Хлороводород: формула, свойства, получение, реакции, применение

22.01.2023 21:06

Хлороводород – это газ, водный раствор которого широко применяется во многих областях деятельности. Как отдельное вещество хлороводород часто используют в металлургии, при производстве стройматериалов, в органическом и неорганическом синтезе. Имеет большое значение для очистки металлических изделий, изготовления пищевых добавок, обогащения руды. Раствор хлорида водорода зарегистрирован как пищевая добавка, которой присвоен код Е507 – регулятор кислотности и антислёживающий агент.

Порошок хлоровороводорода

Что такое хлороводород, формула

Хлороводород – это сложное бинарное соединение, относящееся к кислотам. Состоит из водорода и присоединённого к нему атома хлора, элементы связаны между собой полярной связью. Химическая формула – HСl.

В природе хлороводород встречается вблизи вулканических источников. При выделении с выбросами хлора формируется вещество. В естественном виде раствор хлорида водорода входит в состав желудочного сока человека. В комбинации с пепсином и другими ферментами он способствует расщеплению и перевариванию пищи. При избыточной секреции париетальными клетками желудка значение pH среды существенно понижается, возникает риск возникновения заболеваний желудочно-кишечного тракта: язвы, изжоги, гастроэзофагеального рефлюкса.

Физические свойства, внешний вид

При нормальных условиях хлороводород – это газ без цвета, с ярко выраженным резким запахом. При повышенной влажности дымит на открытом воздухе, его плотность составляет 1.477 г/л, молярная масса – 36,4606 г/моль. Хлороводород высоко гигроскопичен, быстро впитывает воду и легко растворяется в ней с образованием соляной кислоты. При низких отрицательных температурах из газообразного состояния переходит в жидкое и закипает – при -85,1°С, при дальнейшем снижении температурного режима преобразуется в твёрдое соединение (плавится при -144,22°С). Разлагается при 1500°С.

Твёрдые кристаллы хлорида водорода существуют в двух формах: кубические и ромбические. Они беловатые либо бесцветные, довольно крупные. Кристаллическая смесь характеризуется отсутствием аромата. Хлороводород, вода дают кристаллогидраты, которые описываются формулой HCl ∙ nH2O, где n = 2, 3, 6.

Химические свойства, реакции

Хлороводород отличается высокой степенью реактивной способности. Отмечено взаимодействие хлороводорода со многими соединениями различных классов. При смешивании с водой хлороводорода образуется кислота хлороводорода:

HCl + H2O → H3O+ + Cl–

Вещество хлороводород реагирует с аммиаком, формируя в ходе реакции хлорид аммония:

HCl + NH3 → NH4Cl

Раствор хлороводорода реагирует с гидроксидами, при этом протекает реакция нейтрализации:

HCl + NaOH → NaCl + H2O

С активными щелочными металлами хлороводород реагирует с формированием схожих продуктов:

HCl + 2Na → NaCl + H2↑

Хлороводород реагирует также с основными оксидами:

2HCl + Na2O → 2NaCl + H2O

С амфотерными соединениями хлороводород реагирует с выделением хлористого железа:

HCl + Fe(OH)2 → FeCl2 + 2H2O

Несмотря на сильные окислительные свойства, хлорид водорода может подвергаться окислению серьёзными реагентами, например, перманганатом:

HCl + KMnO4 → 2MnCl2 + 5Cl↑ + 2KCl + 8H2O

По той же схеме идёт реакция с дихроматом:

HCl + K2Cr2O7 → 2CrCl3 + 3Cl2↑ + 2KCl + 7H2O

Для хлорида водорода характерна реакция ионного обмена, при этом хлорид водорода реагирует с карбонатом натрия в растворе:

HCl + Na2CO3 → 2NaCl + CO2↑ + H2O

Хлороводород окисляет сильные оксиды до хлоридов:

6HCl + Al2O3 → 2AlCl3↓ + 3H2O

В процессе реакции с сульфидом натрия он растворяется:

HCl + Na2S → 2NaCl + H2S↑

При подогревании хлороводород реагирует с пероксидами, при этом выделяется газообразный молекулярный кислород:

HCl + 2Na2O2 → 4NaCl + O2↑ + 2H2O

При комнатной температуре реакция идёт по-другому – при взаимодействии хлороводорода с пероксидом натрия формируется перекись водорода:

2HCl + Na2O2 → H2O2 + 2NaCl

Взаимодействие хлороводорода с гидридами:

HCl + NaH → NaCl + H2↑

Получение, уравнение хлорида водорода

Раствор хлорида водорода получают путём сжижения газа либо путём взаимодействия непосредственных элементов на свету:

H2 + Cl2 → 2HCl

Наиболее распространённый способ получения хлорида водорода в лабораторных условиях заключается в действии на поваренную соль серной при 150 °С:

NaCl + H2SO4 → HCl +NaHSO4

При получении с интенсивным нагреванием (до 550 °С) выход продукта более высок:

NaCl + H2SO4 → 2HCl↑ + Na2SO4

Хлорид водорода получают с помощью термолиза:

HClO4 → HCl + O2↑

Другой вариант получения – разложение неустойчивых хлоритов:

2HClO → 2HCl + O2↑

Получить хлороводород возможно путём обработки галогенидов:

Cl2 + 2HI → 2HCl + I2↑

Производство хлороводорода

В промышленности предпочтение чаще всего отдаётся прямому синтезу из простых веществ за счёт экономного расхода реагентов и повышенной безопасности по сравнению с методикой добычи его по Леблану (через серную кислоту).

Добыча ведётся в специализированных установках, куда непрерывно подают хлор и водород, проходящие над горелкой. В этом пламени энергии сгорания вполне достаточно для формирования полноценного вещества хлороводорода. При этом водорода берётся избыточное количество за счёт чего экономится дорогой и ценный компонент.

Применение

Хлорид водорода используется во многих сферах. Большее количество произведенного хлороводорода поступает на нужды тяжёлой промышленности и химии. Меньшая доля потребляется промышленной отраслью и изготовлением строительных материалов. В связи с исключительной реакционной активностью применение хлороводорода актуально для выпуска глутамата натрия, соды, соли.

Применение хлороводорода в металлургии и химпроме

Вещество хлороводород ценится в области получения и обработки металлов. Это важный компонент такого технологического приёма, как травление. В ходе него производится очистка поверхностного слоя материала за счёт растворяющего действия хлорида водорода. Это совершается для достижения нескольких целей:

удаление окалины; выявление структуры материалов; нанесение рельефного рисунка в художественной металлографии; создание проводящих дорожек для печатных плат и интегральных схем; вытравливание сверхмалых отверстий при конструировании мембран; полировка.

Хлорид водорода необходим для декапирования перед гальванической обработкой, когда удаляется грязь и различные окислы. При пайке вещество применяют для дезинфекции. Ингибированный хлороводород используют в смеси с ПАВ для промывки керамических изделий.

Это важный реактив для выпуска хлоридов, широко использующихся для самых разнообразных целей. Кроме того, он может выступать закислителем среды для нормализации прохождения реакций получения карбонатов и гашеной извести.

Применение хлороводорода в сфере продуктов питания и медицине

Пищевая добавка Е507 применяется прежде всего для изготовления инвертированного сиропа – смеси фруктозы и глюкозы. Он выступает как загуститель, заменяющий патоку. За счёт инвертного сахара начинки конфет и пирожных не засахариваются, сохраняют исходную структуру. Пищевую добавку Е507 как антиокислитель можно встретить в таких продуктах, как:

зельтерская содовая; желатин; мелассное сусло.

В фармацевтике хлороводород в комбинации с пепсином используется как действующее вещество лекарственных препаратов для коррекции кислотности ЖКТ.

Меры предосторожности, токсичность

Хлороводород крайне токсичен (3 класс опасности). Это сильнодействующий яд, оказывающий губительное воздействие на слизистые оболочки дыхательных путей и глаз. В период второй мировой войны он применялся как отравляющее боевое вещество. Вдыхание хлороводорода приводит к сильнейшему раздражению, кашлю, чиханию, отёку лёгких. При соприкосновении с кожей провоцирует покраснение, глубокие ожоги.

При работе с хлоридом водорода следует соблюдать меры безопасности: работать в перчатках и респираторе и под работающей тягой. При попадании на кожный покров следует обильно промыть водой и обратиться к специалисту.

Упаковка, транспортировка

Хлороводород содержится в цистернах и баллонах, снабжённых предохранителем со строго установленным давлением и заполненностью 65% объёма. Его следует хранить в сухих помещениях вдали от прямых солнечных лучей и температурным режимом, не достигающем 60 °С.

Где купить и сколько стоит

Раствор хлороводорода можно купить у заводов-производителей по цене от 25 рублей за 1 кг. Хлорид водорода продаётся в магазинах реактивов по стоимости от 120 руб/л.

Заключение

Хлороводород – это опасный едкий реагент, окисляющие и очищающие свойства которого нашли применение в гидрометаллургии. Он также используется как основа для лекарств при пониженном pH, пищевая добавка Е507, способствующая поддержанию водородного показателя на определённом уровне.