Хлористый водород

1300 частей на миллион (человек, 30 мин )
4416 частей на миллион (кролик, 30 минут)
4416 частей на миллион (морская свинка, 30 минут)
3000 частей на миллион (человек, 5 минут) ^[7]

NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):

PEL (Допустимо)

C 5 частей на миллион (7 мг / м ³ ) ^[6]

REL (рекомендуется)

C 5 частей на миллион (7 мг / м ³ ) ^[6]

IDLH (Непосредственная опасность)

50 частей на миллион ^[6]

Родственные соединения

Фтористый
водород Бромистый
водород Йодистый
водород Астатид водорода

Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).

проверить ( что есть ?)^YN

Ссылки на инфобоксы

Соединение хлористого водорода имеет химическую формулу HClи как таковой представляет собой галогенид водорода . При комнатной температуре это бесцветный газ , который при контакте с водяным паром из атмосферы образует белые пары соляной кислоты . Газообразный хлористый водород и соляная кислота важны в технологии и промышленности. Соляная кислота, водный раствор хлористого водорода, также обычно обозначается формулой HCl.

Реакции [ править ]

Пары соляной кислоты становятся красными на индикаторе pH, показывая, что пары кислые

Хлористый водород представляет собой двухатомную молекулу , состоящую из атома водорода H и атома хлора Cl, соединенных полярной ковалентной связью . Атом хлора гораздо более электроотрицателен, чем атом водорода, что делает эту связь полярной. Следовательно, молекула имеет большой дипольный момент с отрицательным частичным зарядом (δ−) на атоме хлора и положительным частичным зарядом (δ +) на атоме водорода. ^[8] Отчасти из-за своей высокой полярности HCl хорошо растворяется в воде (и в других полярных растворителях ).

При контакте H ₂ O и HCl объединяются с образованием катионов гидроксония H ₃ O ⁺ и хлорид- анионов Cl ^- посредством обратимой химической реакции :

HCl + H ₂ O → H ₃ O ⁺ + Cl ^-

Полученный раствор называется соляной кислотой и представляет собой сильную кислоту . Константа диссоциации или ионизации кислоты , K _a , велика, что означает, что HCl диссоциирует или ионизируется практически полностью в воде. Даже в отсутствие воды хлористый водород может действовать как кислота. Так , например, хлористый водород может растворяться в некоторых других растворителях , такие как метанол и протонирование молекулы или ионы, а также может служить в качестве кислотостойкого катализатора для химических реакций , где безводные желательны (безводные) условия.

HCl + CH ₃ OH → CH ₃ O ⁺ H ₂ + Cl ^-

Из-за своей кислой природы хлористый водород является коррозионным веществом , особенно в присутствии влаги.

Структура и свойства [ править ]

Структура твердого DCl, определенная нейтронографией порошка DCl при 77 К. DCl использовался вместо HCl, поскольку ядро дейтерия легче обнаружить, чем ядро водорода. Растяжимая линейная структура обозначена пунктирными линиями.

Замороженная HCl претерпевает фазовый переход при 98,4 К. Порошковая дифракция рентгеновских лучей замороженного материала показывает, что во время этого перехода материал меняет свою орторомбическую структуру на кубическую . В обеих структурах атомы хлора находятся в гранецентрированном массиве . Однако определить местонахождение атомов водорода не удалось. ^[9] Анализ спектроскопических и диэлектрических данных, а также определение структуры DCl (хлорида дейтерия) показывают, что HCl образует зигзагообразные цепочки в твердом теле, как и HF (см. Рисунок справа). ^[10]

Растворимость HCl (г / л) в обычных растворителях ^[11]
Температура (° C)	0	20	30	50
Воды	823	720	673	596
Метанол	513	470	430
Спирт этиловый	454	410	381
Эфир	356	249	195

Инфракрасный (ИК) спектр поглощения

Один дублет в ИК-спектре, обусловленный изотопным составом хлора.

Инфракрасный спектр газообразного хлористого водорода, как показано на левой стороне , состоит из ряда резких линий поглощения , сгруппированных вокруг 2886 см ^-1 (длина волны ~ 3,47 мкм). При комнатной температуре почти все молекулы находятся в основном колебательном состоянии v = 0. С учетом ангармонизма колебательную энергию можно записать как.

{\ displaystyle E _ {\ mathrm {vib}} = h \ nu _ {e} \ cdot \ left (v + {\ tfrac {1} {2}} \ right) + hx_ {e} \ nu _ {e} \ cdot \ left (v + {\ tfrac {1} {2}} \ right) ^ {2}}

Чтобы продвинуть молекулу HCl из состояния v = 0 в состояние v = 1, мы ожидаем увидеть инфракрасное поглощение около ν _o = ν _e + 2 x _eν _e = 2880 см ^-1 . Однако это поглощение, соответствующее Q-ветви, не наблюдается из-за его запрета по симметрии. Вместо этого видны два набора сигналов (P- и R-ветви) из-за одновременного изменения вращательного состояния молекул. Из-за квантово-механических правил отбора разрешены только определенные вращательные переходы. Состояния характеризуются вращательным квантовым числом J = 0, 1, 2, 3, ... правила отбора утверждают, что ΔJ может принимать только значения ± 1.

{\ Displaystyle Е (J) _ {\ mathrm {rot}} = ч \ cdot B \ cdot J (J + 1)}

Значение постоянной вращения B намного меньше, чем постоянная колебаний ν _o , так что для вращения молекулы требуется гораздо меньшее количество энергии; для типичной молекулы это находится в микроволновом диапазоне. Однако колебательная энергия молекулы HCl помещает свое поглощение в инфракрасную область, что позволяет легко собирать спектр, показывающий колебательные переходы этой молекулы, с помощью инфракрасного спектрометра с газовой ячейкой. Последний может быть даже изготовлен из кварца, поскольку поглощение HCl находится в окне прозрачности для этого материала.

Обильный хлор состоит из двух изотопов, ³⁵ Cl и ³⁷ Cl, в соотношении примерно 3: 1. В то время как постоянные пружины почти идентичны, несопоставимые уменьшенные массы H ³⁵ Cl и H ³⁷ Cl вызывают измеримые различия во вращательной энергии, таким образом, при внимательном рассмотрении каждой линии поглощения наблюдаются дублеты, взвешенные в том же соотношении 3: 1.

Производство [ править ]

Большая часть хлористого водорода, производимого в промышленных масштабах, используется для производства соляной кислоты . ^[12]

Исторические маршруты [ править ]

В 17 веке Иоганн Рудольф Глаубер из Карлштадта-на-Майне, Германия, использовал хлорид натрия и серную кислоту для получения сульфата натрия в процессе Мангейма с выделением хлористого водорода. Джозеф Пристли из Лидса, Англия, получил чистый хлористый водород в 1772 году ^[13], а к 1808 году Хэмфри Дэви из Пензанса, Англия, доказал, что химический состав включает водород и хлор . ^[14]

Прямой синтез [ править ]

Воспроизвести медиа

Пламя внутри печи с HCl

Хлористый водород получают путем объединения хлора и водорода :

Cl ₂ + H ₂ → 2 HCl

Поскольку реакция является экзотермической , установка называется печью для HCl или горелкой для HCl. В результате газообразного хлористого водорода поглощаются в деионизированной воде , в результате чего в химически чистой соляной кислоте. Эта реакция может дать очень чистый продукт, например, для использования в пищевой промышленности.

Органический синтез [ править ]

Промышленное производство хлористого водорода часто объединяется с образованием хлорированных и фторированных органических соединений, например тефлона , фреона и других CFC , а также хлоруксусной кислоты и ПВХ . Часто это производство соляной кислоты совмещается с ее использованием на месте. В химических реакциях атомы водородана углеводороде замещаются атомами хлора, после чего высвободившийся атом водорода рекомбинирует с запасным атомом молекулы хлора, образуя хлористый водород. Фторирование - это последующая реакция замещения хлора, снова производящая хлористый водород:

R − H + Cl ₂ → R − Cl + HCl

R − Cl + HF → R − F + HCl

Образующийся хлористый водород либо повторно используется напрямую, либо абсорбируется водой, в результате чего получается соляная кислота технического или промышленного класса.

Лабораторные методы [ править ]

Небольшие количества хлористого водорода для лабораторного использования могут быть получены в генераторе HCl путем дегидратации соляной кислоты либо серной кислотой, либо безводным хлоридом кальция . В качестве альтернативы, HCl можно получить реакцией серной кислоты с хлоридом натрия: ^[15]

NaCl + H ₂ SO ₄ → NaHSO 4 + HCl

Эта реакция происходит при комнатной температуре. При условии, что в генераторе остается NaCl и он нагревается выше 200 ° C, реакция протекает дальше:

NaCl + NaHSO ₄ → HCl + Na 2 SO 4

Для работы таких генераторов реагенты должны быть сухими.

Хлористый водород можно также получить гидролизом некоторых реакционноспособных хлоридных соединений, таких как хлориды фосфора , тионилхлорид (SOCl ₂ ) и ацилхлориды . Например, холодную воду можно постепенно капать на пентахлорид фосфора (PCl ₅ ), чтобы получить HCl:

PCl ₅ + H ₂ O → POCl 3 + 2 HCl

Приложения [ править ]

Большая часть хлористого водорода используется в производстве соляной кислоты. Он также используется в производстве винилхлорида и многих алкилхлоридов . ^[12] Трихлорсилан производится с использованием HCl:

Si + 3 HCl → HSiCl ₃ + H ₂

История [ править ]

Около 900 г. авторы арабских писаний приписывают Джабиру ибн Хайяну (латинское: Гебер) и персидскому врачу и алхимику Абу Бакру ар-Рази (854–925, латинское: Rhazes) экспериментировали с солевым аммиаком ( хлоридом аммония ), который при его перегонке вместе с купоросом (гидратированными сульфатами различных металлов) образовался хлористый водород. ^[16] Однако, похоже, что в этих ранних экспериментах с хлоридными солями газообразные продукты были выброшены, а хлористый водород, возможно, производился много раз, прежде чем было обнаружено, что его можно использовать в химии. ^[17]Одним из первых таких применений был синтез хлорида ртути (II) (коррозионный сублимат), получение которого при нагревании ртути либо с квасцами и хлоридом аммония, либо с купоросом и хлоридом натрия было впервые описано в De aluminibus et salibus (" на квасцов и соли», в eleventh- или двенадцатого века арабский текст ложно приписываемой Абу Бакр аль-Рази и переведен на латинский язык во второй половине двенадцатого века на Жерара Кремона , 1144-1187). ^[18] Другим важным событием стало открытие псевдогебера (в Deventione veritatis, "Об открытии истины", по ок. 1300), что путем добавления хлорида аммония к азотной кислоте можно получить сильный растворитель, способный растворять золото (т.е. царскую водку ). ^[19] После открытия в конце шестнадцатого века процесса, с помощью которого можно получить несмешанную соляную кислоту , ^[20] было признано, что эта новая кислота (тогда известная как спирт соли или acidum salis ) выделяет парообразный хлористый водород, который назывался морской кислый воздух . В 17 веке Иоганн Рудольф Глаубер использовал соль ( хлорид натрия ) и серную кислоту.для приготовления сульфата натрия с выделением газообразного хлористого водорода (см. производство выше). В 1772 году Карл Вильгельм Шееле также сообщил об этой реакции, и иногда ему приписывают ее открытие. Джозеф Пристли получил хлористый водород в 1772 году, а в 1810 году Хэмфри Дэви установил, что он состоит из водорода и хлора . ^[21]

Во время промышленной революции спрос на щелочные вещества, такие как кальцинированная сода, увеличился, и Николя Леблан разработал новый промышленный процесс производства кальцинированной соды. В процессе Леблана соль превращали в кальцинированную соду с использованием серной кислоты, известняка и угля, получая хлористый водород в качестве побочного продукта. Первоначально этот газ выпускался в воздух, но Закон о щелочах 1863 года запрещал такой выпуск, поэтому производители кальцинированной соды абсорбировали отработанный газ HCl в воде, производя соляную кислоту в промышленных масштабах. Позже был разработан процесс Харгривза , который похож на процесс Леблана, за исключением диоксида серы., вода и воздух используются вместо серной кислоты в реакции, которая в целом является экзотермической. В начале 20 века процесс Леблана был фактически заменен процессом Сольве , который не производил HCl. Однако производство хлористого водорода продолжалось как стадия производства соляной кислоты.

Историческое использование хлористого водорода в 20-м веке включает гидрохлорирование алкинов для получения хлорированных мономеров хлоропрена и винилхлорида , которые впоследствии полимеризуются для получения полихлоропрена ( неопрена ) и поливинилхлорида (ПВХ) соответственно. При производстве винилхлорида ацетилен (C ₂ H ₂ ) гидрохлорируется путем добавления HCl через тройную связь молекулы C ₂ H ₂ , превращая тройную связь в двойную связь с образованием винилхлорида.

«Ацетиленовый процесс», использовавшийся до 1960-х годов для получения хлоропрена , начинается с соединения двух молекул ацетилена , а затем добавляется HCl к соединенному промежуточному соединению через тройную связь, чтобы преобразовать его в хлоропрен, как показано здесь:

Этот «ацетиленовый процесс» был заменен процессом, который вместо этого добавляет Cl 2 к двойной связи этилена, а последующее удаление вместо этого дает HCl, а также хлоропрен.

Безопасность [ править ]

Хлористый водород образует агрессивную соляную кислоту при контакте с водой, содержащейся в тканях тела. Вдыхание паров может вызвать кашель , удушье , воспаление носа, горла и верхних дыхательных путей , а в тяжелых случаях - отек легких , недостаточность системы кровообращения и смерть. Контакт с кожей может вызвать покраснение, боль и тяжелые химические ожоги . Хлористый водород может вызвать серьезные ожоги глаз и необратимые повреждения глаз.

Управление по безопасности и гигиене труда США и Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья установили пределы профессионального воздействия для хлористого водорода на уровне 5 частей на миллион (7 мг / м ³ ) ^[22] и собрали обширную информацию о безопасности на рабочем месте с хлористым водородом. обеспокоенность. ^[23]

См. Также [ править ]

Желудочная кислота , соляная кислота , секретируется в желудок , чтобы помочь пищеварение из белков
Хлорид , соли хлороводорода
Гидрохлорид , органические соли соляной кислоты
Гидрохлорирование , реакция присоединения с алкенами

Ссылки [ править ]

^ "хлористый водород (CHEBI: 17883)" . Химические объекты, представляющие биологический интерес (ChEBI) . Великобритания: Европейский институт биоинформатики.
^ Хейнс, Уильям М. (2010). Справочник по химии и физике (91 изд.). Бока-Ратон, Флорида, США: CRC Press . п. 4–67. ISBN 978-1-43982077-3.
^ Хлористый водород . Газовая энциклопедия. Air Liquide
^ Типпинг, Э. (2002) [1] . Издательство Кембриджского университета, 2004.
^ Trummal, A .; Губа, L .; Кальюранд, I .; Коппель, ИА; Leito, I. "Кислотность сильных кислот в воде и диметилсульфоксиде" J. Phys. Chem. . 2016 , 120 , 3663-3669. DOI : 10.1021 / acs.jpca.6b02253
^ a b c Карманный справочник NIOSH по химической опасности. «# 0332» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
^ a b «Хлороводород» . Немедленно опасные для жизни или здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
^ Ouellette, Роберт Дж .; Рон, Дж. Дэвид (2015). Основы органической химии . Elsevier Science. С. 6–. ISBN 978-0-12-802634-2.
^ Натта, Г. (1933). "Struttura e polimorfismo degli acidi alogenidrici". Gazzetta Chimica Italiana (на итальянском языке). 63 : 425–439.
^ Sándor, E .; Фэрроу, RFC (1967). «Кристаллическая структура твердого хлористого водорода и хлорида дейтерия». Природа . 213 (5072): 171–172. Bibcode : 1967Natur.213..171S . DOI : 10.1038 / 213171a0 . S2CID 4161132 .
^ Соляная кислота - Резюме соединений . Pubchem
^ a b Остин, Северин; Гловацки, Арндт (2000). Соляная кислота . DOI : 10.1002 / 14356007.a13_283 . ISBN 3527306730.
^ Пристли Дж (1772). «Наблюдения за различными видами воздуха [например, газов]» . Философские труды Лондонского королевского общества . 62 : 147–264 (234–244). DOI : 10,1098 / rstl.1772.0021 . S2CID 186210131 .
^ Дэви Х (1808). «Электрохимические исследования разложения земли; наблюдения за металлами, полученными из щелочноземельных металлов, и амальгамой, полученной из аммиака» . Философские труды Лондонского королевского общества . 98 : 333–370. Bibcode : 1808RSPT ... 98..333D . DOI : 10.1098 / rstl.1808.0023 .п. 343: Когда калий нагревали в солянокислом газе [т.е. газообразном хлористом водороде], настолько сухом, насколько его можно было получить обычными химическими средствами, происходило сильное химическое воздействие с воспламенением; и когда калий был в достаточном количестве, солянокислый газ полностью исчез, и от одной трети до одной четвертой его объема водорода выделилось, и образовался хлорид калия [то есть хлорид калия]. (Реакция была: 2HCl + 2K → 2KCl + H ₂ )
^ Francisco J. Arnsliz (1995). «Удобный способ получения хлористого водорода в лаборатории первокурсника» . J. Chem. Educ. 72 (12): 1139. Bibcode : 1995JChEd..72.1139A . DOI : 10.1021 / ed072p1139 .
^ Краус, Пол (1942–1943). Джабир ибн Хайян: Вклад в историю научных идей в исламе. I. Le corpus des écrits jâbiriens. II. Jâbir et la science grecque . Каир: Французский институт археологии Востока . ISBN 9783487091150. OCLC 468740510 .т. II, стр. 41–42; Multhauf, Роберт П. (1966). Истоки химии . Лондон: Олдборн. С. 141-142.
^ Multhauf 1966 , стр. 142, примечание 79.
^ Multhauf 1966 , стр. 160-163.
^ Карпенко, Владимир; Норрис, Джон А. (2002). «Купорос в истории химии» . Chemické listy . 96 (12): 997–1005.п. 1002.
^ Multhauf 1966 , стр. 208, примечание 29; ср. п. 142, примечание 79.
^ Хартли, Гарольд (1960). "Лекция Уилкинса. Сэр Хэмфри Дэви, Британская Республика, PRS 1778–1829". Труды Королевского общества А . 255 (1281): 153–180. Bibcode : 1960RSPSA.255..153H . DOI : 10,1098 / rspa.1960.0060 . S2CID 176370921 .
^ CDC - Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям
^ «Хлористый водород» . CDC - Тема безопасности и гигиены труда NIOSH . 5 марта 2012 . Проверено 15 июля 2016 года .

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме хлористого водорода .

Международная карта химической безопасности 0163
Thames & Kosmos Chem C2000 Руководство по эксперименту

[1] "хлористый водород (CHEBI: 17883)" . Химические объекты, представляющие биологический интерес (ChEBI) . Великобритания: Европейский институт биоинформатики.

[2] Хейнс, Уильям М. (2010). Справочник по химии и физике (91 изд.). Бока-Ратон, Флорида, США: CRC Press . п. 4–67. ISBN 978-1-43982077-3.

[3] Хлористый водород . Газовая энциклопедия. Air Liquide

[4] Типпинг, Э. (2002) [1] . Издательство Кембриджского университета, 2004.

[5] Trummal, A .; Губа, L .; Кальюранд, I .; Коппель, ИА; Leito, I. "Кислотность сильных кислот в воде и диметилсульфоксиде" J. Phys. Chem. . 2016 , 120 , 3663-3669. DOI : 10.1021 / acs.jpca.6b02253

[PGCH-6] Карманный справочник NIOSH по химической опасности. «# 0332» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).

[IDLH-7] «Хлороводород» . Немедленно опасные для жизни или здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).

[8] Ouellette, Роберт Дж .; Рон, Дж. Дэвид (2015). Основы органической химии . Elsevier Science. С. 6–. ISBN 978-0-12-802634-2.

[9] Натта, Г. (1933). "Struttura e polimorfismo degli acidi alogenidrici". Gazzetta Chimica Italiana (на итальянском языке). 63 : 425–439.

[10] Sándor, E .; Фэрроу, RFC (1967). «Кристаллическая структура твердого хлористого водорода и хлорида дейтерия». Природа . 213 (5072): 171–172. Bibcode : 1967Natur.213..171S . DOI : 10.1038 / 213171a0 . S2CID 4161132 .

[11] Соляная кислота - Резюме соединений . Pubchem

[Ullmann-12] Остин, Северин; Гловацки, Арндт (2000). Соляная кислота . DOI : 10.1002 / 14356007.a13_283 . ISBN 3527306730.

[13] Пристли Дж (1772). «Наблюдения за различными видами воздуха [например, газов]» . Философские труды Лондонского королевского общества . 62 : 147–264 (234–244). DOI : 10,1098 / rstl.1772.0021 . S2CID 186210131 .

[14] Дэви Х (1808). «Электрохимические исследования разложения земли; наблюдения за металлами, полученными из щелочноземельных металлов, и амальгамой, полученной из аммиака» . Философские труды Лондонского королевского общества . 98 : 333–370. Bibcode : 1808RSPT ... 98..333D . DOI : 10.1098 / rstl.1808.0023 .п. 343: Когда калий нагревали в солянокислом газе [т.е. газообразном хлористом водороде], настолько сухом, насколько его можно было получить обычными химическими средствами, происходило сильное химическое воздействие с воспламенением; и когда калий был в достаточном количестве, солянокислый газ полностью исчез, и от одной трети до одной четвертой его объема водорода выделилось, и образовался хлорид калия [то есть хлорид калия]. (Реакция была: 2HCl + 2K → 2KCl + H ₂ )

[15] Francisco J. Arnsliz (1995). «Удобный способ получения хлористого водорода в лаборатории первокурсника» . J. Chem. Educ. 72 (12): 1139. Bibcode : 1995JChEd..72.1139A . DOI : 10.1021 / ed072p1139 .

[16] Краус, Пол (1942–1943). Джабир ибн Хайян: Вклад в историю научных идей в исламе. I. Le corpus des écrits jâbiriens. II. Jâbir et la science grecque . Каир: Французский институт археологии Востока . ISBN 9783487091150. OCLC 468740510 .т. II, стр. 41–42; Multhauf, Роберт П. (1966). Истоки химии . Лондон: Олдборн. С. 141-142.

[17] Multhauf 1966 , стр. 142, примечание 79.

[18] Multhauf 1966 , стр. 160-163.

[19] Карпенко, Владимир; Норрис, Джон А. (2002). «Купорос в истории химии» . Chemické listy . 96 (12): 997–1005.п. 1002.

[20] Multhauf 1966 , стр. 208, примечание 29; ср. п. 142, примечание 79.

[21] Хартли, Гарольд (1960). "Лекция Уилкинса. Сэр Хэмфри Дэви, Британская Республика, PRS 1778–1829". Труды Королевского общества А . 255 (1281): 153–180. Bibcode : 1960RSPSA.255..153H . DOI : 10,1098 / rspa.1960.0060 . S2CID 176370921 .

[22] CDC - Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям

[23] «Хлористый водород» . CDC - Тема безопасности и гигиены труда NIOSH . 5 марта 2012 . Проверено 15 июля 2016 года .

[1]

vтеСоединения хлора
Хлориды и кислоты	ClNO 3 HCl HClO HClO 2 HClO 3 HClO 4 SiCl 4
Фториды хлора	ClF ClF 3 ClF 5
Оксиды хлора	ClO ClO 2 Cl 2 O Cl 2 O 2 Cl 2 O 3 Cl 2 O 4 Cl 2 O 5 Cl 2 O 6 Cl 2 O 7 ClO 4
Оксифториды хлора	ClOF 3 ClO 2 F ClO 3 F