Chlorovodík - Hydrogen chloride

Chlorovodík
Kosterní vzorec chlorovodíku s dimenzí
Prostor vyplňující model chlorovodíku se symboly atomů
Jména
Název IUPAC
Chlorovodík
Ostatní jména
Plynná kyselina chlorovodíková

Plynný chlorovodík

Hydrochlorid
Identifikátory
3D model ( JSmol )
1098214
ČEBI
CHEMBL
ChemSpider
Informační karta ECHA 100,028,723 Upravte to na Wikidata
Číslo ES
322
KEGG
Pletivo Kyselina chlorovodíková+
Číslo RTECS
UNII
UN číslo 1050
  • InChI = 1S/HCl/h1H ☒N.
    Klíč: VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N šekY
  • InChI = 1/HCl/h1H
    Klíč: VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYAT
Vlastnosti
HCl
Molární hmotnost 36,46 g/mol
Vzhled Bezbarvý plyn
Zápach pronikavý; ostré a hořící
Hustota 1,49 g/l
Bod tání -114,22 ° C (-173,60 ° F; 158,93 K)
Bod varu -85,05 ° C (-121,09 ° F; 188,10 K)
823 g/L (0 ° C)
720 g/L (20 ° C)
561 g/L (60 ° C)
Rozpustnost rozpustný v methanolu , ethanolu , etheru
Tlak páry 4352 kPa (při 21,1 ° C)
Kyselost (p K a ) -3,0; −5,9 (± 0,4)
Bazicita (p K b ) 17.0
Konjugovaná kyselina Chloronium
Konjugovaná základna Chlorid
Index lomu ( n D )
1.0004456 (plyn)
1.254 (kapalina)
Viskozita 0,311 cP (−100 ° C)
Struktura
lineární
1,05 D
Termochemie
0,7981 J/(K · g)
186,902 J/(K · mol)
Standardní entalpie
tvorby
f H 298 )
−92,31 kJ/mol
−95,31 kJ/mol
Farmakologie
A09AB03 ( WHO ) B05XA13 ( WHO )
Nebezpečí
Bezpečnostní list JT Baker MSDS
Piktogramy GHS GHS05: Žíravý GHS06: Toxický
Signální slovo GHS Nebezpečí
H280 , H314 , H331
P261 , P280 , P305+351+338 , P310 , P410+403
NFPA 704 (ohnivý diamant)
Smrtelná dávka nebo koncentrace (LD, LC):
238 mg/kg (krysa, orální)
3124 ppm (krysa, 1  h )
1108 ppm (myš, 1 h)
1300 ppm (člověk, 30  min )
4416 ppm (králík, 30 min)
4416 ppm (morče, 30 min)
3000 ppm (člověk, 5 min)
NIOSH (limity expozice USA pro zdraví):
PEL (přípustné)
C 5 ppm (7 mg/m 3 )
REL (doporučeno)
C 5 ppm (7 mg/m 3 )
IDLH (bezprostřední nebezpečí)
50 ppm
Související sloučeniny
Související sloučeniny
Fluorovodík
Bromovodík
Jodovodík
kyselina astatanová
Pokud není uvedeno jinak, jsou údaje uvedeny pro materiály ve standardním stavu (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N. ověřit  ( co je to   ?) šekY☒N.
Reference na infobox

Sloučenina chlorovodíkchemický vzorec HCla jako takový je halogenovodík . Při pokojové teplotě je to bezbarvý plyn , který při kontaktu s atmosférickými vodními parami tvoří bílé výpary kyseliny chlorovodíkové . Plynný chlorovodík a kyselina chlorovodíková jsou důležité v technologii a průmyslu. Kyselině chlorovodíkové, vodnému roztoku chlorovodíku, se také běžně dává vzorec HCl.

Reakce

Výpary kyseliny chlorovodíkové se na papíře pH zbarví do červena, což ukazuje, že výpary jsou kyselé

Chlorovodík je diatomická molekula , skládající se z atomu vodíku H a atomu chloru Cl spojeného polární kovalentní vazbou . Atom chloru je mnohem elektronegativnější než atom vodíku, což činí tuto vazbu polární. V důsledku toho má molekula velký dipólový moment se záporným parciálním nábojem (δ−) na atomu chloru a kladným parciálním nábojem (δ+) v atomu vodíku. Částečně kvůli své vysoké polaritě je HCl velmi rozpustný ve vodě (a v jiných polárních rozpouštědlech ).

Při kontaktu, H 2 O a kyseliny chlorovodíkové společně tvoří hydronium kationty H 3 O + a chloridové anionty Cl - přes reverzibilní chemickou reakcí :

HCl + H 2 O → H 3 O + + Cl -

Výsledný roztok se nazývá kyselina chlorovodíková a je to silná kyselina . Kyselé oddělení nebo ionizační konstanta, K , je velká, což znamená, HCl disociuje a ionizuje prakticky úplně ve vodě. I v nepřítomnosti vody může chlorovodík stále působit jako kyselina. Například se chlorovodík může rozpustit v určitých dalších rozpouštědlech, jako je methanol :

HCI + CH 3 OH → CH 3 O + H 2 + Cl -

Chlorovodík může protonovat molekuly nebo ionty a může také sloužit jako kyselý katalyzátor pro chemické reakce, kde jsou požadovány bezvodé ( bezvodé ) podmínky.

Vzhledem ke své kyselé povaze je chlorovodík žíravou látkou , zejména v přítomnosti vlhkosti.

Struktura a vlastnosti

Struktura pevného DCl, stanovená neutronovou difrakcí prášku DCl při 77 K. DCl byla použita místo HCl, protože jádro deuteria je snadněji detekovatelné než jádro vodíku. Rozšiřitelná lineární struktura je označena čárkovanými čarami.

Zmrazená HCl prochází fázovým přechodem při 98,4 K. Rentgenová prášková difrakce zmrazeného materiálu ukazuje, že se materiál během tohoto přechodu mění z ortorombické struktury na kubickou . V obou strukturách jsou atomy chloru v poli zaměřeném na střed . Atomy vodíku se však nepodařilo lokalizovat. Analýza spektroskopických a dielektrických dat a stanovení struktury DCl (chlorid deuteria) ukazuje, že HCl tvoří v pevné látce klikaté řetězce, stejně jako HF (viz obrázek vpravo).

Rozpustnost HCl (g/L) v běžných rozpouštědlech
Teplota (° C) 0 20 30 50
Voda 823 720 673 596
Methanol 513 470 430
Ethanol 454 410 381
Éter 356 249 195
Infračervené (IR) absorpční spektrum
Jeden dublet v IR spektru vyplývající z izotopového složení chloru

Infračervené spektrum plynného chlorovodíku, je znázorněno na levé straně, se skládá z množství ostrých absorpčních čar seskupených kolem 2886 cm -1 (vlnová délka 3,47 um) ~. Při pokojové teplotě jsou téměř všechny molekuly v přízemním vibračním stavu v  = 0. Včetně anharmonicity lze vibrační energii zapsat jako.

K podpoře molekuly HCl ze stavu v  = 0 do stavu v  = 1 bychom očekávali infračervenou absorpci o ν o  =  ν e  + 2 x e ν e = 2880 cm −1 . Tato absorpce odpovídající Q-větvi však není pozorována, protože je zakázána symetrií. Místo toho jsou vidět dvě sady signálů (větve P a R) v důsledku současné změny rotačního stavu molekul. Kvůli kvantově mechanickým pravidlům výběru jsou povoleny pouze určité rotační přechody. Stavy jsou charakterizovány rotačním kvantovým číslem J  = 0, 1, 2, 3, ... pravidla výběru uvádějí, že Δ J je schopen nabývat pouze hodnot ± 1.

Hodnota rotační konstanty B je mnohem menší než vibrační jedna ν o , takže k otočení molekuly je zapotřebí mnohem menšího množství energie; pro typickou molekulu to leží v mikrovlnné oblasti. Vibrační energie molekuly HCl však umisťuje její absorpce do infračervené oblasti, což umožňuje snadné shromažďování spektra ukazujícího rovibracionální přechody této molekuly pomocí infračerveného spektrometru s plynovým článkem. Ten může být dokonce vyroben z křemene, protože absorpce HCl spočívá v průhlednosti tohoto materiálu.

Přirozeně hojný chlor se skládá ze dvou izotopů, 35 Cl a 37 Cl, v poměru přibližně 3: 1. Zatímco pružinové konstanty jsou téměř totožné, nesourodé redukované hmotnosti H 35 Cl a H 37 Cl způsobují měřitelné rozdíly v rotační energii, takže při podrobné kontrole každé absorpční linie jsou pozorovány dublety vážené ve stejném poměru 3: 1.

Výroba

Většina chlorovodíku vyráběného v průmyslovém měřítku se používá k výrobě kyseliny chlorovodíkové .

Historické trasy

V 17. století používal Johann Rudolf Glauber z Karlstadtu nad Mohanem v Německu k přípravě síranu sodného v mannheimském procesu sůl chloridu sodného a kyselinu chlorovodíkovou , přičemž se uvolňoval chlorovodík. Joseph Priestley z Leedsu v Anglii připravil v roce 1772 čistý chlorovodík a roku 1808 Humphry Davy z Penzance v Anglii dokázal, že chemické složení obsahuje vodík a chlor .

Přímá syntéza

Plamen uvnitř HCl trouby

Chlorovodík se vyrábí kombinací chloru a vodíku :

Cl 2 + H 2 → 2 HCl

Protože je reakce exotermická , instalace se nazývá HCl pec nebo HCl hořák. Výsledný plynný chlorovodík je absorbován v deionizované vodě , což vede k chemicky čisté kyselině chlorovodíkové. Tato reakce může poskytnout velmi čistý produkt, např. Pro použití v potravinářském průmyslu.

Organická syntéza

Průmyslová výroba chlorovodíku je často integrována s tvorbou chlorovaných a fluorovaných organických sloučenin, např. Teflonu , freonu a dalších freonů , jakož i kyseliny chloroctové a PVC . Tato produkce kyseliny chlorovodíkové je často integrována s jejím vlastním používáním na místě. V chemických reakcích jsou atomy vodíku na uhlovodíku nahrazeny atomy chloru, načež se uvolněný atom vodíku rekombinuje s náhradním atomem z molekuly chloru, za vzniku chlorovodíku. Fluorace je následná reakce nahrazující chlor, která opět produkuje chlorovodík:

R − H + Cl 2 → R − Cl + HCl
R − Cl + HF → R − F + HCl

Výsledný chlorovodík se buď znovu použije přímo, nebo se absorbuje ve vodě, což vede ke vzniku kyseliny chlorovodíkové technického nebo průmyslového stupně.

Laboratorní metody

Malé množství chlorovodíku pro laboratorní použití lze generovat v generátoru HCl dehydratací kyseliny chlorovodíkové buď kyselinou sírovou nebo bezvodým chloridem vápenatým . Alternativně může být HCl generována reakcí kyseliny sírové s chloridem sodným:

NaCl + H 2 SO 4NaHSO 4 + HCl

Tato reakce probíhá při pokojové teplotě. Za předpokladu, že v generátoru zbývá NaCl a zahřívá se nad 200 ° C, reakce pokračuje dále:

NaCl + NaHSO 4 → HCl + Na 2 SO 4

Aby takové generátory fungovaly, musí být reagencie suché.

Chlorovodík se mohou také připravit hydrolýzou určitých reaktivních chloridových sloučenin, jako jsou chloridy fosforu , thionylchlorid (SOCI 2 ), a acylchloridy . Například studená voda může být postupně odkapávána na chlorid fosforečný (PCl 5 ) za vzniku HCl:

PCl 5 + H 2 O → POCl 3 + 2 HCl

Aplikace

Většina chlorovodíku se používá při výrobě kyseliny chlorovodíkové. Používá se také při výrobě vinylchloridu a mnoha alkylchloridů . Trichlorsilan se vyrábí za použití HCl:

Si + 3 HCl → HSiCl 3 + H 2

Dějiny

Kolem roku 900 autoři arabských spisů připisovaných Jabirovi ibn Hayyanovi (latinsky: Geber) a perskému lékaři a alchymistovi Abú Bakrovi al-Razi (asi 865–925, latinsky: Rhazes) experimentovali se sal čpavkem ( chloridem amonným ) , který když byl destilován spolu s vitriolem (hydratované sírany různých kovů), produkoval chlorovodík. Zdá se však, že v těchto raných experimentech s chloridovými solemi byly plynné produkty zlikvidovány a chlorovodík mohl být vyroben mnohokrát, než se zjistilo, že může být použit pro chemické použití. Jedním z prvních takových použití byla syntéza chloridu rtuťnatého ( korozivní sublimát), jehož výroba z ohřevu rtuti buď kamencem a chloridem amonným, nebo vitriolem a chloridem sodným byla poprvé popsána v De aluminibus et salibus („ na kamence a soli“, což je eleventh- nebo dvanáctém století arabský text falešně připsaný k Abu Bakr al-Razi a přeložený do latiny v druhé polovině dvanáctého století od Gerard Cremona , 1144-1187). Dalším důležitým vývojem bylo zjištění pseudo-Gebera (v De invencee veritatis , „On Discovery of Truth“, po c. 1300), že přidáním chloridu amonného do kyseliny dusičné je silné rozpouštědlo schopné rozpouštět zlato (tj. Aqua regia ) mohly být vyrobeny. Po objevu procesu, kterým lze na konci šestnáctého století připravit nezmíchanou kyselinu chlorovodíkovou , bylo zjištěno, že tato nová kyselina (tehdy známá jako duch soli nebo acidum salis ) uvolňovala plynný chlorovodík, kterému se říkalo mořský kyselý vzduch . V 17. století používal Johann Rudolf Glauber na přípravu síranu sodného sůl ( chlorid sodný ) a kyselinu sírovou , přičemž se uvolňoval plynný chlorovodík (viz výroba výše). V roce 1772 tuto reakci hlásil také Carl Wilhelm Scheele, kterému se někdy připisuje objev. Joseph Priestley připravil chlorovodík v roce 1772 a v roce 1810 Humphry Davy zjistil, že je složen z vodíku a chloru .

Během průmyslové revoluce vzrostla poptávka po zásaditých látkách, jako je soda , a Nicolas Leblanc vyvinul nový způsob výroby sodné soli . V procesu Leblanc byla sůl přeměněna na uhličitan sodný za použití kyseliny sírové, vápence a uhlí, čímž byl jako vedlejší produkt získán chlorovodík. Zpočátku byl tento plyn odváděn do ovzduší, ale zákon o zásadách z roku 1863 takové uvolňování zakazoval, takže pak výrobci sody absorbovali odpadní plyn HCl ve vodě a v průmyslovém měřítku vyráběli kyselinu chlorovodíkovou. Později byl vyvinut Hargreavesův proces , který je podobný Leblancovu procesu, s výjimkou toho, že místo kyseliny sírové se v reakci, která je celkově exotermická, používá oxid siřičitý . Na počátku 20. století byl Leblancův proces účinně nahrazen Solvayovým procesem , který neprodukoval HCl. Výroba chlorovodíku však pokračovala jako krok ve výrobě kyseliny chlorovodíkové.

Historické použití chlorovodíku ve 20. století zahrnuje hydrochloraci alkynů při výrobě chlorovaných monomerů chloroprenu a vinylchloridu , které se následně polymerují za vzniku polychloroprenu ( neoprenu ) a polyvinylchloridu (PVC). Při výrobě vinylchloridu se acetylen (C 2 H 2 ) hydrochloriduje přidáním HCl přes trojnou vazbu molekuly C 2 H 2 , čímž se trojná vazba změní na dvojnou vazbu , čímž se získá vinylchlorid.

„Acetylenový proces“, používaný až do šedesátých let minulého století k výrobě chloroprenu , začíná spojením dvou molekul acetylenu a poté přidá HCl ke spojenému meziproduktu přes trojnou vazbu, aby jej převedl na chloropren, jak je znázorněno zde:

Syntéza chloroprenu. Svg

Tento „proces acetylénu“ byl nahrazený procesem, který přidá Cl 2 na dvojnou vazbu ethylenu místo, a následná eliminace produkuje HCl místo toho, stejně jako chloropren.

Bezpečnost

Chlorovodík tvoří při styku s vodou v tělní tkáni žíravou kyselinu chlorovodíkovou. Vdechování výparů může způsobit kašel , dušení , zánět nosu, krku a horních cest dýchacích a v závažných případech edém plic , selhání oběhového systému a smrt. Kontakt s pokožkou může způsobit zarudnutí, bolest a těžké chemické popáleniny . Chlorovodík může způsobit vážné popáleniny očí a trvalé poškození očí.

Americká bezpečnost práce a administrace zdraví povolání a Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví zavedly Hygienické limity pro chlorovodíku ve stropu 5 ppm (7 mg / m 3 ), a sestavil rozsáhlé informace o chlorovodíku bezpečnosti na pracovišti problémy.

Viz také

Reference

externí odkazy