Хлорная кислота
| Хлорная кислота | |||
|---|---|---|---|
| |||
| Общие | |||
| Систематическое наименование |
Хлорная кислота | ||
| Хим. формула | HClO4 | ||
| Физические свойства | |||
| Состояние | бесцветная жидкость | ||
| Молярная масса | 100,46 г/моль | ||
| Плотность | 1,76 г/см³ | ||
| Термические свойства | |||
| Температура | |||
| • плавления | −102 °C | ||
| • кипения | 203 °C | ||
| Энтальпия | |||
| • образования | −40,4 кДж/моль | ||
| Химические свойства | |||
| Константа диссоциации кислоты [math]\displaystyle{ pK_a }[/math] | −10 | ||
| Растворимость | |||
| • в воде | смешивается | ||
| Классификация | |||
| Рег. номер CAS | 7601-90-3 | ||
| SMILES | |||
| Безопасность | |||
| NFPA 704 | |||
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |||
Хлорная кислота HClO4 — одноосновная кислота, одна из самых сильных (в водном растворе, pK ≈ −10), безводная — исключительно сильный окислитель, так как содержит хлор в высшей степени окисления +7.
Свойства
Физические свойства
Бесцветная летучая жидкость, сильно дымящая на воздухе, в парах мономерна. Безводная хлорная кислота очень реакционноспособна и неустойчива.
Химические свойства
Жидкая HClO4 частично димеризована, для неё характерна равновесная автодегидратация:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{3HClO_4 \rightleftarrows H_3O^+ + ClO_4^- + Cl_2O_7} }[/math]
Безводная кислота взрывоопасна из-за наличия в ней оксида хлора(VII). Водные растворы с концентрацией ниже 72 % более безопасны, но на свету желтеют с образованием взрывоопасных оксидов хлора. Пожелтевшую кислоту рекомендуется аккуратно разбавить и нейтрализовать щелочами или карбонатами.
Являясь сильной неустойчивой кислотой, хлорная кислота разлагается:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{4HClO_4\rightarrow 4ClO_2 + 3O_2 + 2H_2O} }[/math]
Хлорную кислоту и её соли (перхлораты) применяют как окислители. Хлорная кислота, как одна из самых сильных кислот и окислитель, растворяет золото и платиновые металлы:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{9HClO_4 + 2Au \rightarrow 2Au(ClO_4)_3 + 3HClO_3 + 3H_2O} }[/math]
а в реакции с серебром образует хлорноватую кислоту:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{3HClO_4 + 2Ag \rightarrow 2AgClO_4 + HClO_3 + H_2O} }[/math]
Неметаллы и активные металлы восстанавливают концентрированную хлорную кислоту до хлороводорода
- [math]\displaystyle{ \mathsf{8As + 5HClO_4 + 12H_2O \rightarrow 8H_3AsO_4 + 5HCl} }[/math] (данная реакция используется в металлургии для очистки руд)
Разбавленная хлорная кислота обладает слабыми окислительными свойствами (не окисляет сероводород, диоксид серы, иодоводород, хром(II), азотистую кислоту) и при реакции с металлами до водорода в электрохимическом ряду выделяет водород с образованием перхлоратов. Водные растворы хлорной кислоты устойчивы.
Хлорная кислота хорошо растворима во фтор- и хлорорганических растворителях, таких, как CF3COOH, CHCl3, CH2Cl2 и др. Смешивание с растворителями, проявляющими восстановительные свойства (например, с диметилсульфоксидом), может привести к воспламенению и взрыву. С водой хлорная кислота смешивается в любых соотношениях и образует ряд гидратов HClO4·nH2O (где n = 0,25…4). Моногидрат HClO4·H2O имеет ионную природу и температуру плавления +50 °C. Хлорная кислота с водой образует азеотропную смесь, кипящую при 203 °C и содержащую 72 % хлорной кислоты. Растворы хлорной кислоты в хлорсодержащих углеводородах являются сверхкислотами (суперкислотами). Хлорная кислота является одной из сильнейших неорганических кислот, в её среде даже кислотные соединения ведут себя как основания, присоединяя протон и образуя катионы ацилперхлоратов: P(OH)4+ClO4−, NO2+ClO4−.
При слабом нагревании при пониженном давлении смеси хлорной кислоты с фосфорным ангидридом, отгоняется бесцветная маслянистая жидкость — хлорный ангидрид:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{2HClO_4 + P_4O_{10} \rightarrow Cl_2O_7 + H_2P_4O_{11}} }[/math]
Соли хлорной кислоты называются перхлоратами. Их большинство растворимо в воде. Малорастворимы перхлораты калия, цезия и рубидия. Перхлорат йода в лаборатории получают при обработке раствора йода в безводной хлорной кислоте озоном:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{I_2+6HClO_4+O_3=2I(ClO_4)_3+3H_2O} }[/math]
Получение
- Водные растворы хлорной кислоты получают электрохимическим окислением соляной кислоты или хлора, растворённых в концентрированной хлорной кислоте, а также обменным разложением перхлоратов натрия или калия сильными неорганическими кислотами. При взаимодействии перхлоратов с серной кислотой образуется оксид хлора (VII) :
- [math]\displaystyle{ \mathsf{HCl + 2O_2 \ \xrightarrow{UV, q} HClO_4} }[/math] [math]\displaystyle{ \mathsf{Cl_2 + 7O_2 + H_2O \ \xrightarrow{UV, q} 2HClO_4} }[/math]
[math]\displaystyle{ \mathsf{2KClO_4 + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + Cl_2O_7 + H_2O} }[/math]
- Для получения безводной хлорной кислоты требуется нагрев насыщенного раствора перхлората аммония с добавлением азотной, а затем и соляной кислоты, вследствие чего образуется хлорная кислота, вода, хлор и оксид азота (I):
[math]\displaystyle{ \mathsf{34NH_4ClO_4 + 36HNO_3 + 8HCl \rightarrow 34HClO_4 + 4Cl_2\uparrow + 35N_2O\uparrow + 73H_2O} }[/math]
Применение
- Концентрированные водные растворы хлорной кислоты широко используются в аналитической химии, а также для получения перхлоратов.
- Хлорная кислота применяется при разложении сложных руд, при анализе минералов, а также в качестве катализатора.
- Соли хлорной кислоты: перхлорат калия малорастворим в воде, применяется в производстве взрывчатых веществ, перхлорат магния (ангидрон) — осушитель, перхлорат аммония — добавка к ракетному топливу и взрывчатое вещество.
Безводную хлорную кислоту нельзя длительно хранить и перевозить, так как при хранении в обычных условиях она медленно разлагается, окрашивается оксидами хлора, образующимися при её разложении, и может самопроизвольно взрываться. Зато её водные растворы вполне устойчивы.
Литература
- Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М., 2001.
- Реми Г. Курс неорганической химии. — М.: Иностранная литература, 1963.
| |
