Хлороводород

Хлороводород
Общие
Систематическое наименование	Хлороводород
Традиционные названия	Гидрохлорид, хлористый водород
Рац. формула	HCl
Физические свойства
Состояние	бесцветный газ
Молярная масса	36,4606 г/моль
Плотность	1.477 г/л, газ (25 °C)
Термические свойства
Температура
• плавления	−114,22 °C
• кипения	−85,1 °C
• разложения	1500 °C
Критическая точка	51,4 °C
Энтальпия
• образования	-92,31 кДж/моль
Химические свойства
Константа диссоциации кислоты [math]\displaystyle{ pK_a }[/math]	-4; -7
Растворимость
• в воде	72,47 (20 °C)
Классификация
Рег. номер CAS	7647-01-0
Безопасность
Предельная концентрация	5 мг/м³
ЛД50	238 мг/кг
Токсичность	Очень токсичен, СДЯВ
Пиктограммы СГС
NFPA 704	0 3 1 ACID
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Хло́роводоро́д, (гидрохлорид, хло́ристый водоро́д, хлорид водорода, HCl) — бесцветный, термически устойчивый ядовитый газ (при нормальных условиях) с резким запахом, дымящий во влажном воздухе, легко растворяется в воде (до 500 объёмов газа на один объём воды) с образованием хлороводородной (соляной) кислоты. При −85,1 °C конденсируется в бесцветную, подвижную жидкость. При −114,22 °C [math]\ce{ HCl }[/math] переходит в твёрдое состояние. В твёрдом состоянии хлороводород существует в виде двух кристаллических модификаций: ромбической, устойчивой ниже −174,75 °C, и кубической.

Свойства

Водный раствор хлористого водорода называется соляной кислотой. При растворении в воде протекают следующие процессы:

[math]\ce{ HCl + H2O -> H3O^+ + Cl^- }[/math].

Процесс растворения сильно экзотермичен. С водой [math]\ce{ HCl }[/math] образует азеотропную смесь, содержащую 20,24 % [math]\ce{ HCl }[/math].

Соляная кислота является сильной одноосновной кислотой, она энергично взаимодействует со всеми металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода, с основными и амфотерными оксидами, основаниями и солями, образуя соли — хлориды:

[math]\ce{ Mg + 2HCl -> MgCl2 + H2 ^ }[/math],

[math]\ce{ FeO + 2HCl -> FeCl2 + H2O }[/math].

Хлориды чрезвычайно распространены в природе и имеют широчайшее применение (галит, сильвин). Большинство из них хорошо растворяется в воде и полностью диссоциируют на ионы. Слаборастворимыми являются хлорид свинца(II) ([math]\ce{ PbCl2 }[/math]), хлорид серебра ([math]\ce{ AgCl }[/math]), хлорид ртути(I) ([math]\ce{ Hg2Cl2 }[/math], каломель) и хлорид меди(I) ([math]\ce{ CuCl }[/math]).

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

[math]\ce{ MnO2 + 4HCl -> MnCl2 + Cl2 ^ + 2H2O }[/math].

При нагревании хлороводород окисляется кислородом (катализатор — хлорид меди(II) [math]\ce{ CuCl2 }[/math]):

[math]\ce{ 4HCl + O2 -> 2H2O + 2Cl2 ^ }[/math].

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

[math]\ce{ 2Cu + 4HCl -> 2H[CuCl2] + H2 ^ }[/math].

Смесь 3 объёмных частей концентрированной соляной и 1 объемной доли концентрированной азотной кислот называется «царской водкой». Царская водка способна растворять даже золото и платину. Высокая окислительная активность царской водки обусловлена присутствием в ней хлористого нитрозила и хлора, находящихся в равновесии с исходными веществами:

[math]\ce{ 4H^+ + 3Cl^- + NO3^- -> NOCl + Cl2 + 2H2O }[/math].

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

[math]\ce{ 3Pt + 4HNO3 + 18HCl -> 3H2[PtCl6] + 4NO ^ + 8H2O }[/math].

Присоединяется к серному ангидриду, образуя хлорсульфоновую кислоту [math]\ce{ HSO3Cl }[/math]:

[math]\ce{ SO3 + HCl -> HSO3Cl }[/math].

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

[math]\ce{ R-CH=CH2 + HCl -> R-CHCl-CH3 }[/math],

[math]\ce{ R-C#CH + 2HCl -> R-CCl2-CH_3 }[/math].

Получение

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

[math]\ce{ NaCl + H2SO4 -> NaHSO4 + HCl ^ }[/math].

[math]\ce{ HCl }[/math] также можно получить гидролизом ковалентных хлоридов, таких, как хлорид фосфора(V), тионилхлорид ([math]\ce{ SOCl2 }[/math]), и гидролизом хлорангидридов карбоновых кислот:

[math]\ce{ PCl5 + H2O -> POCl3 + 2HCl ^ }[/math],

[math]\ce{ RCOCl + H2O -> RCOOH + HCl ^ }[/math].

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:

[math]\ce{ H2 }[/math][math]\ce{ + Cl2 \rightleftarrows 2HCl }[/math] + 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.

Ещё в лаборатории можно получить хлороводород взаимодействием воды с хлором под действием прямого солнечного света в присутствии солей кобальта. Вместо прямого солнечного света можно использовать лампу высокой мощности:

[math]\ce{ 2H_2O + 2Cl_2 ->[h\nu, CoCl_2] 4HCl ^ + O_2 ^ }[/math]

Для того, чтобы получить хлороводород взаимодействием воды с хлором, не используя свет от лампы высокой мощности и соли кобальта, то нужно взаимодействовать воду с бромом в присутствии света от обычной лампы или при кипении. Затем нужно взаимодействовать полученный бромоводород с хлором, охладить смесь хлороводорода и брома для того, чтобы отделить жидкий бром от хлороводорода и отгонять полученный хлороводород в другую ёмкость с водой для получения соляной кислоты: [math]\ce{ 2H_2O + 2Br_2 ->[h\nu, +100^oC] 4HBr ^ + O_2 ^ }[/math]

[math]\ce{ 2HBr + Cl_2 -> 2HCl ^ + Br_2 }[/math]

Применение

Водный раствор широко используется для получения хлоридов, для травления металлов, очистки поверхности сосудов, скважин от карбонатов, обработки руд, при производстве каучуков, глутамата натрия, соды, хлора и других продуктов. Также применяется в органическом синтезе. Широкое распространение раствор соляной кислоты получил в производстве мелкоштучных бетонных и гипсовых изделий: тротуарная плитка, железобетонные изделия и т. д.

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.

Литература

• Левинский М. И., Мазанко А. Ф., Новиков И. Н. Хлористый водород и соляная кислота. — М.: Химия, 1985.

Ссылки

• Хлороводород: химические и физические свойства