Соляная кислота

Впервые хлороводород получил алхимик Василий Валентин, нагрев гептагидрат сульфата железа с поваренной солью и назвав полученное вещество «духом соли» (лат. spiritus salis). Иоганн Глаубер в XVII веке получил соляную кислоту из поваренной соли и серной кислоты. В 1790 году британский химик Гемфри Дэви получил хлороводород из водорода и хлора, таким образом установив его состав. Возникновение промышленного производства соляной кислоты связано с технологией получения карбоната натрия: на первой стадии этого процесса поваренную соль вводили в реакцию с серной кислотой, в результате чего выделялся хлороводород. В 1863 году в Англии был принят закон «Alkali Act», согласно которому запрещалось выбрасывать этот хлороводород в воздух, а необходимо было пропускать его в воду. Это привело к развитию промышленного производства соляной кислоты. Дальнейшее развитие произошло благодаря промышленным методам получения гидроксида натрия и хлора путём электролиза растворов хлорида натрия^[4].

Физические свойства соляной кислоты сильно зависят от концентрации растворённого хлороводорода:

При 20 °C, 1 атм (101,325 кПа)

При низкой температуре хлороводород с водой даёт кристаллогидраты составов ${\displaystyle {{\ce {HCl.H2O}}}}$ (температура плавления −15,4 °С), ${\displaystyle {{\ce {HCl.2H2O}}}}$ (температура плавления −18 °С), ${\displaystyle {{\ce {HCl.3H2O}}}}$ (температура плавления −25 °С), ${\displaystyle {{\ce {HCl.6H2O}}}}$ (температура плавления −70 °С). При атмосферном давлении (101,325 кПа) хлороводород с водой образуют азеотропную смесь с температурой кипения 108,6 °С и содержанием ${\displaystyle {{\ce {HCl}}}}$ 20,4 мас. %^[5].

Зависимость температуры кристаллизации водного раствора хлороводорода в зависимости от концентрации

• Взаимодействие с металлами, стоящими в ряду электрохимических потенциалов до водорода, с образованием соли и выделением газообразного водорода:

${\displaystyle {{\ce {2Na + 2HCl -> 2NaCl + H2 ^}}}}$,

${\displaystyle {{\ce {Mg + 2HCl -> MgCl2 + H2 ^}}}}$,

${\displaystyle {{\ce {2Al + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H2 ^}}}}$.

• Взаимодействие с оксидами металлов с образованием растворимой соли и воды:

${\displaystyle {{\ce {Na2O + 2HCl -> 2NaCl + H2O}}}}$,

${\displaystyle {{\ce {MgO + 2HCl -> MgCl2 + H2O}}}}$,

${\displaystyle {{\ce {Al2O3 + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H_2O}}}}$.

• Взаимодействие с гидроксидами металлов с образованием растворимой соли и воды (реакция нейтрализации):

${\displaystyle {{\ce {NaOH + HCl -> NaCl + H2O}}}}$,

${\displaystyle {{\ce {Ba(OH)2 + 2HCl -> BaCl2 + 2H_2O}}}}$,

${\displaystyle {{\ce {Al(OH)3 + 3HCl -> AlCl3 + 3H_2O}}}}$.

• Взаимодействие с солями металлов, образованных более слабыми кислотами, например, с угольной кислотой:

${\displaystyle {{\ce {Na2CO3 + 2HCl -> 2NaCl + H2O + CO2 ^}}}}$.

• Взаимодействие с сильными окислителями (перманганат калия, диоксид марганца) с выделением газообразного хлора:

${\displaystyle {{\ce {2KMnO4 + 16HCl -> 5Cl_2 ^ + 2MnCl2 + 2KCl + 8H2O}}}}$.

• Взаимодействие с аммиаком с образованием густого белого дыма, состоящего из мельчайших кристаллов хлорида аммония^[6]:

${\displaystyle {{\ce {NH3 + HCl -> NH4Cl}}}}$.

• Качественная реакция на соляную кислоту и её соли — взаимодействие кислоты с нитратом серебра, при котором образуется белый творожистый осадок хлорида серебра, нерастворимый в азотной кислоте^[7]:

${\displaystyle {{\ce {HCl + AgNO3 -> AgCl v + HNO3}}}}$.

Соляную кислоту получают растворением газообразного хлороводорода (HCl) 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 алхимиками способ, заключающийся в действии концентрированной серной кислоты на твёрдую поваренную соль:

${\displaystyle {\ce {NaCl\ +H2SO4->[150~^{\circ }{\text{C}}]NaHSO4\ +HCl\uparrow }}}$.

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

${\displaystyle {\ce {2NaCl\ +H2SO4->[550~^{\circ }{\text{C}}]Na2SO4\ +2HCl}}}$.

Получение путём гидролиза хлоридов магния, алюминия (производится нагревание гидратированной соли):

${\displaystyle {\ce {MgCl2.6H2O->[t,~^{\circ }{\text{C}}]MgO\ +2HCl\ +5H2O}}}$,

${\displaystyle {\ce {AlCl3.6H2O->[t,~^{\circ }{\text{C}}]Al(OH)3\ +3HCl\ +3H2O}}}$.

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

${\displaystyle {{\ce {2MgCl2 + H2O -> Mg2OCl2 + 2HCl}}}}$^[8]

В промышленности хлороводород получают реакцией горения водорода в хлоре:

${\displaystyle {{\ce {H2 + Cl2 -> 2HCl ^}}}}$

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

• 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 сельтерской (содовой) воды.

• Естественная составная часть желудочного сока человека. В концентрации 0,3—0,5 %, обычно в смеси с ферментом пепсином, назначается внутрь при недостаточной кислотности.

Соляная кислота относится к веществам III класса опасности^[2]. Рекомендуемая ПДК в рабочей зоне — 5 мг/м³^[1].

Высококонцентрированная соляная кислота представляет собой едкое вещество. При попадании на кожу вызывает сильные химические ожоги. Особенно опасным считается попадание в глаза (в значительном количестве). Для нейтрализации ожогов применяют раствор слабого основания, или соли слабой кислоты, обычно пищевой соды.

При открывании сосудов с концентрированной соляной кислотой пары хлороводорода, притягивая влагу воздуха, образуют туман, раздражающий глаза и дыхательные пути человека.

Реагируя с сильными окислителями (хлорной известью, диоксидом марганца, перманганатом калия), образует токсичный газообразный хлор.

В РФ оборот соляной кислоты концентрации 15 % и более — ограничен^[9].