Соляная кислота: формула, физические и химические свойства, реакции раствора

Соляная кислота

Раствор хлорводорода в воде, который является бесцветной прозрачной жидкостью.

Из-за присутствия единственного элемента (односоставной примеси) в воде считается едкой в силу своих химических свойств. При соприкосновении с воздухом исходит «дымок».

Формула

HCl
Техническая кислота (Cl – H) имеет такую же формулу, но отличается по цвету – из-за примесей железа и хлора отдает желтоватым оттенком. Концентрация раствора зависит от температурного режима хранения, и при 20 градусах она составляет 38% с плотностью 1,18 г/см3. Соль раствора называется хлоридом.

Альтернативные названия

Хлористоводородная кислота или хлористый водород.

История открытия

Соляная кислота известна человечеству с глубокой древности. Первые упоминания о её получении встречаются в трудах средневековых алхимиков. В XV веке немецкий алхимик Василий Валентин описал способ приготовления вещества, которое позже стало известно как раствор соляной кислоты. В XVII веке голландский химик Иоганн Глаубер усовершенствовал этот метод, используя поваренную соль и серную кислоту. В результате была получена концентрированная кислота, для которой была предложена чёткая соляная кислота формула — HCl.

Со временем внимание учёных привлекли реакции с соляной кислотой, её взаимодействие с различными веществами и особенности практического применения. Были подробно исследованы реакция раствора соляной кислоты и методы, позволяющие определить массовую долю соляной кислоты в растворе. Эти открытия заложили основу для будущего промышленного производства.

В XIX веке начался переход к систематическому выпуску кислоты в промышленных масштабах. Важной вехой стало принятие в Великобритании закона Alkali Act 1863, который регулировал выбросы при производстве щёлочей и побочных продуктов. Документ также учитывал действие соляной кислоты на окружающую среду и стал основой для экологических норм в химической промышленности.

Таким образом, путь от алхимических экспериментов до масштабного производства занял несколько столетий. Сегодня соляная кислота играет ключевую роль в химической промышленности, а её свойства — от плотности до реакции уравнения соляной кислоты — хорошо изучены и применяются в самых разных сферах.

Получение соляной кислоты

Соляную кислоту получают путём растворения газообразного хлороводорода в воде. Его сжигают в хлоре, в результате чего на выходе имеется синтетическая кислота. Также получение возможно из побочных газов при хлорировании углеводорода. В первом случае она будет иметь меньше примесей, а второй необходим в промышленности, когда спрос на абгазную кислоту увеличивается.

В лабораторных условиях используют серную кислоту и поваренную соль:

1. При температуре в 550 градусов и выше поваренная соль дает избыток.
2. При проведении гидролиза магния и алюминия хлоридов (нагревание гидратированной соли).
3. При получении оксихлоридов, когда происходит неполное растворение солей (реакция не завершается).

Чем выше температура окружающей среды, тем ниже способность к растворению. Поэтому на практике используют 36%-ую кислоту, хотя при 0-1 градусе кислород поглотит больше половины примесей, что равно 45%-ой кислоте.

В лабораторных условиях используется разработанный алхимиками способ, заключающийся в действии концентрированной серной кислоты на твёрдую поваренную соль. Реакция протекает по уравнению:

$NaCl + H_2SO_4 \xrightarrow{150^{\circ}C} NaHSO_4 + HCl \uparrow$

При температуре выше $550^{\circ}C$ и избытке поваренной соли возможно взаимодействие:

$2NaCl + H_2SO_4 \xrightarrow{550^{\circ}C} Na_2SO_4 + 2HCl \uparrow$

Соляную кислоту также можно получить путём гидролиза гидратированных солей магния и алюминия:

$MgCl_2 \cdot 6H_2O \xrightarrow{t^{\circ}C} MgO + 2HCl \uparrow + 5H_2O$

$AlCl_3 \cdot 6H_2O \xrightarrow{t^{\circ}C} Al(OH)_3 + 3HCl \uparrow + 3H_2O$

Эти реакции могут протекать не полностью, с образованием основных хлоридов (оксихлоридов). Например:

$2MgCl_2 + H_2O \longrightarrow Mg_2OCl_2 + 2HCl \uparrow$

В промышленности хлороводород получают реакцией горения водорода в хлоре:

$H_2 + Cl_2 \longrightarrow 2HCl \uparrow$

Хлороводород хорошо растворим в воде. При $0^{\circ}C$ один объём воды способен поглотить до 507 объёмов $HCl$, что соответствует концентрации кислоты около 45 %. Однако при комнатной температуре растворимость $HCl$ ниже, поэтому в промышленности и лабораториях обычно используют 36-процентный раствор соляной кислоты.

Свойства соляной кислоты

Физические свойства

Физические свойства кислоты зависят от степени концентрации растворенного хлороводорода. При повышении наблюдается:
• Увеличение плотности раствора;
• Увеличение молярности;
• Снижение водородного показателя (pH);
• Увеличение вязкости вещества;
• Снижение удельной теплоёмкости;
• Увеличение давления пара;
• Снижение температуры кипения;
• Вариации температуры плавления.

Схема свойств соляной кислоты при 20 °C, 1 атм:

Конц, %	Конц, г/л	Плотн, кг/л	M, моль/л	pH	Вязк, мПа·с	Уд.Тепл, кДж/(кг·K)	Давл, кПа	Тп.кип, °C	Тп.плав, °C
10	104,80	1,048	2,87	-0,4578	1,16	3,47	0,527	103	–18
20	219,60	1,098	6,02	-0,7796	1,37	2,99	27,3	108	–59
30	344,70	1,149	9,45	-0,9754	1,70	2,70	1410	92	–52
32	370,88	1,159	10,17	-1,0073	1,80	2,55	3130	84	–43
34	397,46	1,169	10,90	-1,0374	1,90	2,50	7633	71	–36
36	424,44	1,179	11,64	-1,06595	1,99	2,46	13 000	61	–31
38	451,82	1,189	12,39	-1,0931	2,10	2,43	28 000	48	–26

Последние меняются так: при минимальной и максимальной концентрации плавление достигает максимальных показателей. Средняя концентрация поддаётся плавлению в минимальных температурах. Затвердевшее вещество даёт кристаллогидраты – HCl·H2O, HCl·6H2O, HCl·3H2O, HCl·2H2O.

Химические свойства

Взаимодействие с металлами (Me) с образованием соли и выделением водорода:
$Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2 \uparrow$

Взаимодействие с оксидами металлов (образуется соль и вода):
$Na_2O + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O$

Реакция нейтрализации с гидроксидами металлов (образуется растворимая соль и вода):
$NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$

Взаимодействие с солями металлов (солями слабых кислот):
$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$

Взаимодействие с сильными окислителями (выделяется хлор):
$2KMnO_4 + 16HCl \rightarrow 2MnCl_2 + 2KCl + 5Cl_2\uparrow + 8H_2O$

Взаимодействие с аммиаком (белый дым — кристаллы хлорида аммония):
$NH_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl\downarrow$

Также вступает в реакцию с солями Ме, окислителями с выделением хлорного газа и аммиаком с выделением густого белого дыма из кристаллов аммония хлорида.

Техника безопасности и особенности обращения

Соляная кислота относится к веществам III класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76. Для неё установлена предельно допустимая концентрация (ПДК) паров в воздухе рабочей зоны — 5 мг/м³. При превышении этого уровня действие соляной кислоты на организм проявляется в раздражении дыхательных путей, глаз и кожи.

Особое внимание уделяется контролю параметров вещества: важно учитывать плотность соляной кислоты, её концентрацию и массу соляной кислоты при приготовлении растворов. При анализе растворов в лаборатории часто приходится определять массовую долю соляной кислоты, чтобы правильно рассчитать условия работы.

Основные правила техники безопасности:

• проводить все работы с веществом только в вытяжном шкафу или в помещениях с хорошей вентиляцией, чтобы снизить реакцию раствора соляной кислоты на слизистые оболочки;
• использовать индивидуальные средства защиты (перчатки, очки, халат, респиратор);
• хранить кислоту в герметичных ёмкостях, отдельно от щелочей и окислителей;
• при проливе нейтрализовать с помощью соды или извести, так как такие реакции с соляной кислотой протекают безопасно с выделением безвредных солей;
• при попадании на кожу или одежду немедленно смыть водой, чтобы не образовался химический ожог или осадок соляной кислоты на тканях.

Таким образом, знание свойств вещества и правильное обращение с ним позволяют минимизировать риск при работе с кислотой.

Применение соляной кислоты

Применение широко распространено в сферах гидрометаллургии и гальванопластике. Проводится очистка поверхностей металлов при помощи кислот; для получения цинковых хлоридов. Иногда техническая соляная кислота необходима для чистки керамики и металлических изделий. Для этого берётся ингибированная кислота, предназначенная специально для дезинфекций.

В пищевой промышленности она необходима для урегулирования кислотности продуктов. Зарегистрировано вещество под кодом пищевой добавки Е507. Чаще всего используется при изготовлении зельтерской воды (содовая).

В фармацевтической промышленности соляная кислота нужна для изготовления лекарственных препаратов, предназначенных для смеси с ферментами пепсинов. При недостатке естественной кислоты в желудочном соке в концентрации 0,5% назначается приемом внутрь.

Не получается самостоятельно разобраться с темой? Заказать написание статьи по химии!

Тест по теме «Соляная кислота»