Послушайте эту статью
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Соляная кислота , также известная как соляная кислота , представляет собой водный раствор хлористого водорода . Это бесцветный раствор с характерным резким запахом. Классифицируется как сильная кислота . Это компонент кислоты желудочного сока в пищеварительной системе большинства видов животных, включая человека. Соляная кислота - важный лабораторный реагент и промышленный химикат. [7] [8]

История [ править ]

В начале X века персидский врач и алхимик Абу Бакр ар-Рази (854–925, латинское: Rhazes) проводил эксперименты с соляным аммиаком ( хлорид аммония ) и купоросом (гидратированные сульфаты различных металлов), которые он перегонял вместе, таким образом производство газообразного хлористого водорода. При этом ар-Рази очень близко подошел к открытию соляной кислоты, но, похоже, он не обращал внимания на газообразные продукты своих экспериментов, вместо этого сосредоточившись на изменении цвета, которое могло произойти в остатке. [9] Опираясь на эксперименты ар-Рази, De aluminibus et salibus( «О квасцов и соли», eleventh- или двенадцатого века арабский текст ложно приписывается ал-Рази и переведен на латинский во второй половине двенадцатого века с Gerard Кремона , 1144-1187) описал нагрев металлов с различными соли, которые в случае ртути привели к образованию хлорида ртути (II) (коррозионный сублимат). [10] 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 salibusбыла одной из основных справочных работ, были очарованы хлорирующими свойствами коррозионного сублимата, и вскоре они обнаружили, что, когда металлы удаляются из процесса нагревания купороса, квасцов и солей, сильные минеральные кислоты можно непосредственно перегонять. [11] 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 водкебыл приготовлен добавлением хлорида аммония к азотной кислоте. [12] 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 развиваться только в последующие столетия. [13] 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 авторов. современные химики, такие как Андреас Либавиус (ок. 1550–1616), Жан Беген (1550–1620) и Освальд Кролл (ок. 1563–1609).[14] 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. составной природы тел. [15]

Этимология [ править ]

Поскольку соляную кислоту получали из каменной соли по методам Иоганна Рудольфа Глаубера , европейские алхимики исторически называли соляную кислоту духами соли или acidum salis (соляная кислота). Оба имени все еще используются, особенно в других языках, таких как немецкий : Salzsäure , голландский : Zoutzuur , шведский : Saltsyra , турецкий : Tuz Ruhu , польский : kwas solny , чешский : kyselina solná , болгарский: солна киселина, русский язык : соляная кислота, китайский :盐酸 / 鹽酸, корейский : 염산 (鹽酸) и японский : 塩 酸.

Газообразный HCl получил название морской кислый воздух . 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. [1] [16] Название соляная кислота было придумано французским химиком Жозефом Луи Гей-Люссаком в 1814 году. [17]

Промышленные разработки [ править ]

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. Ранним исключением был Bonnington Chemical Works.где в 1830 году HCl начал улавливаться, а полученная соляная кислота использовалась для производства соляного аммиака ( хлорида аммония ). [18] После принятия закона производители кальцинированной соды были обязаны поглощать отработанный газ водой, производя соляную кислоту в промышленных масштабах. [19] [20]

В 20-м веке процесс Леблана был фактически заменен процессом Сольве без побочного продукта соляной кислоты. Поскольку соляная кислота уже полностью утвердилась в качестве важного химического вещества во многих применениях, 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 . [19] [20] [7]

Структура и реакции [ править ]

Соляная кислота - это соль протонированной воды и хлорида. Комбинированное исследование концентрированной соляной кислоты с помощью ИК, комбинационного рассеяния света, рентгеновских лучей и нейтронной дифракции 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. [21] (См. Hydronium для дальнейшего обсуждения этого вопроса.)

Кислотность [ править ]

Как сильная кислота, хлористый водород имеет большой K a . Теоретические оценки показывают, что p K a хлористого водорода составляет -5,9. [5] 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 кислая, как 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 - . [22]

Физические свойства [ править ]

Температура плавления как функция концентрации HCl в воде [23] [24]

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. [25] [26] [27]

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). Между льдом и кристаллизацией [H 7 O 3 ] Cl также существует метастабильная эвтектическая точка 24,8% . [27] Они всеСоли гидроксония .

Производство [ править ]

Соляную кислоту обычно получают промышленным способом путем растворения хлористого водорода в воде. Хлористый водород может быть получен многими 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. [25] [26]

Промышленный рынок [ править ]

Соляная кислота выпускается в растворах до 38% HCl (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 позволяет сбалансировать эффективность транспортировки и потери продукта из-за испарения. В Соединенных Штатах растворы от 20% до 32% продаются как соляная кислота. Растворы для бытовых целей в США, в основном для очистки, обычно составляют от 10% до 12%, при этом настоятельно рекомендуется разбавлять их перед использованием. В Соединенном Королевстве, где он продается как «духи соли» для бытовой химии, его эффективность такая же, как у промышленного сорта США. [19] 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%.

Крупнейшие 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. Общее мировое производство, для целей сравнения, выраженное в HCl, оценивается в 20 Мт / год, из которых 3 Мт / год - за счет прямого синтеза, а остальное - как вторичный продукт из органического и аналогичного синтезов. Безусловно, большая часть соляной кислоты потребляется производителем самостоятельно. Объем открытого мирового рынка оценивается в 5 млн т / год. [19]

Приложения [ править ]

Соляная кислота - сильная неорганическая кислота, которая используется во многих промышленных процессах, таких как рафинирование металлов. Приложение часто определяет необходимое качество продукта. [19] Хлористый водород, а не соляная кислота, более широко используется в промышленной органической химии, например, для винилхлорида и дихлорэтана . [8]

Травление стали [ править ]

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 , гальванизация и другие методы. [19] [7] Техническое качество HCl обычно с концентрацией 18% является наиболее часто используемым травильным агентом для травления углеродистых сталей .

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 отрасли травления стали разработаны процессы регенерации соляной кислоты , такие как распылительный обжиговой аппарат или процесс регенерации HCl в псевдоожиженном слое, которые позволяют извлекать HCl из отработанного травильного раствора. Наиболее распространенный процесс регенерации - это процесс пирогидролиза, по следующей формуле: [19]

За счет рекуперации отработанной кислоты создается замкнутый кислотный цикл. [7] оксид железа (III) , побочным продуктом процесса регенерации является ценным, используется в различных вторичных отраслях промышленности. [19]

Производство неорганических соединений [ править ]

Подобно использованию для травления, соляная кислота используется для растворения многих металлов, оксидов металлов и карбонатов металлов. Преобразование часто изображают в упрощенных уравнениях:

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. [25] [26] [7]

Контроль и нейтрализация pH [ править ]

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

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 бассейне. [7]

Регенерация ионообменников [ править ]

Качественная 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. [19] 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. [19]

Лабораторное использование [ править ]

Из шести распространенных в химии сильных минеральных кислот 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. Тоже 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 на момент ее приготовления. [28]

Другое [ править ]

Соляная кислота используется в большом количестве небольших применений, таких как обработка кожи, уборка дома [29] и строительство зданий. [7] 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 . [19]

Соляная кислота используется 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:

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 пищевого усилителя и при производстве желатина . Пищевая (особо чистая) соляная кислота может применяться при необходимости для конечного продукта. [19] [7]

Присутствие в живых организмах [ править ]

Схема щелочного слизистого слоя желудка с защитными механизмами слизистой оболочки

Желудочная кислота - один из основных секретов желудка. Он состоит в основном из соляной кислоты и подкисляет содержимое желудка до pH от 1 до 2. [30] [31] Ионы хлорида (Cl - ) и водорода (H + ) секретируются отдельно в области дна желудка в верхней части желудка. желудка с помощью париетальных клеток в слизистой оболочке желудка в секреторной сеть под названием канальцы , прежде чем она поступает в полость желудка. [32]

Кислота желудочного сока действует как барьер против микроорганизмов, предотвращает инфекции 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 пепсиноген- предшественник фермента в активный фермент пепсин путем саморасщепления. После выхода из желудка соляная кислота химуса нейтрализуется в двенадцатиперстной кишке с помощью бикарбоната . [30]

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. [30] [33]

Безопасность [ править ]

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. [8]

Соляная кислота была 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 . [35]

См. Также [ править ]

  • Хлорид , неорганические соли соляной кислоты
  • Гидрохлорид , органические соли соляной кислоты
  • Царская водка

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b «Соляная кислота» . Архивировано из оригинального 15 октября 2010 года . Проверено 16 сентября 2010 года .
  2. ^ "духи соли" . Проверено 29 мая 2012 года .
  3. ^ Фавр HA, Пауэлл WH, ред. (2014). Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные наименования 2013 . Кембридж: Королевское химическое общество . п. 131.
  4. ^ «Соляная кислота» . www.chemsrc.com .
  5. ^ a b Trummal A, Lipping L, Kaljurand I, Koppel IA, Leito I (май 2016 г.). «Кислотность сильных кислот в воде и диметилсульфоксиде». Журнал физической химии . 120 (20): 3663–9. Bibcode : 2016JPCA..120.3663T . DOI : 10.1021 / acs.jpca.6b02253 . PMID 27115918 . 
  6. ^ a b c Sigma-Aldrich Co. , соляная кислота .
  7. ^ Б с д е е г ч Greenwood, Norman N. ; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . С. 946–48. ISBN 978-0-08-037941-8.
  8. ^ a b c Остин, Северин; Гловацки, Арндт (2000). Соляная кислота . DOI : 10.1002 / 14356007.a13_283 . ISBN 3527306730.
  9. ^ Multhauf, Роберт П. (1966). Истоки химии . Лондон: Олдборн. С. 141-142.
  10. ^ Multhauf 1966 , стр. 160-162.
  11. ^ Multhauf 1966 , стр. 162-163.
  12. Карпенко, Владимир; Норрис, Джон А. (2002). «Купорос в истории химии» . Chemické listy . 96 (12): 997–1005.п. 1002.
  13. ^ Multhauf 1966 , стр. 204.
  14. ^ Multhauf 1966 , стр. 208, примечание 29; ср. п. 142, примечание 79.
  15. ^ Ньюман, Уильям Р. (2006). Атомы и алхимия: химия и экспериментальные истоки научной революции . Чикаго: Издательство Чикагского университета.п. 98.
  16. ^ "Соляная кислота" (PDF) . PPG Industries . 2005. Архивировано из оригинального (PDF) 2 июля 2015 года . Проверено 10 сентября 2010 года .
  17. ^ Гей-Люссак (1814) "Мемуаре l'МООД" (Memoir по йоду), Annales де Chemie , 91  : 5-160. Со страницы 9: «… mais pour les different, je propose d'ajouter au mot spécifique de l'acide que l'on considère, le mot générique de hydro ; de sorte que le combinaisons acide de hydrogène avec le chlore, l'iode , et le soufre porteraient le nom d'acide hydrochlorique, d'acide hydroiodique, et d'acide hydrosulfurique;… » (… но для того, чтобы различать их, я предлагаю добавить к конкретному суффиксу рассматриваемой кислоты общий приставка гидро, так что кислотные комбинации водорода с хлором, йодом и серой будут называться соляная кислота, йодистоводородная кислота и сероводородная кислота; …)
  18. ^ Ronalds BF (2019). "Боннингтонский химический завод (1822-1878): Пионерская компания по производству угольной смолы". Международный журнал истории техники и технологий . 89 (1–2): 73–91. DOI : 10.1080 / 17581206.2020.1787807 . S2CID 221115202 . 
  19. ^ a b c d e f g h i j k l "Соляная кислота". Справочник по экономике химической промышленности . SRI International . 2001. С. 733.4000A – 733.3003F.
  20. ^ а б Афталион F (1991). История международной химической промышленности . Филадельфия: Университет Пенсильвании Press. ISBN 978-0-8122-1297-6.
  21. ^ Agmon N (январь 1998). «Структура концентрированных растворов HCl». Журнал физической химии . 102 (1): 192–199. Bibcode : 1998JPCA..102..192A . CiteSeerX 10.1.1.78.3695 . DOI : 10.1021 / jp970836x . ISSN 1089-5639 .  
  22. ^ МакКарти CG, Vitz E (май 2006). «Парадоксы pH: демонстрация того, что это неправда, что pH ≡ −log [H + ]». Журнал химического образования . 83 (5): 752. Bibcode : 2006JChEd..83..752M . DOI : 10.1021 / ed083p752 . ISSN 0021-9584 . 
  23. ^ "Системный номер 6 Хлор". Gmelins Handbuch der Anorganischen Chemie . Chemie Berlin. 1927 г.
  24. ^ "Systemnummer 6 Chlor, Ergänzungsband Teil B - Lieferung 1". Gmelins Handbuch der Anorganischen Chemie . Chemie Weinheim. 1968 г.
  25. ^ а б в Lide D (2000). CRC Справочник по химии и физике (81-е изд.). CRC Press . ISBN 978-0-8493-0481-1.
  26. ^ a b c Перри Р., Грин Д., Мэлони Дж. (1984). Справочник инженеров-химиков Перри (6-е изд.). Книжная компания McGraw-Hill . ISBN 978-0-07-049479-4.
  27. ^ a b Свойства осины . программное обеспечение для моделирования бинарных смесей (расчеты под ред. Akzo Nobel Engineering). Aspen Technology. 2002–2003 гг.
  28. ^ Mendham J, Денни RC, Barnes JD, Томас MJ, Денни RC, Томас MJ (2000). Количественный химический анализ Фогеля (6-е изд.). Нью-Йорк: Прентис-Холл. ISBN 978-0-582-22628-9.
  29. ^ Симхон R (13 сентября 2003). «Бытовая техника: грязная ванная» . Дейли телеграф . Лондон . Проверено 31 марта 2010 года .
  30. ^ a b c Матон А., Хопкинс Дж., Маклафлин К. В., Джонсон С., Уорнер М. К., ЛаХарт Д., Райт Дж. Д. (1993). Биология человека и здоровье . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси, США: Прентис Холл. ISBN 978-0-13-981176-0.
  31. ^ Хаас Э. "Пищеварительные средства: соляная кислота" . Healthy.net .
  32. ^ Arthur C, Гуйтон MD, Hall JE (2000). Учебник медицинской физиологии (10-е изд.). Компания WB Saunders . ISBN 978-0-7216-8677-6.
  33. Bowen R (18 марта 2003 г.). «Контроль и физиологические эффекты секретина» . Государственный университет Колорадо . Проверено 16 марта 2009 года .
  34. ^ "Регламент (ЕС) № 1272/2008 Европейского парламента и Совета от 16 декабря 2008 г. о классификации, маркировке и упаковке веществ и смесей, изменяющий и отменяющий Директивы 67/548 / EEC и 1999/45 / EC, и вносящий поправки Регламент (ЕС) № 1907/2006 " . EUR-lex . Проверено 16 декабря 2008 года .
  35. ^ Список прекурсоров и химикатов, часто используемых при незаконном изготовлении наркотических средств и психотропных веществ под международным контролем (PDF) (Одиннадцатое изд.). Международный комитет по контролю над наркотиками . Январь 2007. Архивировано из оригинального (PDF) 27 февраля 2008 года .

Внешние ссылки [ править ]

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 )
  • Хлористый водород (химическое соединение) в Британской энциклопедии
  • Веб-книга NIST, общая ссылка
  • Соляная кислота - часть первая и соляная кислота - часть вторая в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
  • Калькуляторы: поверхностное натяжение , плотность, молярность и моляльность водного HCl.
Общая информация по безопасности
  • Резюме опасностей EPA
  • MSDS соляной кислоты, Технологический институт Джорджии
  • Карманный справочник NIOSH по химической опасности
Информация о загрязнении
  • Национальный реестр загрязнителей - Информационный бюллетень по соляной кислоте