Имена | |||
---|---|---|---|
Название ИЮПАК Хлороводород [1] | |||
Другие имена Газообразная соляная кислота Соляной газ | |||
Идентификаторы | |||
3D модель ( JSmol ) | |||
1098214 | |||
ЧЭБИ | |||
ЧЭМБЛ | |||
ChemSpider | |||
ECHA InfoCard | 100.028.723 | ||
Номер ЕС |
| ||
322 | |||
КЕГГ | |||
MeSH | Соляная + кислота | ||
PubChem CID | |||
Номер RTECS |
| ||
UNII | |||
Номер ООН | 1050 | ||
CompTox Dashboard ( EPA ) | |||
| |||
| |||
Характеристики | |||
HCl | |||
Молярная масса | 36,46 г / моль | ||
Внешность | Бесцветный газ | ||
Запах | острый; острый и жгучий | ||
Плотность | 1,49 г / л [2] | ||
Температура плавления | -114,22 ° С (-173,60 ° F, 158,93 К) | ||
Точка кипения | -85,05 ° С (-121,09 ° F, 188,10 К) | ||
823 г / л (0 ° C) 720 г / л (20 ° C) 561 г / л (60 ° C) | |||
Растворимость | растворим в метаноле , этаноле , эфире | ||
Давление газа | 4352 кПа (при 21,1 ° C) [3] | ||
Кислотность (p K a ) | −3,0; [4] -5,9 (± 0,4) [5] | ||
Основность (p K b ) | 17.0 | ||
Конъюгированная кислота | Хлороний | ||
Основание конъюгата | Хлористый | ||
Показатель преломления ( n D ) | 1.0004456 (газ) 1.254 (жидкость) | ||
Вязкость | 0,311 сП (-100 ° С) | ||
Структура | |||
Молекулярная форма | линейный | ||
Дипольный момент | 1.05 D | ||
Термохимия | |||
Теплоемкость ( C ) | 0,7981 Дж / (К · г) | ||
Стандартная мольная энтропия ( S | 186,902 Дж / (К · моль) | ||
Std энтальпия формации (Δ F H ⦵ 298 ) | −92,31 кДж / моль | ||
Стандартная энтальпия сгорания (Δ c H ⦵ 298 ) | -95,31 кДж / моль | ||
Фармакология | |||
Код УВД | A09AB03 ( ВОЗ ) B05XA13 ( ВОЗ ) | ||
Опасности | |||
Паспорт безопасности | Паспорт безопасности данных JT Baker | ||
Пиктограммы GHS | |||
Сигнальное слово GHS | Опасность | ||
Заявления об опасности GHS | H280 , H314 , H331 | ||
Меры предосторожности GHS | P261 , P280 , P305 + 351 + 338 , P310 , P410 + 403 | ||
NFPA 704 (огненный алмаз) | 0 3 1 КИСЛОТА | ||
Смертельная доза или концентрация (LD, LC): | |||
LD 50 ( средняя доза ) | 238 мг / кг (крыса, перорально) | ||
ЛК 50 ( средняя концентрация ) | 3124 частей на миллион (крыса, 1 час ) 1108 частей на миллион (мышь, 1 час) [7] | ||
LC Lo ( самый низкий опубликованный ) | 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 | |||
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 ?) | |||
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 ]
Хлористый водород - это двухатомная молекула , состоящая 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 практически полностью диссоциирует или ионизируется 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 ]
Замороженный 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 расположены гранецентрированным массивом . 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]
Температура (° C) | 0 | 20 | 30 | 50 |
---|---|---|---|---|
Вода | 823 | 720 | 673 | 596 |
Метанол | 513 | 470 | 430 | |
Этиловый спирт | 454 | 410 | 381 | |
Эфир | 356 | 249 | 195 |
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.
Чтобы продвинуть молекулу HCl из состояния v = 0 в состояние v = 1, мы ожидаем увидеть инфракрасное поглощение около ν o = ν e + 2 x e ν 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 значения только ± 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 ее 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, так как 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 приведенные 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 соль хлорида 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 ]
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 . Альтернативно, HCl может быть получен 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 также может быть получен путем гидролиза 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, приписываемые Джабиру ибн Хайяну (латинское: Гебер) и персидскому врачу и алхимику Абу Бакр 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 (например, 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 производства 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 производства 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 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 J (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 земель; 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, Пауль (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 химической опасности
- ^ «Хлористый водород» . CDC - Тема безопасности и гигиены труда NIOSH . 5 марта 2012 . Дата обращения 15 июля 2016 .
Внешние ссылки [ править ]
Викискладе есть медиафайлы по теме хлористого водорода . |
- Международная карта химической безопасности 0163
- Thames & Kosmos Chem C2000 Руководство по эксперименту