Хлороводень

Хлороводень
Ідентифікатори
Номер CAS	7647-01-0
Властивості
Молекулярна формула	HCl
Молярна маса	36,5 г/моль
Зовнішній вигляд	безбарвний газ
Густина	1,477 г/л
Тпл	−114,22
Ткип	-85
Розчинність (вода)	добра
Кислотність (pKa)	–7,0
Небезпеки
Індекс ЄС	017-002-00-2
Класифікація ЄС	T C
Якщо не зазначено інше, дані приведені для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Хлорово́день (HCl) — безбарвний задушливий газ з різким запахом, димить на повітрі. Легко розчиняється у воді (500 об'ємів газу у 1 об'ємі води) з утворенням соляної кислоти. Іноді хлороводнем помилково називають соляну кислоту.

Історія

Алхіміки середньовіччя знали про «Acidum Calic» (так вони називали соляну кислоту), та газ який з неї утворюється, який називали «Солоне повітря». В 17 сторіччі, Йоганн Рудольф Глаубер використовуючи сіль (хлорид натрію) та сірчану кислоту для виробництва сульфату натрію виділив хлороводень. Карл Вільгельм Шеєле також згадує цю реакцію в 1772 році, відкриття хлороводню приписується йому. У тому ж році Джозеф Прістлі і Гемфрі Деві виявили, що хлороводень складається з водню і хлору.

Під час промислової революції, попит на лужні речовини, такі як карбонат натрію (Na₂CO₃), збільшився, в 1791 році Ніколя Леблан розробив новий виробничий процес виробництва кальцинованої соди. У цьому методі кухонна сіль перетворюється в карбонат натрію, сірчану кислоту, вапняк та вуглекислий газ і хлороводень як побічний продукт. До 1863 року, хлористий водень викидався в повітря, але згодом за допомогою рослинної золи хлороводень розчиняли у воді, виробляючи соляну кислоту в промислових масштабах. На початку 20 століття, метод Леблана замінив «методу Сольве», в якому хлороводень не виділявся. Тим не менш, виробництво хлороводню продовжувалось, оскільки соляна кислота активно використовувалась.

У 20-му столітті, хлороводень почали використовувати для виробництва хлоропену, вінілхлориду і т.д

Фізичні властивості

Соляна кислота змінює колір паперу, червоний показує, що розчин має кисле середовище

Хлористий водень складається з двоатомних молекул, кожна з яких складається з Гідрогену і Хлору. Молекула пов'язана ковалентним зв'язком. Так як атом Хлору набагато більш електронегативний, ніж атом Гідрогену, ковалентний зв'язок між двома атомами абсолютно полярний. Отже, молекула має великий дипольний момент з негативним частковим зарядом δ⁻ на атом хлору і позитивний частковий заряд δ⁺ в атомі водню. Частково через високу полярність, HCl дуже розчинний у воді (і в інших полярних розчинниках). При контакті, H₂O і HCl в сукупності утворюють катіон гідроксонію, Н₃O⁺ та хлорид аніон Cl⁻ через оборотну хімічну реакцію:

$\mathrm{HCl + H_2O\leftrightarrow \ H_3O^+ + \ Cl^-}$

Отриманий розчин — соляна кислота. Процес розчинення сильно екзотермічний. Константа дисоціації або константа іонізації,K_a, велика, що означає, HCl дисоціює і іонізується практично повністю у воді. Навіть за відсутності води, хлористий водень все ще може виступати як кислота. Наприклад, хлористий водень може розчинятися в деяких інших розчинниках, таких як метанол. Через свій кислий характер, хлористий водень відноситься до корозійних матеріалів, особливо в присутності вологи.

З водою HCl утворює азеотропну суміш, що містить 20,24% HCl.

Структура і властивості

Структура DCl, визначена нейтронною дифракцією DCl в порошкоподібному стані при температурі -196,15 С°. DCl був використаний замість соляної кислоти, оскільки ядро Дейтерію легше виявити, ніж ядро водню. "Нескінченний" ланцюг DCl позначений пунктирними лініями.

Природний хлор складається з двох ізотопів, ³⁵Cl і ³⁷Cl, у співвідношенні приблизно 3:1. За нормальних умов, хлороводень — це безбарвний газ, який на повітрі димить, взаємодіючи з атмосферною вологою. У рідкому вигляді — безбарвна легко рухома рідина. Кристалізується в кубічну ґратку, нижче −174,15 С ° з утворенням ромбічної модифікації.

Хімічні властивості

• Соляна кислота є сильною одноосновною кислотою, вона енергійно взаємодіє з усіма металами, що стоять в ряду напруг лівіше водню, з основними та амфотерними оксидами, основами і солями, утворюючи солі — хлориди:

$\mathrm{Mg+2HCl\longrightarrow \ MgCl_2 + \ H_2\uparrow}$

$\mathrm{FeO+2HCl\longrightarrow \ FeCl_2 + \ H_2O}$

Хлориди надзвичайно поширені і мають дуже широке застосування (галіт, сильвін). Більшість з них добре розчиняється у воді і повністю дисоціює на іони. Слаборозчинними є хлорид свинцю (PbCl₂), хлорид срібла (AgCl), хлорид ртуті (I) (Hg₂Cl₂ ,каломель) і хлорид міді (I) (CuCl), що використовується в аналітичній хімії для якісного виявлення хлоридів.

• При дії сильних окисників або при електролізі хлороводень проявляє відновні властивості:

$\mathrm{MnO_2+4HCl\longrightarrow \ MnCl_2 + \ Cl_2\uparrow\ + 2H_2O}$

• При нагріванні хлороводень окислюється киснем (каталізатор — хлорид міді (II) CuCl₂):

$\mathrm{4HCl+O_2\longrightarrow\ 2H_2O + 2Cl_2\uparrow}$

• Проте, концентрована соляна кислота реагує з міддю, при цьому утворюється комплекс одновалентного Купруму:

$\mathrm{2Cu+4HCl\longrightarrow\ 2H[CuCl_2] + 2H_2\uparrow}$

• Суміш 3 об'ємних частин концентрованої соляної і 1 об'ємної частки концентрованої азотної кислот називається «Царська вода» (також «Царська водка», «Царська горілка»). Царська вода здатна розчиняти навіть золото та платину. Висока окисна активність царської горілки обумовлена ​​присутністю в ній хлористого нітрозилу та хлору, що знаходяться в рівновазі з вихідними речовинами:

$\mathrm{4H_3O^+ +3Cl^- + NO_3^-\leftrightarrow\ NOCl + Cl_2 + 6H_2O}$

Завдяки високій концентрації хлорид-іонів в розчині метал зв'язується в хлоридний комплекс, що сприяє його розчинення:

$\mathrm{3Pt +4HNO_3 + 18HCl\longrightarrow\ 3H_2[PtCl_6] + 4NO\uparrow\ + 8H_2O}$

• Для хлороводню також характерні реакції приєднання до кратних зв'язків (електрофільне приєднання):

$\mathrm{R-CH=CH_2 + HCl\longrightarrow\ R-CHCl-CH_3}$

$\mathrm{RC = CH + 2HCl\longrightarrow\ R-CCl_2 - CH_3}$

• Приєднується до сірчаного ангідриду, утворюючи хлорсульфонову кислоту HSO₃Cl:

$\mathrm{SO_3 + HCl \longrightarrow \ HSO_3Cl}$

Отримання

У лабораторних умовах хлороводень одержують при дії концентрованої сульфатної кислоти на хлорид натрію при сильному нагріванні:

• $\mathrm{2NaCl+H_2SO_4\longrightarrow \ Na_2SO_4 + \ 2HCl\uparrow}$

У промисловості його добувають зазвичай спалюванням водню в атмосфері хлору у спеціальних пальниках:

• $\mathrm{Cl_2+H_2\longrightarrow \ 2HCl\uparrow}$
• HCl також можна отримати гідролізом ковалентних галогенідів, таких як хлористий фосфорит, тіонілхлорид (SOCl₂), і гідролізом хлорангідридів карбонових кислот:

$\mathrm{PCl_5+H_2O\longrightarrow \ POCl_3 + 2HCl\uparrow}$

$\mathrm{R-COCl + H-OH\longrightarrow \ R - COOH + HCl\uparrow}$

Соляну кислоту отримують розчиненням газоподібного хлороводню у воді. Цілком сухий HCl не проводить електричного струму і майже не взаємодіє з металами.

Безпека

Вдихання хлороводню може призвести до кашлю, задухи, запалення носу, горла, і верхніх дихальних шляхів, а у важких випадках, набряк легенів, порушення роботі кровоносної системи, і навіть смерть. Контактуючи зі шкірою може викликати почервоніння, біль, і важкі опіки. Хлористий водень може викликати серйозні опіки очей і незворотне пошкодження очей.

Див. також

• Хлориди
• Шлунковий сік

Джерела

• Ф. А. Деркач «Хімія» Л. 1968

Розчинність кислот, основ і солей у воді H+ Li+ K+ Na+ NH4+ Ba2+ Ca2+ Mg2+ Sr2+ Al3+ Cr3+ Fe2+ Fe3+ Ni2+ Co2+ Mn2+ Zn2+ Ag+ Hg2+ Hg22+ Pb2+ Sr2+ Sn2+ Cu+ OH− P P P - P М Н М Н Н Н - Н Н Н Н - - - Н Н - Н F- P Н P P Р М Н Н М Р Н Н Н Р Р М Р Р М М Н Р Р ? Cl- P P P P Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Н Р Н М - Н Р Br- P P P P Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Н М Н М Р H Р I- P P P P Р Р Р Р Р Р ? Р - Р Р Р Р Н Н Н Н М Н - S2- P P P P - Р М Н Р - - Н - Н Н Н Н Н Н - Н Н Н Н SO32- P P P P Р М М М Н ? ? М ? Н Н Н М Н Н Н Н ? Н ? SO42- P P P P Р Н М Р Н Р Р Р Р Р Р Р Р М - Н Н Р Р Р NO3- P P P P Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р - Р - Р Р NO2- P P P P Р Р Р Р Р ? ? ? ? Р М ? ? М ? ? ? ? ? ? PO43- P Н P P - Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н ? Н Н Н Н CO32- М Р P P Р Н Н Н Н - - - - Н Н - - Н - Н - - ? - CH3COO- P Р P P Р Р Р Р Р - Р Р - Р Р Р Р Р Р М Р - Р Р CN- P Р P P Р Р Р Р Р ? Н Н - Н Н Н Н Н Р Н Р - - Н SiO32- H Н P P ? Н Н Н Н ? ? Н ? ? ? Н Н ? ? ? Н ? ? ?