Хлороводород, соляная кислота и их свойств

Источники

Биологическая роль и токсичность:

Хлор относится к важнейшим биогенным элементам и входит в состав всех живых организмов. У животных и человека, ионы хлора участвуют в поддержании осмотического равновесия, хлорид-ион имеет оптимальный радиус для проникновения через мембрану клеток. Ионы хлора жизненно необходимы растениям, участвуя в энергетическом обмене у растений, активируя окислительное фосфорилирование.
Хлор в виде простого вещества ядовит, при попадании в лёгкие вызывает ожог лёгочной ткани, удушье. Раздражающее действие на дыхательные пути оказывает при концентрации в воздухе около 0,006 мг/л (т.е. в два раза выше порога восприятия запаха хлора). Хлор был одним из первых химических отравляющих веществ, использованных Германией в Первую Мировую войну.

Короткова Ю., Швецова И.
ХФ ТюмГУ, 571 группа.

3. Химические свойства

Хлориды чрезвычайно распространены и имеют широчайшее применение ( галит, сильвин). Большинство из них хорошо растворяется в воде и полностью диссоциирует на ионы. Слаборастворимых является хлорид свинца (PbCl _2),хлорид серебра (AgCl), хлорид ртути (I) (Hg ₂ Cl _2, каломель) и хлорид меди (I) (CuCl).

При действии сильных окислителей или при электролизе хлороводород проявляет восстановительные свойства:

При нагревании хлороводород окисляется кислородом (катализатор — хлорид меди (II) CuCl 2):

Однако, концентрированная соляная кислота реагирует с медью, при этом образуется комплекс одновалентной меди:

Смесь 3 объемных частей концентрированной соляной и 1 объемной доли концентрированной азотной кислот называется «Царская вода». Царская вода способна растворять даже золото и платину. Высокая окислительная активность царской водки обусловлена ​​присутствием в ней хлористого нитрозо и хлора, находящиеся в равновесии с исходными веществами:

Благодаря высокой концентрации хлорид-ионов в растворе металл связывается в хлоридный комплекс, что способствует его растворения:

Для хлороводорода также характерны реакции присоединения к кратным связям (электрофильное присоединения):

Присоединяется к серного ангидрида, образуя хлорсульфоновой кислоту HSO 3 Cl:

Химические свойства:

Хлор очень активен — он непосредственно соединяется почти со всеми элементами периодической системы, металлами и неметаллами (кроме углерода, азота, кислорода и инертных газов). Хлор очень сильный окислитель, вытесняет менее активные неметаллы (бром, иод) из их соединений с водородом и металлами:
Cl₂ + 2HBr = Br₂ + 2HCl; Cl₂ + 2NaI = I₂ + 2NaCl
При растворении в воде или щелочах, хлор дисмутирует, образуя хлорноватистую (а при нагревании хлорную) и соляную кислоты, либо их соли.
Cl₂ + H₂O HClO + HCl;

Хлор взаимодействует со многими органическими соединениями, вступая в реакции замещения или присоединения:
CH₃-CH₃ + xCl₂ => C₂H_6-xCl_x + xHCl
CH₂=CH₂ + Cl₂ => Cl-CH₂-CH₂-Cl
C₆H₆ + Cl₂ => C₆H₆Cl + HCl
Хлор имеет семь степеней окисления: -1, 0, +1, +3, +4, +5, +7.

Получение

Соляную кислоту получают растворением газообразного хлороводорода в воде. Хлороводород получают сжиганием водорода в хлоре, полученная таким способом кислота называется синтетической. Также соляную кислоту получают из абгазов — побочных газов, образующихся при различных процессах, например, при хлорировании углеводородов. Хлороводород, содержащийся в этих газах, называется абгазным, а полученная таким образом кислота — абгазной. В последние десятилетия доля абгазной соляной кислоты в объёме производства постепенно увеличивается, вытесняя кислоту, полученную сжиганием водорода в хлоре. Но полученная методом сжигания водорода в хлоре соляная кислота содержит меньше примесей и применяется при необходимости высокой чистоты.

В лабораторных условиях используется разработанный ещё алхимиками способ, заключающийся в действии концентрированной серной кислоты на поваренную соль:

NaCl +H2SO4→150 ∘CNaHSO4 +HCl{\displaystyle {\ce {NaCl\ +H2SO4->NaHSO4\ +HCl}}}.

При температуре выше 550 °C и избытке поваренной соли возможно взаимодействие:

2NaCl +H2SO4→550 ∘CNa2SO4 +2HCl{\displaystyle {\ce {2NaCl\ +H2SO4->Na2SO4\ +2HCl}}}.

Возможно получение путём гидролиза хлоридов магния, алюминия (нагревается гидратированная соль):

MgCl2⋅6H2O→t, ∘CMgO +2HCl +5H2O{\displaystyle {\ce {MgCl2.6H2O->MgO\ +2HCl\ +5H2O}}},

AlCl3⋅6H2O→t, ∘CAl(OH)3 +3HCl +3H2O{\displaystyle {\ce {AlCl3.6H2O->Al(OH)3\ +3HCl\ +3H2O}}}.

Эти реакции могут идти не до конца с образованием основных хлоридов (оксихлоридов) переменного состава, например:

2MgCl2+H2O⟶Mg2OCl2+2HCl{\displaystyle {\ce {2MgCl2 + H2O -> Mg2OCl2 + 2HCl}}}

В промышленности хлороводород получают реакцией горения водорода в хлоре:

H2+Cl2⟶2HCl{\displaystyle {\ce {H2 + Cl2 -> 2HCl}}}

Хлороводород хорошо растворим в воде. Так, при 0 °C 1 объём воды может поглотить 507 объёмов HCl{\displaystyle {\ce {HCl}}}, что соответствует концентрации кислоты 45 %. Однако при комнатной температуре растворимость HCl{\displaystyle {\ce {HCl}}} ниже, поэтому на практике обычно используют 36-процентную соляную кислоту.

История открытия:

Впервые хлор был получен в 1772 г. Шееле, описавшим его выделение при взаимодействии пиролюзита с соляной кислотой в своём трактате о пиролюзите:
4HCl + MnO₂ = Cl₂ + MnCl₂ + 2H₂O
Шееле отметил запах хлора, схожий с запахом царской водки, его способность взаимодействовать с золотом и киноварью, а также его отбеливающие свойства.
Однако Шееле, в соответствии с господствовавшей в химии того времени теории флогистона, предположил, что хлор представляет собой дефлогистированную соляную кислоту, то есть оксид соляной кислоты. Бертолле и Лавуазье предположили, что хлор является оксидом элемента мурия, однако попытки его выделения оставались безуспешными вплоть до работ Дэви, которому электролизом удалось разложить поваренную соль на натрий и хлор.
Название элемента происходит от греческого clwroz — «зелёный».

Важнейшие соединения:

Хлороводород HCl — бесцветный газ, на воздухе дымит вследствие образования с парами воды капелек тумана. Обладает резким запахом, сильно раздражает дыхательные пути. Содержится в вулканических газах и водах, в желудочном соке. Химические свойства зависят от того, в каком состоянии он находится (может быть в газообразном, жидком состоянии или в растворе). Раствор HCl называется соляной (хлороводородной) кислотой. Это сильная кислота, вытесняет более слабые кислоты из их солей. Соли — хлориды — твёрдые кристаллические вещества с высокими температурами плавления.
Ковалентные хлориды — соединения хлора с неметаллами, газы, жидкости или легкоплавкие твёрдые вещества, имеющие характерные кислотные свойства, как правило легко гидролизующиеся водой с образованием соляной кислоты:
PCl₅ + 4H₂O = H₃PO₄ + 5HCl;
Оксид хлора(I) Cl₂O., газ буровато-желтого цвета с резким запахом. Поражает дыхательные органы. Легко растворяется в воде, образуя хлорноватистую кислоту. Хлорноватистая кислота HClO. Существует только в растворах. Это слабая и неустойчивая кислота. Легко разлагается на соляную кислоту и кислород. Сильный окислитель. Образуется при растворении хлора в воде. Соли — гипохлориты, малоустойчивы (NaClO*H₂O при 70 °C разлагается со взрывом), сильные окислители. Широко используется для отбеливания и дезинфекции хлорная известь, смешанная соль Ca(Cl)OClХлористая кислота HClO₂, в свободном виде неустойчива, даже в разбавленном водном растворе она быстро разлагается. Кислота средней силы, соли — хлориты, как правило, бесцветны и хорошо растворимы в воде. В отличие от гипохлоритов, хлориты проявляют выраженные окислительные свойства только в кислой среде. Наибольшее применение (для отбелки тканей и бумажной массы) имеет хлорит натрия NaClO₂.Оксид хлора(IV) ClO₂, — зеленовато-желтый газ с неприятным (резким) запахом, …Хлорноватая кислота , HClO₃ — в свободном виде нестабильна: диспропорционирует на ClO₂ и HClO₄. Соли — хлораты; из них наибольшее значение имеют хлораты натрия, калия, кальция и магния. Это сильные окислители, в смеси с восстановителями взрывоопасны. Хлорат калия (бертолетова соль) — KClO₃, использовалась для получения кислорода в лаборатории, но из-за высокой опасности её перестали применять. Растворы хлората калия применялись в качестве слабого антисептика, наружного лекарственного средства для полоскания горла.Хлорная кислота HClO₄, в водных растворах хлорная кислота — самая устойчивая из всех кислородсодержащих кислот хлора. Безводная хлорная кислота, которую получают при помощи концентрированной серной кислоты из 72%-ной HСlO₄ мало устойчива. Это самая сильная одноосновная кислота (в водном растворе). Соли — перхлораты, применяются как окислители (твердотопливные ракетные двигатели).

Нахождение в природе, получение:

Природный хлор представляет собой смесь двух изотопов 35Cl и 37Cl. В земной коре хлор — самый распространённый галоген. Поскольку хлор очень активен, в природе он встречается только в виде соединений в составе минералов: галита NaCl, сильвина KCl, сильвинита KCl · NaCl, бишофита MgCl₂·6H₂O, карналлита KCl·MgCl₂·6Н₂O, каинита KCl·MgSO₄·3Н₂О. Самые большие запасы хлора содержатся в составе солей вод морей и океанов.

В промышленных масштабах хлор получают вместе с гидроксидом натрия и водородом при электролизе раствора поваренной соли:
2NaCl + 2H₂О => H₂ + Cl₂ + 2NaOH
Для рекуперации хлора из хлороводорода, являющегося побочным продуктом при промышленном хлорировании органических соединений используется процесс Дикона (каталитическое окисление хлороводорода кислородом воздуха):
4HCl + O₂ = 2H₂O + 2Cl₂

В лабораториях обычно используют процессы, основанные на окислении хлороводорода сильными окислителями (например, оксидом марганца (IV), перманганатом калия, дихроматом калия):
2KMnO₄ + 16HCl = 5Cl₂ + 2MnCl₂ + 2KCl +8H₂O
K₂Cr₂O₇ + 14HCl = 3Cl₂ + 2CrCl₃ + 2KCl + 7H₂O

Физические свойства

Как было сказано выше, в нормальном состоянии хлороводород — это газ. Он несколько тяжелее воздуха, а также обладает гигроскопичностью, т. е. притягивает пары воды прямо из воздуха, образуя при этом густое облака пара. По этой причине говорят, что хлористый водород «дымит» на воздухе. Если охлаждать данный газ, то на отметке -85 °С он сжижается, а к -114 °C становится твердым веществом. При температуре 1500 °С разлагается на простые вещества (исходя из формулы хлористого водорода, на хлор и водород).

Раствор HCl в воде называют соляной кислотой. Она представляет собой бесцветную едкую жидкость. Иногда имеет желтоватый оттенок из-за примесей хлора или железа. Из-за гигроскопичности максимальная концентрация при 20 °С — 37-38 % по массе. От нее же зависят и другие физические свойства: плотность, вязкость, температуры плавления и кипения.

История

Впервые хлороводород получил алхимик Василий Валентин, нагрев гептагидрат сульфата железа с поваренной солью и назвав полученное вещество «духом соли» (лат. spiritus salis). Иоганн Глаубер в XVII в. получил соляную кислоту из поваренной соли и серной кислоты. В 1790 году британский химик Гемфри Дэви получил хлороводород из водорода и хлора, таким образом установив его состав. Возникновение промышленного производства соляной кислоты связано с технологией получения карбоната натрия: на первой стадии этого процесса поваренную соль вводили в реакцию с серной кислотой, в результате чего выделялся хлороводород. В 1863 году в Англии был принят закон «Alkali Act», согласно которому запрещалось выбрасывать этот хлороводород в воздух, а необходимо было пропускать его в воду. Это привело к развитию промышленного производства соляной кислоты. Дальнейшее развитие произошло благодаря промышленным методам получения гидроксида натрия и хлора путём электролиза растворов хлорида натрия.

Симптомы острого отравления:

Животные. При высоких концентрациях — некроз слизистых, главным образом носа и подлежащих тканей, помутнение роговицы. Дыхание иногда замедлено. Общее состояние тяжелое. Поздними следствиями могут быть воспалительные заболевания легких. При смертельном исходе иа вскрытии — отек и гиперемия легких, иногда кровоизлияния в желудке. Вдыхание 6,40 мг/л в течение 30 мин вызывает у кроликов и морских свинок быструю смерть (спазм и отек гортани, отек легкого). Вдыхание 5,0 мг/л в течение 1,5 ч приводит кроликов и морских свинок к смерти через 2-6 дней. При невысоких концентрациях — раздражение слизистой носа, слюнотечение; 0,45 мг/л при воздействии в течение 6 ч вызывают катар дыхательных путей, легкое поражение роговицы. У кошек и кроликов вдыхание 0,15-0,21 мг/л по 6 ч в день в течение 50 дней вызывает лишь беспокойство, раздражение, небольшое уменьшение содержания гемоглобина в крови. 12 экспозиций по 6 ч при 0,05 мг/л не вызывают видимого заболевания у обезьян и других животных (Machle et al.). Интратрахеальное введение 2 или 3 мл/кг 0,1 н. HCl вызывает нарушение дыхания и сердцебиения, гибель собак (Greenfield et al.).

Человек. При высоких концентрациях — раздражение слизистых, в особенности носа; конъюнктивит; помутнение роговицы. Охриплость, чувство удушья, покалывание в груди, насморк, кашель, иногда кровь в мокроте. Концентрации 0,05-0,075 мг/л переносятся с трудом, хотя «привычные» люди выносят в течение нескольких минут даже концентрации 1-2 мг/л. Хроническое отравление вызывает катары дыхательных путей; разрушение зубов; изъязвления слизистой носа и даже прободение носовой перегородки; желудочно-кишечные расстройства; возможны воспалительные заболевания кожи. Описай случай тяжелого отравления: сильное исхудание, слабость; горячая, сухая, землистая кожа; кашель, учащенное дыхание, мелкопузырчатые хрипы; мокрота отхаркивается о большим трудом; сердечная деятельность нормальная, но по нескольку раз в день сильные сердцебиения. Пульс — 70-80. Острые боли в области желудка, рвота желтоватой слизью. По весьма совпадающим данным разных авторов, предельная безвредная при постоянной работе концентрация — 0,015 мг/л. Наблюдается якобы привыкание к хлороводороду, причина которого пока неясна.

Действие на кожу. Туман соляной кислоты, образующийся при нагревании растворов для травления, вызывает резкую болезненность кожи лица. Ожоги в большинстве случаев не столь тяжелы, как при действии серной и азотной кислот. Обычно возникает чисто серозное воспаление с пузырями. Изъязвления развиваются лишь при более длительном воздействии (если, например, после попадания на кожу кислота сразу не отмыта). Тем не менее у травильщиков на руках иногда наблюдаются значительные изъязвления.

2. Физические свойства

Хлористый водород состоит из двухатомных молекул, каждая из которых состоит из водорода и хлора молекула связана ковалентной связью. Так как атом хлора намного больше электроотрицательный, чем атом водорода, ковалентная связь между двумя атомами абсолютно полярными. Итак, молекула имеет большой дипольный момент с отрицательным частичным зарядом δ — на атом хлора и положительный частичный заряд δ + в атоме водорода. Частично из-за высокой полярности, HCl очень растворим в воде (и в других полярных растворителях). При контакте, H ₂ O и HCl в совокупности образуют гидроксония катион, Н ₃ O + и хлорид анион Cl — через оборотную химическую реакцию:

Полученный раствор — соляная кислота. Константа диссоциации или константа ионизации, K _a, большая, значит, HCl диссоциирует и ионизируется практически полностью в воде. Даже при отсутствии воды, хлористый водород все еще может выступать в качестве кислоты. Например, хлористый водород может растворяться в других растворителях, таких как метанол. Через свой кислый характер, хлористый водород относится к коррозионным материалов, особенно в присутствии влаги.

2.1. Структура и свойства

Природный хлор состоит из двух изотопов, 35 Cl и 37 Cl, в соотношении примерно 3:1. Представляет собой бесцветный газ, который на воздухе дымит, взаимодействуя с атмосферной вологою.У жидком виде — бесцветная легко подвижная жидкость. Кристаллизуется в кубическую решетку, ниже -174,15 С с образованием ромбической модификации.Водний раствор хлороводорода называется соляной кислотой. При растворении в воде протекают следующие процессы:

Появление кислотных свойств хлороводорода в растворе объясняется тем, что полярная строение молекул HCl под влиянием очень полярных молекул воды переходит в ионную, вследствие чего молекулы хлорида водорода в растворе диссоциирует:

Процесс растворения сильно экзотермический. С водой HCl образует азеотропную смесь, содержащая 20,24% HCl.

Школьная химия — легко! Урок 100. Хлороводород и соляная кислота

Лечение отравлений:

Немедленно вынести пострадавшего на свежий воздух, освободить от стесняющей дыхание одежды. Ингаляция кислорода. Промывание глаз, носа, полоскание 2% раствором соды. При затруднении дыхания через нос — 2-3% раствор эфедрина 3-4 раза в день по 4-5 капель, подкожно атропин (1 мл 0,1% раствора). Тепло на область шеи. При кашле — кодеин, дионин, тепловлажные ингаляции 2-3% раствора соды (2-3 раза в день по 10 мин). В дальнейшем — отхаркивающие средства, горчичники на область трахеи, теплое молоко с боржомом или содой, маслом или медом. В более тяжелых случаях для профилактики и лечения пневмонии — ингаляции аэрозолей антибиотиков, курс лечения антибиотиками и сульфаниламидами.

При поражении глаз после промывания впустить в глаза по 1 капле 2% раствора новокаина или 0,5% раствора дикаина с адреналином (1:1000) с последующей инсталляцией стерильного вазелинового или персикового масла в конъюнктивальный мешок. Очки-консервы. В дальнейшем — 30% раствор альбуцида, гидрокортизоновая мазь. При попадании кислоты в глаза промывать их водой, а не нейтрализующими (щелочными) растворами.

При попадании крепкой кислоты на кожу — немедленное обмывание ее водой, лучше под давлением (например, из гидранта в течение 5-10 мин. В здравпункте наложить на обожженную поверхность кашицу из соды.

Применение

Перевозка соляной кислоты железнодорожным транспортом осуществляется в специализированных вагонах-цистернах

Промышленность

• Применяется в гидрометаллургии и гальванопластике (травление, декапирование), для очистки поверхности металлов при пайке и лужении, для получения хлоридов цинка, марганца, железа и др. металлов. В смеси с поверхностно-активными веществами используется для очистки керамических и металлических изделий (тут необходима ингибированная кислота) от загрязнений и дезинфекции.
• В пищевой промышленности зарегистрирована как регулятор кислотности (пищевая добавка E507). Применяется для изготовления зельтерской (содовой) воды.

Медицина

Основная статья: Кислотность желудочного сока

Естественная составная часть желудочного сока человека. В концентрации 0,3—0,5 %, обычно в смеси с ферментом пепсином, назначается внутрь при недостаточной кислотности.

Химические свойства хлорида водорода

Сам хлороводород обычно в реакции не вступает. Лишь только при высокой температуре (более 650 °С) он реагирует с сульфидами, карбидами, нитридами и боридами, а также оксидами переходных металлов. В присутствии кислот Льюиса может взаимодействовать с гидридами бора, кремния и германия. А вот ее водный раствор гораздо более химически активен. По своей формуле хлористый водород — это кислота, поэтому он обладает некоторыми свойствами кислот:

• Взаимодействие с металлами (которые стоят в электрохимическом ряду напряжений до водорода): Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
• Взаимодействие с амфотерными и основными оксидами: BaO + 2HCl = BaCl2 + H2O
• Взаимодействие со щелочами: NaOH + HCl = NaCl + H2O
• Взаимодействие с некоторыми солями: Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2
• При взаимодействии с аммиаком образуется соль хлорида аммония: NH3 + HCl = NH4Cl

Но соляная кислота не взаимодействует со свинцом из-за пассивации. Это обусловлено образованием на поверхности металла слоя хлорида свинца, который нерастворим в воде. Таким образом, этот слой защищает металл от дальнейшего взаимодействия с соляной кислотой.

В органических реакциях она может присоединятся по кратным связям (реакция гидрогалогенирования). Также она может реагировать с белками или аминами, образуя органические соли — хлоргидраты. Искусственные волокна, типа бумаги, при взаимодействии с соляной кислотой разрушаются. В окислительно-восстановительных реакциях с сильными окислителями хлороводород восстанавливается до хлора.

Получение хлорида водорода

Ранее в промышленности соляную кислоту получали путем взаимодействия хлорида натрия с кислотами, обычно с серной:

Но этот способ недостаточно эффективен, а чистота получаемого продукта невысока. Сейчас используется другой способ получения (из простых веществ) хлористого водорода по формуле:

Для реализации такого способа существуют специальные установки, где оба газа подаются непрерывным потоком на пламя, в котором происходит взаимодействие. Водород подается в небольшом избытке для того, чтобы прореагировал весь хлор и не загрязнял получаемый продукт. Далее хлороводород растворяют в воде и получают соляную кислоту.

В лаборатории возможны более разнообразные способы получения, например гидролиз галогенидов фосфора:

Получить соляную кислоту можно и путем гидролиза кристаллогидратов некоторых хлоридов металлов при повышенной температуре:

Также хлороводород является побочным продуктом реакций хлорирования многих органических соединений.