно составляют от 10% до 12%, при этом настоятельно рекомендуется разбавлять их перед использованием. В Соединенном Королевстве, где он продается как «Солевой спирт» для бытовой химии, его эффективность такая же, как у промышленного сорта США. В других странах, например в Италии, соляная кислота для бытовой или промышленной очистки продается как «Acido Muriatico», и ее концентрация колеблется от 5% до 32%.

Основные мировые производители включают Dow Chemical с производительностью 2 млн метрических тонн в год (2 млн тонн в год) в пересчете на газ HCl, Georgia Gulf Corporation, Tosoh Corporation, Akzo Nobel и Tessenderlo с объемом производства от 0,5 до 1,5 млн тонн в год каждая. Для целей сравнения общее мировое производство, выраженное в HCl, оценивается в 20 Мт / год, из которых 3 Мт / год - за счет прямого синтеза, а остальная часть - как вторичный продукт в результате органического и аналогичного синтезов. Безусловно, большая часть соляной кислоты потребляется производителем самостоятельно. Объем открытого мирового рынка оценивается в 5 млн т / год.

Приложения

Основная статья: Хлороводород

Соляная кислота - это сильная неорганическая кислота, которая используется во многих промышленных процессах, таких как рафинирование металлов. Приложение часто определяет необходимое качество продукта. Хлористый водород, а не соляная кислота, более широко используется в промышленной органической химии, например, для винилхлорида и дихлорэтана.

Травление стали

Одним из наиболее важных применений соляной кислоты является травление стали для удаления ржавчины или окалины оксида железа с железа или стали перед последующей обработкой, такой как экструзия, прокатка, гальваника и другие методы. Техническое качество HCl обычно с концентрацией 18% является наиболее часто используемым травильным агентом для травления марок углеродистой стали.

Fe 3 О 4 + Fe + 8 HCl 4 FeCl 2 + 4 ЧАС 2 О {\ displaystyle {\ ce {Fe3O4 + Fe + 8 HCl -gt; 4 FeCl2 + 4 H2O}}}

Отработанная кислота уже давно повторно использовать в качестве железа (II) хлорида (также известного как хлорид железа) растворов, но высокие тяжелых металлы уровней в травильном растворе снизился этой практика.

В индустрии травления стали разработаны процессы регенерации соляной кислоты, такие как распылительная печь или процесс регенерации HCl в псевдоожиженном слое, которые позволяют извлекать HCl из отработанного травильного раствора. Самый распространенный процесс регенерации - это процесс пирогидролиза, по следующей формуле:

4 FeCl 2 + 4 ЧАС 2 О + О 2 8 HCl + 2 Fe 2 О 3 {\ displaystyle {\ ce {4 FeCl2 + 4 H2O + O2 -gt; 8 HCl + 2 Fe2O3}}}

За счет рекуперации отработанной кислоты создается замкнутый кислотный цикл. Оксид железа (III), побочным продуктом процесса регенерации является ценным, используется в различных вторичных отраслях промышленности.

Производство неорганических соединений

Подобно использованию для травления, соляная кислота используется для растворения многих металлов, оксидов металлов и карбонатов металлов. Преобразование часто описывается упрощенными уравнениями:

Zn + 2 HCl → ZnCl 2 + H 2
NiO + 2 HCl → NiCl 2 + H 2 O
CaCO 3 + 2 HCl → CaCl 2 + CO 2 + H 2 O

Эти процессы используются для производства хлоридов металлов для анализа или дальнейшего производства.

контроль и нейтрализация pH

Соляную кислоту можно использовать для регулирования кислотности ( pH ) растворов.

ОЙ - + HCl ЧАС 2 О + Cl - {\ Displaystyle {\ ce {OH ^ - + HCl -gt; H2O + Cl ^ -}}}

В промышленности, требующей чистоты (пищевая, фармацевтическая, питьевая вода), высококачественная соляная кислота используется для регулирования pH потоков технологической воды. В менее требовательных отраслях промышленности соляной кислоты технического качества достаточно для нейтрализации потоков отходов и контроля pH в плавательных бассейнах.

Регенерация ионообменников

Высококачественная соляная кислота используется при регенерации ионообменных смол. Катионный обмен широко используется для удаления ионов, таких как Na + и Ca 2+, из водных растворов с получением деминерализованной воды. Кислота используется для смывания катионов со смол. Na + заменяется на H +, а Ca 2+ на 2 H +.

Ионообменники и деминерализованная вода используются во всех отраслях химической промышленности, производстве питьевой воды и многих пищевых отраслях.

Лабораторное использование

Из шести обычных сильных минеральных кислот в химии соляная кислота является монопротоновой кислотой, которая с наименьшей вероятностью вступит в мешающую окислительно-восстановительную реакцию. Это одна из наименее опасных для обращения сильных кислот; несмотря на свою кислотность, он состоит из нереактивного и нетоксичного хлорид-иона. Растворы соляной кислоты средней концентрации достаточно стабильны при хранении, сохраняя свою концентрацию с течением времени. Эти свойства, а также тот факт, что он доступен в виде чистого реагента, делают соляную кислоту отличным подкисляющим реагентом. Это также недорого.

Соляная кислота является предпочтительной кислотой при титровании для определения количества оснований. Титранты сильных кислот дают более точные результаты благодаря более четкой конечной точке. Азеотропная или «постоянно кипящая» соляная кислота (примерно 20,2%) может использоваться в качестве основного стандарта в количественном анализе, хотя ее точная концентрация зависит от атмосферного давления, когда она была приготовлена.

Другой

Соляная кислота используется в большом количестве небольших применений, таких как обработка кожи, уборка дома и строительство зданий. Добычу нефти можно стимулировать, закачивая соляную кислоту в породу нефтяной скважины, растворяя часть породы и создавая крупнопористую структуру. Кислотная обработка нефтяных скважин - распространенный процесс в нефтедобывающей промышленности Северного моря.

Соляная кислота использовалась для растворения карбоната кальция, например, для удаления накипи в котлах и для очистки строительного раствора от кирпичной кладки. При использовании на кирпичной кладке реакция с раствором продолжается только до тех пор, пока кислота полностью не превратится с образованием хлорида кальция, двуокиси углерода и воды:

CaCO 3 + 2 HCl CaCl 2 + CO 2 + ЧАС 2 О {\ displaystyle {\ ce {CaCO3 + 2 HCl -gt; CaCl2 + CO2 + H2O}}}

Многие химические реакции с участием соляной кислоты применяются при производстве продуктов питания, пищевых ингредиентов и пищевых добавок. Типичные продукты включают аспартам, фруктозу, лимонную кислоту, лизин, гидролизованный растительный белок в качестве усилителя пищи и при производстве желатина. Пищевая (особо чистая) соляная кислота может применяться при необходимости для конечного продукта.

Наличие в живых организмах

Схема щелочного слизистого слоя желудка с защитными механизмами слизистой оболочки

Желудочная кислота - один из основных секретов желудка. Оно состоит в основном из соляной кислоты и окисляется содержание желудка до рН от 1 до 2. Хлорид (Cl -) и водорода (Н + ионов) выделяются отдельно в фундус желудка области в верхней части желудка с помощью париетальных клеток из Слизистая оболочка желудка превращается в секреторную сеть, называемую канальцами, прежде чем она попадет в просвет желудка.

Кислота желудочного сока действует как барьер против микроорганизмов для предотвращения инфекций и важна для переваривания пищи. Его низкий pH денатурирует белки и тем самым делает их восприимчивыми к расщеплению пищеварительными ферментами, такими как пепсин. Низкий pH также активирует предшественник фермента пепсиноген в активный фермент пепсин путем саморасщепления. После выхода из желудка, соляная кислота химуса нейтрализует в двенадцатиперстной кишке с помощью бикарбоната.

Сам желудок защищен от сильной кислоты секрецией толстого слоя слизи и буферизацией, вызванной секретином, с помощью бикарбоната натрия. Когда эти механизмы не работают, могут развиться изжога или пептические язвы. Препараты класса антигистаминных средств и ингибиторов протонной помпы могут подавлять выработку кислоты в желудке, а антациды используются для нейтрализации избыточной существующей кислоты.

Безопасность

Этикетка ромбической формы с буквами 8 и «коррозийный» означает, что капли жидкости разъедают материалы и руки человека. Вызывает серьезные ожоги кожи и повреждения глаз. Может вызывать раздражение дыхательных путей.

Как сильная кислота, соляная кислота разъедает живые ткани и многие материалы, но не резину. Обычно при работе с концентрированными растворами используются резиновые защитные перчатки и соответствующее защитное снаряжение.

Массовая доля Классификация Список H-фраз
10% ≤ C lt;25% Вызывает раздражение кожи, вызывает серьезное раздражение глаз, H315, H319
С ≥ 10% Может вызывать раздражение дыхательных путей H335
С ≥ 25% Вызывает серьезные ожоги кожи и повреждение глаз. H314

Соляная кислота включена в список прекурсоров Таблицы II в соответствии с Конвенцией Организации Объединенных Наций о борьбе с незаконным оборотом наркотических средств и психотропных веществ 1988 года из-за ее использования при производстве героина, кокаина и метамфетамина.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки

Послушайте эту статью ( 20 минут) Разговорный значок Википедии Этот аудиофайл был создан на основе редакции этой статьи от 23 апреля 2005 г. и не отражает последующих правок. ( 2005-04-23) ( Аудио справка   Больше устных статей )
Общая информация о безопасности
Информация о загрязнении

Последняя правка сделана 2023-03-21 05:56:49
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте