Хлороводород

Содержание:

Физиологическое действие
1. История
Источники
Применение
- Промышленность
- Медицина
Получение
Важнейшие соединения:
Получение
Получение
Применение хлора в промышленных целях

Физиологическое действие

Хлороводород (Гидрохлорид, хлористый водород, HCl) особо токсичен, числится в списке сильнодействующих ядовитых веществ, относится к третьему классу опасности и в высоких концентрациях обладает удушающим действием.

Вдыхание хлороводорода в больших количествах может привести к кашлю, воспалению носа, горла и верхних дыхательных путей, а в тяжёлых случаях — к отёку легких, нарушению работы кровеносной системы и даже смертельному исходу. Контактируя с кожей, может вызывать покраснение, боль и серьёзные ожоги. Хлористый водород может вызвать серьёзные ожоги глаз и их необратимое повреждение.

Смертельная концентрация (ЛК50):
3 г/м³ (человек, 5 минут)
1,3 г/м³ (человек, 30 минут)
3,1 г/м³ (крыса, 1 час)
1,1 г/м³ (мышь, 1 час)

Смертельная доза (ЛД50) — 238 мг/кг

Использовался как отравляющее средство во время войн..

В соответствии с ГОСТ 12.1.007-76 ПДК хлористого водорода в воздухе рабочей зоны составляет 5 мг/м³.

1. История

Соля́ная кислота́

Алхимики средневековья знали о «Acidum Саlис» (так они называли соляную кислоту) и газ, который из нее образуется, который называли «Соленый воздух». В 17 веке, Иоганн Рудольф Глаубер используя соль ( хлорид натрия) и серную кислоту для производства сульфата натрия выделил хлороводород. Карл Вильгельм Шееле также упоминает эту реакцию в году, открытие хлороводорода приписывается ему. В том же году Джозеф Пристли и Хэмфри Дэви обнаружили, что хлороводород состоит из водорода и хлора. Во время промышленной революции, спрос на щелочные вещества, такие как карбонат натрия ( Na ₂ CO ₃), увеличился, в году Николя Леблан разработал новый производственный процесс производства кальцинированной соды. В этом методе поваренная соль превращается в карбонат натрия, серную кислоту, известняк и углекислый газ, с хлороводорода в качестве побочного продукта. К года, хлористый водород выбрасывался в воздуха, но впоследствии с помощью растительной золы хлороводород растворяли в воде, производя соляную кислоту в промышленных масштабах. В начале 20 века, метод Леблана заменил «метода Сольве», в котором хлороводород не выделялся. Тем не менее, производство хлороводорода продолжалось, поскольку соляная кислота активно используется. В 20-м веке, хлороводород начал использоваться для производства хлоропену, винилхлорида и т.д.

Источники

Растворимость кислот, оснований и солей в воде

H +

Li +

K +

Na +

NH ₄+

Ba 2 +

Ca 2 +

Mg 2 +

Sr 2 +

Al 3 +

Cr 3 +

Fe 2 +

Fe 3 +

Ni 2 +

Co 2 +

Mn 2 +

Zn 2 +

Ag +

Hg 2 +

Hg _{2 2}+

Pb 2 +

Sr 2 +

Sn 2 +

Cu +

OH —

—

F —

Cl —

—

Br —

I —

—

S 2 —

—

SO ₃2 —

SO ₄2 —

—

NO ₃—

—

NO ₂—

PO ₄3 —

—

CO ₃2 —

—

CH ₃ COO —

—

CN —

—

SiO ₃2 —

Хлор

Применение

Плавиковая кислота

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.

Получение

В лабораторных условиях хлороводород получают, воздействуя концентрированной серной кислотой на хлорид натрия (поваренную соль) при слабом нагревании:

NaCl+H2SO4⟶NaHSO4+HCl↑{\displaystyle {\ce {NaCl + H2SO4 -> NaHSO4 + HCl ^}}}.

HCl{\displaystyle {\ce {HCl}}} также можно получить гидролизом ковалентных галогенидов, таких, как хлорид фосфора(V), тионилхлорид (SOCl2{\displaystyle {\ce {SOCl2}}}), и гидролизом хлорангидридов карбоновых кислот:

PCl5+H2O⟶POCl3+2HCl{\displaystyle {\ce {PCl5 + H2O -> POCl3 + 2HCl}}},

RCOCl+H2O⟶RCOOH+HCl{\displaystyle {\ce {RCOCl + H2O -> RCOOH + HCl}}}.

В промышленности хлороводород ранее получали в основном сульфатным методом (методом Леблана), основанном на взаимодействии хлорида натрия с концентрированной серной кислотой. В настоящее время для получения хлороводорода обычно используют прямой синтез из простых веществ:

H2{\displaystyle {\ce {H2}}}+Cl2⇄2HCl{\displaystyle {\ce {+Cl2\rightleftarrows 2HCl}}} + 184,7 кДж.

В производственных условиях синтез осуществляется в специальных установках, в которых водород непрерывно сгорает ровным пламенем в токе хлора, смешиваясь с ним непосредственно в факеле горелки. Тем самым достигается спокойное (без взрыва) протекание реакции. Водород подается в избытке (5—10 %), что позволяет полностью использовать более ценный хлор и получить незагрязненную хлором соляную кислоту.

Соляную кислоту получают растворением газообразного хлороводорода в воде.

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).

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→150oCNaHSO4+HCl{\displaystyle {\mathsf {NaCl+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow{150^{o}C}}NaHSO_{4}+HCl}}}

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

2NaCl+H2SO4→550oCNa2SO4+2HCl{\displaystyle {\mathsf {2NaCl+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow{550^{o}C}}Na_{2}SO_{4}+2HCl}}}

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

MgCl2⋅6H2O→t,oCMgO+2HCl+5H2O{\displaystyle {\mathsf {MgCl_{2}\cdot 6H_{2}O{\xrightarrow{t,^{o}C}}MgO+2HCl+5H_{2}O}}}

AlCl3⋅6H2O→t,oCAl(OH)3+3HCl+3H2O{\displaystyle {\mathsf {AlCl_{3}\cdot 6H_{2}O{\xrightarrow{t,^{o}C}}Al(OH)_{3}+3HCl+3H_{2}O}}}

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

MgCl2+H2O→Mg2OCl2+HCl{\displaystyle {\mathsf {MgCl_{2}+H_{2}O{\xrightarrow{}}Mg_{2}OCl_{2}+HCl}}}

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

Получение

NaCl+H2SO4→NaHSO4+HCl↑{\displaystyle {\mathsf {NaCl+H_{2}SO_{4}\rightarrow NaHSO_{4}+HCl\uparrow }}}

HCl также можно получить гидролизом ковалентных галогенидов, таких, как хлорид фосфора(V), тионилхлорид (SOCl₂), и гидролизом хлорангидридов карбоновых кислот:

PCl5+H2O→POCl3+2HCl{\displaystyle {\mathsf {PCl_{5}+H_{2}O\rightarrow POCl_{3}+2HCl}}}

RCOCl+H2O→RCOOH+HCl{\displaystyle {\mathsf {RCOCl+H_{2}O\rightarrow RCOOH+HCl}}}

H2+Cl2→2HCl{\displaystyle {\mathsf {H_{2}+Cl_{2}\rightarrow 2HCl}}}

В производственных условиях синтез осуществляется в специальных установках, в которых водород непрерывно сгорает ровным пламенем в токе хлора, смешиваясь с ним непосредственно в факеле горелки. Тем самым достигается спокойное (без взрыва) протекание реакции. Водород подается в избытке (5 — 10 %), что позволяет полностью использовать более ценный хлор и получить незагрязненную хлором соляную кислоту.

Соляную кислоту получают растворением газообразного хлороводорода в воде.

Применение хлора в промышленных целях

Свойства хлора позволяют активно применять его в промышленности. С помощью этого химического элемента получают различные хлорорганические соединения (винилхлорид, хлоро-каучук и др.), лекарственные препараты, дезинфицирующие средства. Но самая большая ниша, занятая в промышленности, это производство соляной кислоты и извести.

Широко применяются методы очищения питьевой воды. На сегодняшний день пытаются отойти от этого метода, заменив его озонированием, поскольку рассматриваемое нами вещество негативно влияет на организм человека, к тому же хлорированная вода разрушает трубопроводы. Вызвано это тем, что в свободном состоянии Cl пагубно влияет на трубы, изготовленные из полиолефинов. Тем не менее большинство стран отдает предпочтение именно методу хлорирования.

Также хлор применяется в металлургии. С его помощью получают ряд редких металлов (ниобий, тантал, титан). В химической промышленности активно используют различные хлорорганические соединения для борьбы против сорняков и для других сельскохозяйственных целей, используется элемент и в качестве отбеливателя.

Благодаря своей химической структуре хлор разрушает большинство органических и неорганических красителей. Достигается это путем полного их обесцвечивания. Такой результат возможен лишь при условии присутствия воды, ведь процесс обесцвечивания происходит благодаря атомарному кислороду, который образуется после распада хлора: Cl₂ + H₂O → HCl + HClO → 2HCl + O. Данный способ нашел применение пару веков назад и пользуется популярностью и по сей день.

Очень популярно применение этого вещества для получения хлорорганических инсектицидов. Эти сельскохозяйственные препараты убивают вредоносные организмы, оставляя нетронутыми растения. Значительная часть всего добываемого на планете хлора уходит на сельскохозяйственные нужды.

Также используется он при производстве пластикатов и каучука. С их помощью изготавливают изоляцию проводов, канцелярские товары, аппаратуру, оболочки бытовой техники и т. д. Бытует мнение, что каучуки, полученные таким образом, вредят человеку, но это не подтверждено наукой.

Стоит отметить, что хлор (характеристика вещества была подробно раскрыта нами ранее) и его производные, такие как иприт и фосген, применяются и в военных целях для получения боевых отравляющих средств.