Axít clohiđric
Trang 1 trong tổng số 1 trang
Axít clohiđric
by mercury hydragyrum Sun Jan 15, 2012 5:45 pm
Axít clohiđric hay axít muriatic là một axít vô cơ mạnh, do sự hòa tan của khí hiđrô clorua (HCl) trong nước. Ban đầu nó được sản xuất từ axít sulfuric và muối ăn vào thời Phục Hưng, sau đó nó được các nhà hóa học Glauber, Priestley và Davy sử dụng trong các nghiên cứu khoa học của họ. Axít HCl được tìm thấy trong dịch vị, và cũng là một trong những yếu tố gây bệnh loét dạ dày khi hệ thống tự bảo vệ của dạ dày hoạt động không hiệu quả.
Axít clohiđric đậm đặc nhất có nồng độ tối đa là 40%. Ở dạng đậm đặc axít này có thể tạo thành các sương mù axít, chúng đều có khả năng ăn mòn các mô con người, gây tổn thương cơ quan hô hấp, mắt, da và ruột. Ở dạng loãng, nó cũng được sử dụng làm chất vệ sinh, lau chùi nhà cửa, sản xuất gelatin và các phụ gia thực phẩm, tẩy gỉ, và xử lý da. Axít clohiđric dạng hỗn hợp đẳng phí (gần 20,2%) có thể được dùng như một tiêu chuẩn cơ bản trong phân tích định lượng.
Axít HCl được sản xuất với quy mô lớn vào cách mạng công nghiệp, chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp hóa chất để xản xuất nhựa PVC, và các sản phẩm trung gian như MDI/TDI để tạo ra polyuretan. Có khoảng 20 triệu tấn axít HCl được sản xuất hàng năm.
Axít clohiđric được các nhà giả kim thuật châu Âu gọi là dung dịch muối (spirits of salt) hay acidum salis (axít muối). Cả hai tên vẫn còn đang sử dụng, đặc biệt là trong các ngôn ngữ ngoài tiếng Anh như tiếng Đức: Salzsäure và tiếng Hà Lan: Zoutzuur. Khí HCl được gọi là khí axít biển (marine acid air). Tên cũ là axít muriatic (muriatic acid) có cùng nguồn gốc (muriatic nghĩa là "liên quan đến nước muối hay muối"), và tên gọi này thỉnh thoảng vẫn còn được sử dụng.[1]
hông có nhiều tài liệu rõ ràng cho thấy axít clohiđric được điều chế vào thời kỳ Trung cổ. Có vẻ như nguồn đầu tiên đề cập đến việc điều chế vào thế kỷ 15 và 16, nhưng vẫn còn là vấn đề tranh cãi.[2] Một số tác giả vẫn giữ quan điểm rằng nó được Basil Valentine, thầy tu dòng Be-ne-dict Đức, phát hiện vào thế kỷ 15,[3] bằng cách nung muối và axít sunfuric lục.[4][5]
Vào thế kỷ 17, Johann Rudolf Glauber ở Karlstadt am Main, Đức, đã sử dụng muối natri clorua và axít sunfuric để điều chế natri sulfat Na2SO4 bằng phản ứng Mannheim giải phóng khí hyđrô clorua. Joseph Priestley ở Leeds, Anh đã tạo ra hydro chlorua tinh khiết năm 1772, và vào năm 1818 Humphry Davy ở Penzance, Anh đã chứng minh rằng thành phần hóa học bao gồm hydro và clo.[6][7][7]
Trong suốt thời kỳ cách mạng công nghiệp ở châu Âu, nhu cầu kiềm tăng, một phương pháp điều chế công nghiệp do Nicolas Leblanc (Issoundun, France) đề xuất đã cho phép sản suất natri cacbonat (tro soda) với số lượng lớn và giá rẻ. Theo công nghệ Leblanc, muối ăn được chuyển thành tro soda từ axít sulfuric và than, đồng thời giải phóng hyđô clorua. Trước khi có đạo luật Alkali 1863 ở Anh và các chính sách tương tự ở các quốc gia khác, lượng HCl dư được thải vào không khí. Sau khi thông qua đạo luật, các nhà sản xuất tro soda dùng nước để hấp thụ khí này, đồng thời sản xuất axít clohiđric theo quy mô công nghiệp.[6][7][8]
Trong thế kỷ 20, công nghệ Leblanc được thay thế hoàn toàn bởi công nghệ Solvay không tạo ra sản phẩm axít clohiđric. Vì axít clohiđric đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nên nhu cầu thương mại cần có các phương pháp khác để sản xuất nó, một số trong các phương pháp này vẫn còn được sử dụng cho đến ngày nay. Sau năm 2000, axít clohiđric hầu hết được sản xuất bằng cách hấp thụ khí hyđô clorua từ việc sản xuất các hợp chất hữu cơ công nghiệp.[7][8][9]
Từ năm 1988, axít clohiđric được liệt vào bảng II chất tiền chế, Công ước Liên Hợp Quốc về Chống vận chuyển trái phép ma túy và các chất hướng thần 1998 (Table II precursor under the 1988 United Nations Convention Against Illicit Traffic in Narcotic Drugs and Psychotropic Substances) do nó được sử dụng trong việc điều chế heroin, cocain, và methamphetamine
Axít clohiđric là một axít đơn, tức nó có thể phân ly cho ra một ion H+ và ion clo, Cl−. Khi hòa tan trong nước, H+ liên kết với phân tử nước tạo thành ion hydronium, H3O+:[11][12]
HCl + H2O → H3O+ + Cl−
Do phân ly hoàn toàn trong nước nên axít clohiđric được xếp vào nhóm axít mạnh.[11][12] Các axít monoproton có một hằng số điện ly, Ka, cho thấy mức độ phân ly của nó trong nước. Đối với các axít mạnh tương tự như HCl, thì Ka có giá trị lớn, và bên cạnh đó, cũng đã có nhiều nghiên cứu lý thuyết để xác định giá trị Ka đối với HCl.[13] Giá trị Ka thường được tính thông qua pKa, giá trị pKa của HCl, tùy theo nguồn, dao động trong khoảng -3 đến -7,[13] thậm chí đến -9,3.[14]
\ pK_{\mathrm a} = - \log_{10}K_{\mathrm a}
Khi cho các muối clorua như NaCl vào dung dịch HCl thì chúng không ảnh hưởng đến giá trị pH, điều này cho thấy rằng ion Cl− là một gốc bazơ liên hợp cực kỳ yếu và HCl bị phân ly hoàn toàn trong dung dịch. Đối với các dung dịch axít clohiđric trung bình đến mạnh, người ta cho rằng số mol H+ bằng với số mol HCl, với độ tin cậy 4 chữ số thập phân.[11][12]
Trong số sáu axít vô cơ mạnh phổ biến, axít clohiđric là một axít monoproton ít có khả năng tạo phản ứng giảm số oxy hóa. Nó là một trong những axít mạnh ít độc hại nhất khi tiếp xúc bằng tay; ngoài tính axít, nó còn bao gồm các ion clo không phản ứng và không độc hại. Các dung dịch axít clohiđric trung bình-mạnh thì khá ổn định khi lưu trữ.
Axít clohiđric thường được dùng phổ biến trong việc chuẩn độ dung dịch bazơ. Các axít chuẩn độ mạnh cho các kết quả chính xác hơn do có điểm cuối rõ ràng. Axít clohiđric dạng hỗn hợp đẳng phí (gần 20,2%) có thể được dùng như một tiêu chuẩn cơ bản trong phân tích định lượng, mặc dù nồng độ chính xác của nó phụ thuộc vào áp suất khí quyển khi điều chế nó.[15]
Axít clohiđric thường được dùng trong việc chuẩn bị mẫu trong hóa phân tích. Axít clohiđric đặc có thể hòa tan một số kim loại, tạo ra các khí hydro và clo. Nó phản ứng với các hợp chất bazơ như canxi cacbonat hoặc đồng(II) ôxít, tạo thành các dung dịch hòa tan có thể dùng để phân tích.[11][12]
Như các loại axít khác, HCl có khả năng tác dụng với:
Kim loại: Giải phóng khí hiđrô và tạo muối clorua (trừ các kim loại đứng sau hiđro trong dải hoạt động hóa học như Cu, Hg, Ag, Pt, Au).
Fe + 2HCl → FeCl2+ H2
Ôxít bazơ: Tạo muối clorua và nước.
ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O
Bazơ: Tạo muối clorua và nước.
NaOH + HCl → NaCl + H2O
Muối: tác dụng với các muối có gốc anion hoạt động yếu hơn tạo muối mới và axít mới.
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
Ngoài ra, trong một số phản ứng HCl còn thể hiện tính khử bằng cách khử một số hợp chất như KMnO4(đặc), MnO2, KClO3 giải phóng khí clo.
2KMnO4(đặc) + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8 H2O
MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O Lý tính
Nồng độ Mật độ Nồng độ
mol pH Độ nhớt Nhiệt dung
riêng Áp suất hơi Điểm sôi Điểm
nóng chảy
kg HCl/kg kg HCl/m3 Baumé kg/l mol/dm3 mPa•s kJ/(kg•K) Pa °C °C
10% 104,80 6,6 1,048 2,87 −0,5 1,16 3,47 0,527 103 −18
20% 219,60 13 1,098 6,02 −0,8 1,37 2,99 27,3 108 −59
30% 344,70 19 1,149 9,45 −1,0 1,70 2,60 1.410 90 −52
32% 370,88 20 1,159 10,17 −1,0 1,80 2,55 3.130 84 −43
34% 397,46 21 1,169 10,90 −1,0 1,90 2,50 6.733 71 −36
36% 424,44 22 1,179 11,64 −1,1 1,99 2,46 14.100 61 −30
38% 451,82 23 1,189 12,39 −1,1 2,10 2,43 28.000 48 −26
Bảng trên sử dụng nhiệt độ 20 °C và áp suất 1 atm (101.325 kPa).
Nhiệt độ nóng chảy là một hàm của nồng độ HCl trong nước.[16][17]
Các tính chất vật lý của axít clohiđric như điểm sôi và điểm nóng chảy, mật độ, và pH phụ thuộc vào nồng độ mol của HCl trong dung dịch axít. Chúng thay đổi trong dung dịch với nồng độ phần trăm rất thấp từ 0% HCl đến hơn 40% HCl.[11][12][18]
Axít clohiđric ở dạng hỗn hợp hai hợp phần gồm HCl và H2O có điểm sôi hỗn hợp đẳng phí khi nồng độ 20,2% HCl và nhiệt độ 108,6 °C (227 °F). Có bốn điểm eutecti kết tinh cố định đối với HCl, giữa các dạng tinh thể của HCl•H2O (68% HCl), HCl•2H2O (51% HCl), HCl•3H2O (41% HCl), HCl•6H2O (25% HCl), và đóng băng (0% HCl). Cũng có điểm eutectic rất ổn định ở nồng độ 24,8% giữa dạng băng và HCl•3H2O kết tinh.[18]
[sửa] Điều chế và sản xuất
Axít clohiđric được sản xuất với nồng độ lên đến 38% HCl (nồng độ phần trăm). Các mức nồng độ cao hơn khoảng 40% có thể được sản xuất về mặt hóa học nhưng sau đó tốc độ bay hơi cao đến mức việc cất giữ và sử dụng cần có những khuyến cáo đặc biệt, như trong môi trường áp suất và nhiệt độ thấp. Cấp công nghiệp sử dụng loại 30% đến 34%, nhằm tối ưu hóa trong việc vận chuyển và giảm thất thoát khí HCl ở dạng bay hơi. Các dung dịch sử dụng cho mục đích gia đình ở Hoa Kỳ, hầu hết là làm vệ sinh, thì có nồng độ nằm trong khoảng 10% đến 12%, với những khuyến cáo khi pha loãng. Ở Anh, chất này được bán ở dạng "Spirits of Salt" dùng cho làm vệ sinh trong nhà, với độ axít tương tự như cấp công nghiệp ở Mỹ.[7]
Hầu hết axít clohiđric được sản xuất ở Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản ở dạng sản phẩm phụ theo phương pháp clo hóa chất hữu cơ.[19] Các nhà sản xuất chính trên thế giới gồm Dow Chemical, FMC, Tập đoàn Georgia Gulf, Tập đoàn Tosoh, Akzo Nobel, và Tessenderlo. Trong đó, Dow Chemical sản xuất 2 triệu tấn hàng năm tính theo khí HCl; và các công ty còn lại sản xuất từ 0,5 đến 1,5 triệu tấn/mỗi năm. Tổng sản lượng trên thế giới, tính theo HCl, ước tính 20 triệu tấn/năm, với 3 triệu tấn/năm từ việc tổng hợp trực tiếp, và phần còn lại là sản phẩm phụ từ các quá trình tổng hợp hữu cơ và tương tự. Cho đến nay hầu hết axít clohiđric được tiêu thụ chủ yếu bởi nhà sản xuất, làm nguyên liệu, phụ liệu để sản xuất các chế phẩm khác. Thị trường thế giới tiêu thụ khoảng 5 triệu tấn/năm.[7]
Axít clohiđric được sản xuất/điều chế theo các quy trình sau:
Tổng hợp từ các nguyên tố
Hydrochloric Acid Burner Flame.ogg
Ngọn lửa tổng hợp HCl trong lò
Quá trình này tổng hợp trực tiếp từ khí clo và hiđro cho ra sản phẩm có độ tinh khiết cao.[20]
H2 + Cl2 → 2 HCl
(ΔH= -184,74 KJ/mol)[21]
Phản ứng diễn ra trong buồng đốt được cung cấp khí clo và hyđro ở nhiệt độ trên 2000°C có mặt ngọn lửa. Để đảm bảo rằng phản ứng diễn ra hoàn toàn, người ta cung cấp lượng hyđro cao hơn clo một chút (1-2%) để không còn clo trong sản phẩm.[22] Hỗn hợp của hyđro và clo có khả năng gây nổ do đó cần những thiết bị đặc biệt có khả năng chịu nhiệt cao, và một điểm không thuận lợi là các chất phản ứng có chi phí cao.
Phản ứng với clorua kim loại
Phản ứng với clorua kim loại, đặc biệt là natri clorua (NaCl), với axítsulfuric H2SO4) hoặc hydro sulfat:[20] Quá trình này được sử dụng chủ yếu trong thế kỷ 18 hay còn gọi là quy trình Leblanc dùng trong sản xuất natri cacbonat. Phản ứng diễn ra gồm 2 giai đoạn: giai đoạn 1 ở nhiệt độ khoảng 150-250°C, và giai đoạn 2 ở nhiệt độ khoảng 500 đến 600°C :[23]
NaCl + H2SO4 đặc → NaHSO4 + HCl↑
NaCl + NaHSO4 → Na2SO4 + HCl↑
Phản ứng tổng có thể được viết như sau:[24]
2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl↑
Chiều cân bằng phản ứng diễn ra theo hướng tạo khí HCl vì khí này được lấy ra liên tục. Phương pháp cho phép tạo ra các sản phẩm tinh khiết, thường được dùng trong phòng thí nghiệm. Phương pháp này không được dùng trong sản xuất thương mại vì axít sulfuric đắt hơn axít clohiđric.
Sản phẩm clo hóa trong sản xuất chất hữu cơ
Các phản ứng chính:
Nhiệt phân 1,2-dicloretan tạo thành vinyl clorua, 90% lượng axít clohiđric đường sản xuất ở Mỹ dùng phương pháp clo hóa này:[20]
C2H4 + Cl2 → C2H4Cl2
C2H4Cl2 → C2H3Cl + HCl
Clorua hóa ankan:[25][26]
Cl2 + RH → RCl + HCl
với R-là gốc hydrocacbon.
phản ứng trao đổi gốc clo với HF. Phản ứng này được dùng để chuyển sản phẩm clo hóa (RCl) tạo ra HCl.[26]
RCl + HF → RF + HCl
Tổng hợp tetrafloreten từ việc nhiệt phân clodiflometan:
2 CHF2Cl → CF2=CF2 + 2 HCl
Từ đốt rác thải hữu cơ clo:[20][26]
C4H6Cl2 + 5O2 → 4CO2 + 2H2O + 2HCl
Hydrat hóa clorua kim loại nặng
2FeCl3 + 6H2O → Fe2O3 + 3H2O + 6HCl
Sau quá trình tạo khí HCl, dòng khí chứa HCl đưa qua tháp hấp thụ, ở đây HCl lỏng đậm đặc được tạo ra bằng cách hấp thụ hơi HCl vào trong dung dịch axít clohiđric yếu và được tách ra. Trong khi đó, dòng khí cuối cùng được đưa tới thiết bị làm sạch để loại HCl tự do trước khi thải ra ngoài không khí. [20]
Ứng dụng
Transaprent chemical bottle with a glass cap and lable "hydrochloric acid. Con. HCl"
Axít HCl được sử dụng phổ biến trong phòng thí nghiệm.
Axít clohiđric là một axít mạnh được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Ứng dụng thường để xác định chất lượng sản phẩm theTẩy gỉ thép
Một trong những ứng dụng quan trọng của axít clohiđric là dùng để loại bỏ gỉ trên thép, đó là các oxit sắt, trước khi thép được đưa vào sử dụng với những mục đích khác như cán, mạ điện và những kỹ thuật khác.[7][9] HCl dùng trong kỹ thuật có nồng độ 18% là phổ biến, được dùng làm chất tẩy gỉ của các loại thép cacbon.
Fe2O3 + Fe + 6 HCl → 3 FeCl2 + 3 H2O
Axít đã qua sử dụng được tái dùng nhiều lần gọi là các dung dịch sắt (II) clorua, nhưng mức độ các kim loại nặng cao trong dung dịch tẩy này làm giảm hiệu quả của phản ứng.
Công nghiệp tẩy thép đã phát triển các công nghệ "tái chế axít clohiđric", như công nghệ lò phun hoặc công nghệ tái sinh HCl tầng sôi, quá trình này cho phép thu hồi HCl từ chất lỏng đã tẩy rửa. Công nghệ tái chế phổ biến hất là pyrohydrolysis, thực hiện theo phản ứng sau:[7]
4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl+ 2 Fe2O3
Bằng cách hồi phục đặc tính của axít đã qua sử dụng, người ta thực hiện theo một chu trình axít khép kín.[9] Sản phẩm phụ trong quá trình tái chế là sắt (III) ôxít được thu hồi và sử dụng vào nhiều mục đích trong công nghiệp.[7]
o yêu cầu.[7]
Sản xuất các hợp chất hữu cơ
Một ứng dụng quan trọng khác của axít clohiđric là được dùng để sản xuất các hợp chất hữu cơ như vinyl clorua và dicloroetan để sản xuất PVC. Quá trình này sử dụng các axít do doanh nghiệp sản xuất chứ không từ thị trường tự do. Các hợp chất hữu cơ khác được sản xuất từ HCl như bisphenol A sản xuất polycacbonat, than hoạt tính, và axít ascobic, cũng như trong một số sản phẩm của ngành dược.[9]
2 CH2=CH2 + 4 HCl + O2 → 2 ClCH2CH2Cl + 2 H2O
gỗ + HCl + nhiệt → than hoạt tính
Sản xuất các hợp chất vô cơ
Nhiều sản phẩm có thể được sản xuất từ axít clohiđric theo phản ứng axít-bazơ tạo ra các hợp chất vô cơ. Chúng bao gồm các hóa chất xử lý nước như sắt (III) clorua và polyaluminium clorua (PAC).
Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O (sắt (III) clorua từ magnetit)
Cả sắt (III) clorua và PAC đều được sử dụng làm chất keo tụ và chất đông tụ để làm lắng các thành phần trong quá trình xử lý nước thải, sản xuất nước uống, và sản xuất giấy.
Các hợp chất vô cơ khác được sản xuất dùng HCl như muối canxi clorua, niken (II) clorua dùng cho việc mạ điện và kẽm clorua cho công nghiệp mạ và sản xuất pin.[9]
CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O (canxi clorua từ đá vôi)
Kiểm soát và trung hòa pH
Axít clohiđric có thể được dùng để điều chỉnh tính bazơ của dung dịch.
OH− + HCl → H2O + Cl−
Trong công nghiệp yêu cầu độ tinh khiết (thực phẩm, dược phẩm, nước uống), axít clohiđric chất lượng cao được dùng để điều chỉnh pH của nước cần xử lý. Trong ngành công nghiệp không yêu cầu độ tinh khiết cao, axít clohiđric chất lượng công nghiệp chỉ cần đủ để trung hòa nước thải và xử lý nước hồ bơi.[9]
Tái sinh bằng cách trao đổi ion
Axít HCl chất lượng cao được dùng để tái sinh các nhựa trao đổi ion. Trao đổi cation được sử dụng rộng rãi để loại các ion như Na+ và Ca2+ từ các dung dịch chứa nước, tạo ra nước khử khoáng. Axít này được dùng để rửa các cation từ các loại nhựa.[7]
Na+ bị thay thế bởi H+
Ca2+ bị thay thế bởi 2 H+
Trao đổi ion và nước khử khoáng được sử dụng trong tất cả các ngành công nghiệp hóa, sản xuất nước uống, và một số ngành công nghiệp thực phẩm.[6][7]
Axít HCl được sử dụng nhiều ứng dụng ở quy mô nhỏ như: xử lý da, vệ sinh nhà cửa,[27] và xây dựng nhà.[9] Trong khai thác dầu, axít HCl có thể được dùng để bơm vào trong tầng đá của giếng dầu nhằm hòa tan một phần đá hay còn gọi là "rửa giếng", và tạo các lỗ rỗng lớn hơn. Axít hóa giếng khoan là một quá trình phổ biến được sử dụng trong công nghiệp khai thác dầu biển Bắc.[7] Khi trộn dung dịch axít clohiđric đậm đặc và dung dịch axít nitric đậm đặc theo tỉ lệ mol 1:3 thì nó có khả năng hòa tan vàng và bạch kim, (xem nước cường toan).
Một số phản ứng hóa học liên quan đến axít HCl được ứng dung trong sản xuất thực phẩm, các thành phần thực phẩm và phụ gia thực phẩm. Các sản phẩm đặc trưng như aspartame, fructose, axít citric, lysine, thủy phân protein thực vật, và trong sản xuất gelatin. Axít HCl cấp thực phẩm (loại an toàn cho con người khi sử dụng) có thể được ứng dụng khi cần thiết trong sản phẩm cuối cùng.[7][9]
Axít clohiđric đặm đặc tạo thành các sương mù axít. Cả dạng sương mù và dung dịch đều có khả hưởng ăn mòn các mô con người, có khả năng gây tổn thương cơ quan hô hấp, mắt, da và ruột. Khi trộn axít clohiđric với các chất ôxy hóa phổ biến khác như natri hypoclorit (NaClO) hoặc kali permanganat (KMnO4) làm giải phóng khí độc clo.
NaClO + 2 HCl → H2O + NaCl + Cl2
2 KMnO4 + 16 HCl → 2 MnCl2 + 8 H2O + 2 KCl + 5 Cl2
Đồ bảo hộ như cao su, găng tay PVC, kính bảo vệ mắt, và quần áo, giày chống chất hóa học được sử dụng để giảm thiểu những tác tại của việc tiếp xúc với loại axít này.[6]
Mức độ nguy hiểm của dung dịch axít clohiđric phụ thuộc vào nồng độ của nó. Bảng bên dưới liệt kê theo cách phân loại của EU về nồng độ axít này.[31]
Nồng độ
khối lượng Phân loại Nhóm R
10–25% Kích thích (Xi) [R36/37/38] - gây kích thích mắt, hệ hô hấp và da
> 25% Ăn mòn (C) R34 - gây bỏng
R37 - gây kích thích hệ hô hấp
Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ xếp axít clohiđric vào nhóm chất độc.[3
LỜI CUỐI BÀI THÂN GỬI BẠN ĐỌC !!! HEHE MÌNH VẪN CÒN THIẾU MỘT MỤC ĐÓ LÀ VỊ CỦA AXIT HCl CHÍNH VÌ THẾ BẠN ĐỌC NÀO NẾM THỬ RỒI CHO MÌNH THÊM Ý KIẾN ĐỂ BÀI VIẾT TRỞ NÊN PHONG PHÚ HƠN NHÉ PP BÀ CON
Axít clohiđric đậm đặc nhất có nồng độ tối đa là 40%. Ở dạng đậm đặc axít này có thể tạo thành các sương mù axít, chúng đều có khả năng ăn mòn các mô con người, gây tổn thương cơ quan hô hấp, mắt, da và ruột. Ở dạng loãng, nó cũng được sử dụng làm chất vệ sinh, lau chùi nhà cửa, sản xuất gelatin và các phụ gia thực phẩm, tẩy gỉ, và xử lý da. Axít clohiđric dạng hỗn hợp đẳng phí (gần 20,2%) có thể được dùng như một tiêu chuẩn cơ bản trong phân tích định lượng.
Axít HCl được sản xuất với quy mô lớn vào cách mạng công nghiệp, chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp hóa chất để xản xuất nhựa PVC, và các sản phẩm trung gian như MDI/TDI để tạo ra polyuretan. Có khoảng 20 triệu tấn axít HCl được sản xuất hàng năm.
Axít clohiđric được các nhà giả kim thuật châu Âu gọi là dung dịch muối (spirits of salt) hay acidum salis (axít muối). Cả hai tên vẫn còn đang sử dụng, đặc biệt là trong các ngôn ngữ ngoài tiếng Anh như tiếng Đức: Salzsäure và tiếng Hà Lan: Zoutzuur. Khí HCl được gọi là khí axít biển (marine acid air). Tên cũ là axít muriatic (muriatic acid) có cùng nguồn gốc (muriatic nghĩa là "liên quan đến nước muối hay muối"), và tên gọi này thỉnh thoảng vẫn còn được sử dụng.[1]
hông có nhiều tài liệu rõ ràng cho thấy axít clohiđric được điều chế vào thời kỳ Trung cổ. Có vẻ như nguồn đầu tiên đề cập đến việc điều chế vào thế kỷ 15 và 16, nhưng vẫn còn là vấn đề tranh cãi.[2] Một số tác giả vẫn giữ quan điểm rằng nó được Basil Valentine, thầy tu dòng Be-ne-dict Đức, phát hiện vào thế kỷ 15,[3] bằng cách nung muối và axít sunfuric lục.[4][5]
Vào thế kỷ 17, Johann Rudolf Glauber ở Karlstadt am Main, Đức, đã sử dụng muối natri clorua và axít sunfuric để điều chế natri sulfat Na2SO4 bằng phản ứng Mannheim giải phóng khí hyđrô clorua. Joseph Priestley ở Leeds, Anh đã tạo ra hydro chlorua tinh khiết năm 1772, và vào năm 1818 Humphry Davy ở Penzance, Anh đã chứng minh rằng thành phần hóa học bao gồm hydro và clo.[6][7][7]
Trong suốt thời kỳ cách mạng công nghiệp ở châu Âu, nhu cầu kiềm tăng, một phương pháp điều chế công nghiệp do Nicolas Leblanc (Issoundun, France) đề xuất đã cho phép sản suất natri cacbonat (tro soda) với số lượng lớn và giá rẻ. Theo công nghệ Leblanc, muối ăn được chuyển thành tro soda từ axít sulfuric và than, đồng thời giải phóng hyđô clorua. Trước khi có đạo luật Alkali 1863 ở Anh và các chính sách tương tự ở các quốc gia khác, lượng HCl dư được thải vào không khí. Sau khi thông qua đạo luật, các nhà sản xuất tro soda dùng nước để hấp thụ khí này, đồng thời sản xuất axít clohiđric theo quy mô công nghiệp.[6][7][8]
Trong thế kỷ 20, công nghệ Leblanc được thay thế hoàn toàn bởi công nghệ Solvay không tạo ra sản phẩm axít clohiđric. Vì axít clohiđric đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nên nhu cầu thương mại cần có các phương pháp khác để sản xuất nó, một số trong các phương pháp này vẫn còn được sử dụng cho đến ngày nay. Sau năm 2000, axít clohiđric hầu hết được sản xuất bằng cách hấp thụ khí hyđô clorua từ việc sản xuất các hợp chất hữu cơ công nghiệp.[7][8][9]
Từ năm 1988, axít clohiđric được liệt vào bảng II chất tiền chế, Công ước Liên Hợp Quốc về Chống vận chuyển trái phép ma túy và các chất hướng thần 1998 (Table II precursor under the 1988 United Nations Convention Against Illicit Traffic in Narcotic Drugs and Psychotropic Substances) do nó được sử dụng trong việc điều chế heroin, cocain, và methamphetamine
Axít clohiđric là một axít đơn, tức nó có thể phân ly cho ra một ion H+ và ion clo, Cl−. Khi hòa tan trong nước, H+ liên kết với phân tử nước tạo thành ion hydronium, H3O+:[11][12]
HCl + H2O → H3O+ + Cl−
Do phân ly hoàn toàn trong nước nên axít clohiđric được xếp vào nhóm axít mạnh.[11][12] Các axít monoproton có một hằng số điện ly, Ka, cho thấy mức độ phân ly của nó trong nước. Đối với các axít mạnh tương tự như HCl, thì Ka có giá trị lớn, và bên cạnh đó, cũng đã có nhiều nghiên cứu lý thuyết để xác định giá trị Ka đối với HCl.[13] Giá trị Ka thường được tính thông qua pKa, giá trị pKa của HCl, tùy theo nguồn, dao động trong khoảng -3 đến -7,[13] thậm chí đến -9,3.[14]
\ pK_{\mathrm a} = - \log_{10}K_{\mathrm a}
Khi cho các muối clorua như NaCl vào dung dịch HCl thì chúng không ảnh hưởng đến giá trị pH, điều này cho thấy rằng ion Cl− là một gốc bazơ liên hợp cực kỳ yếu và HCl bị phân ly hoàn toàn trong dung dịch. Đối với các dung dịch axít clohiđric trung bình đến mạnh, người ta cho rằng số mol H+ bằng với số mol HCl, với độ tin cậy 4 chữ số thập phân.[11][12]
Trong số sáu axít vô cơ mạnh phổ biến, axít clohiđric là một axít monoproton ít có khả năng tạo phản ứng giảm số oxy hóa. Nó là một trong những axít mạnh ít độc hại nhất khi tiếp xúc bằng tay; ngoài tính axít, nó còn bao gồm các ion clo không phản ứng và không độc hại. Các dung dịch axít clohiđric trung bình-mạnh thì khá ổn định khi lưu trữ.
Axít clohiđric thường được dùng phổ biến trong việc chuẩn độ dung dịch bazơ. Các axít chuẩn độ mạnh cho các kết quả chính xác hơn do có điểm cuối rõ ràng. Axít clohiđric dạng hỗn hợp đẳng phí (gần 20,2%) có thể được dùng như một tiêu chuẩn cơ bản trong phân tích định lượng, mặc dù nồng độ chính xác của nó phụ thuộc vào áp suất khí quyển khi điều chế nó.[15]
Axít clohiđric thường được dùng trong việc chuẩn bị mẫu trong hóa phân tích. Axít clohiđric đặc có thể hòa tan một số kim loại, tạo ra các khí hydro và clo. Nó phản ứng với các hợp chất bazơ như canxi cacbonat hoặc đồng(II) ôxít, tạo thành các dung dịch hòa tan có thể dùng để phân tích.[11][12]
Như các loại axít khác, HCl có khả năng tác dụng với:
Kim loại: Giải phóng khí hiđrô và tạo muối clorua (trừ các kim loại đứng sau hiđro trong dải hoạt động hóa học như Cu, Hg, Ag, Pt, Au).
Fe + 2HCl → FeCl2+ H2
Ôxít bazơ: Tạo muối clorua và nước.
ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O
Bazơ: Tạo muối clorua và nước.
NaOH + HCl → NaCl + H2O
Muối: tác dụng với các muối có gốc anion hoạt động yếu hơn tạo muối mới và axít mới.
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
Ngoài ra, trong một số phản ứng HCl còn thể hiện tính khử bằng cách khử một số hợp chất như KMnO4(đặc), MnO2, KClO3 giải phóng khí clo.
2KMnO4(đặc) + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8 H2O
MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O Lý tính
Nồng độ Mật độ Nồng độ
mol pH Độ nhớt Nhiệt dung
riêng Áp suất hơi Điểm sôi Điểm
nóng chảy
kg HCl/kg kg HCl/m3 Baumé kg/l mol/dm3 mPa•s kJ/(kg•K) Pa °C °C
10% 104,80 6,6 1,048 2,87 −0,5 1,16 3,47 0,527 103 −18
20% 219,60 13 1,098 6,02 −0,8 1,37 2,99 27,3 108 −59
30% 344,70 19 1,149 9,45 −1,0 1,70 2,60 1.410 90 −52
32% 370,88 20 1,159 10,17 −1,0 1,80 2,55 3.130 84 −43
34% 397,46 21 1,169 10,90 −1,0 1,90 2,50 6.733 71 −36
36% 424,44 22 1,179 11,64 −1,1 1,99 2,46 14.100 61 −30
38% 451,82 23 1,189 12,39 −1,1 2,10 2,43 28.000 48 −26
Bảng trên sử dụng nhiệt độ 20 °C và áp suất 1 atm (101.325 kPa).
Nhiệt độ nóng chảy là một hàm của nồng độ HCl trong nước.[16][17]
Các tính chất vật lý của axít clohiđric như điểm sôi và điểm nóng chảy, mật độ, và pH phụ thuộc vào nồng độ mol của HCl trong dung dịch axít. Chúng thay đổi trong dung dịch với nồng độ phần trăm rất thấp từ 0% HCl đến hơn 40% HCl.[11][12][18]
Axít clohiđric ở dạng hỗn hợp hai hợp phần gồm HCl và H2O có điểm sôi hỗn hợp đẳng phí khi nồng độ 20,2% HCl và nhiệt độ 108,6 °C (227 °F). Có bốn điểm eutecti kết tinh cố định đối với HCl, giữa các dạng tinh thể của HCl•H2O (68% HCl), HCl•2H2O (51% HCl), HCl•3H2O (41% HCl), HCl•6H2O (25% HCl), và đóng băng (0% HCl). Cũng có điểm eutectic rất ổn định ở nồng độ 24,8% giữa dạng băng và HCl•3H2O kết tinh.[18]
[sửa] Điều chế và sản xuất
Axít clohiđric được sản xuất với nồng độ lên đến 38% HCl (nồng độ phần trăm). Các mức nồng độ cao hơn khoảng 40% có thể được sản xuất về mặt hóa học nhưng sau đó tốc độ bay hơi cao đến mức việc cất giữ và sử dụng cần có những khuyến cáo đặc biệt, như trong môi trường áp suất và nhiệt độ thấp. Cấp công nghiệp sử dụng loại 30% đến 34%, nhằm tối ưu hóa trong việc vận chuyển và giảm thất thoát khí HCl ở dạng bay hơi. Các dung dịch sử dụng cho mục đích gia đình ở Hoa Kỳ, hầu hết là làm vệ sinh, thì có nồng độ nằm trong khoảng 10% đến 12%, với những khuyến cáo khi pha loãng. Ở Anh, chất này được bán ở dạng "Spirits of Salt" dùng cho làm vệ sinh trong nhà, với độ axít tương tự như cấp công nghiệp ở Mỹ.[7]
Hầu hết axít clohiđric được sản xuất ở Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản ở dạng sản phẩm phụ theo phương pháp clo hóa chất hữu cơ.[19] Các nhà sản xuất chính trên thế giới gồm Dow Chemical, FMC, Tập đoàn Georgia Gulf, Tập đoàn Tosoh, Akzo Nobel, và Tessenderlo. Trong đó, Dow Chemical sản xuất 2 triệu tấn hàng năm tính theo khí HCl; và các công ty còn lại sản xuất từ 0,5 đến 1,5 triệu tấn/mỗi năm. Tổng sản lượng trên thế giới, tính theo HCl, ước tính 20 triệu tấn/năm, với 3 triệu tấn/năm từ việc tổng hợp trực tiếp, và phần còn lại là sản phẩm phụ từ các quá trình tổng hợp hữu cơ và tương tự. Cho đến nay hầu hết axít clohiđric được tiêu thụ chủ yếu bởi nhà sản xuất, làm nguyên liệu, phụ liệu để sản xuất các chế phẩm khác. Thị trường thế giới tiêu thụ khoảng 5 triệu tấn/năm.[7]
Axít clohiđric được sản xuất/điều chế theo các quy trình sau:
Tổng hợp từ các nguyên tố
Hydrochloric Acid Burner Flame.ogg
Ngọn lửa tổng hợp HCl trong lò
Quá trình này tổng hợp trực tiếp từ khí clo và hiđro cho ra sản phẩm có độ tinh khiết cao.[20]
H2 + Cl2 → 2 HCl
(ΔH= -184,74 KJ/mol)[21]
Phản ứng diễn ra trong buồng đốt được cung cấp khí clo và hyđro ở nhiệt độ trên 2000°C có mặt ngọn lửa. Để đảm bảo rằng phản ứng diễn ra hoàn toàn, người ta cung cấp lượng hyđro cao hơn clo một chút (1-2%) để không còn clo trong sản phẩm.[22] Hỗn hợp của hyđro và clo có khả năng gây nổ do đó cần những thiết bị đặc biệt có khả năng chịu nhiệt cao, và một điểm không thuận lợi là các chất phản ứng có chi phí cao.
Phản ứng với clorua kim loại
Phản ứng với clorua kim loại, đặc biệt là natri clorua (NaCl), với axítsulfuric H2SO4) hoặc hydro sulfat:[20] Quá trình này được sử dụng chủ yếu trong thế kỷ 18 hay còn gọi là quy trình Leblanc dùng trong sản xuất natri cacbonat. Phản ứng diễn ra gồm 2 giai đoạn: giai đoạn 1 ở nhiệt độ khoảng 150-250°C, và giai đoạn 2 ở nhiệt độ khoảng 500 đến 600°C :[23]
NaCl + H2SO4 đặc → NaHSO4 + HCl↑
NaCl + NaHSO4 → Na2SO4 + HCl↑
Phản ứng tổng có thể được viết như sau:[24]
2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl↑
Chiều cân bằng phản ứng diễn ra theo hướng tạo khí HCl vì khí này được lấy ra liên tục. Phương pháp cho phép tạo ra các sản phẩm tinh khiết, thường được dùng trong phòng thí nghiệm. Phương pháp này không được dùng trong sản xuất thương mại vì axít sulfuric đắt hơn axít clohiđric.
Sản phẩm clo hóa trong sản xuất chất hữu cơ
Các phản ứng chính:
Nhiệt phân 1,2-dicloretan tạo thành vinyl clorua, 90% lượng axít clohiđric đường sản xuất ở Mỹ dùng phương pháp clo hóa này:[20]
C2H4 + Cl2 → C2H4Cl2
C2H4Cl2 → C2H3Cl + HCl
Clorua hóa ankan:[25][26]
Cl2 + RH → RCl + HCl
với R-là gốc hydrocacbon.
phản ứng trao đổi gốc clo với HF. Phản ứng này được dùng để chuyển sản phẩm clo hóa (RCl) tạo ra HCl.[26]
RCl + HF → RF + HCl
Tổng hợp tetrafloreten từ việc nhiệt phân clodiflometan:
2 CHF2Cl → CF2=CF2 + 2 HCl
Từ đốt rác thải hữu cơ clo:[20][26]
C4H6Cl2 + 5O2 → 4CO2 + 2H2O + 2HCl
Hydrat hóa clorua kim loại nặng
2FeCl3 + 6H2O → Fe2O3 + 3H2O + 6HCl
Sau quá trình tạo khí HCl, dòng khí chứa HCl đưa qua tháp hấp thụ, ở đây HCl lỏng đậm đặc được tạo ra bằng cách hấp thụ hơi HCl vào trong dung dịch axít clohiđric yếu và được tách ra. Trong khi đó, dòng khí cuối cùng được đưa tới thiết bị làm sạch để loại HCl tự do trước khi thải ra ngoài không khí. [20]
Ứng dụng
Transaprent chemical bottle with a glass cap and lable "hydrochloric acid. Con. HCl"
Axít HCl được sử dụng phổ biến trong phòng thí nghiệm.
Axít clohiđric là một axít mạnh được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Ứng dụng thường để xác định chất lượng sản phẩm theTẩy gỉ thép
Một trong những ứng dụng quan trọng của axít clohiđric là dùng để loại bỏ gỉ trên thép, đó là các oxit sắt, trước khi thép được đưa vào sử dụng với những mục đích khác như cán, mạ điện và những kỹ thuật khác.[7][9] HCl dùng trong kỹ thuật có nồng độ 18% là phổ biến, được dùng làm chất tẩy gỉ của các loại thép cacbon.
Fe2O3 + Fe + 6 HCl → 3 FeCl2 + 3 H2O
Axít đã qua sử dụng được tái dùng nhiều lần gọi là các dung dịch sắt (II) clorua, nhưng mức độ các kim loại nặng cao trong dung dịch tẩy này làm giảm hiệu quả của phản ứng.
Công nghiệp tẩy thép đã phát triển các công nghệ "tái chế axít clohiđric", như công nghệ lò phun hoặc công nghệ tái sinh HCl tầng sôi, quá trình này cho phép thu hồi HCl từ chất lỏng đã tẩy rửa. Công nghệ tái chế phổ biến hất là pyrohydrolysis, thực hiện theo phản ứng sau:[7]
4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl+ 2 Fe2O3
Bằng cách hồi phục đặc tính của axít đã qua sử dụng, người ta thực hiện theo một chu trình axít khép kín.[9] Sản phẩm phụ trong quá trình tái chế là sắt (III) ôxít được thu hồi và sử dụng vào nhiều mục đích trong công nghiệp.[7]
o yêu cầu.[7]
Sản xuất các hợp chất hữu cơ
Một ứng dụng quan trọng khác của axít clohiđric là được dùng để sản xuất các hợp chất hữu cơ như vinyl clorua và dicloroetan để sản xuất PVC. Quá trình này sử dụng các axít do doanh nghiệp sản xuất chứ không từ thị trường tự do. Các hợp chất hữu cơ khác được sản xuất từ HCl như bisphenol A sản xuất polycacbonat, than hoạt tính, và axít ascobic, cũng như trong một số sản phẩm của ngành dược.[9]
2 CH2=CH2 + 4 HCl + O2 → 2 ClCH2CH2Cl + 2 H2O
gỗ + HCl + nhiệt → than hoạt tính
Sản xuất các hợp chất vô cơ
Nhiều sản phẩm có thể được sản xuất từ axít clohiđric theo phản ứng axít-bazơ tạo ra các hợp chất vô cơ. Chúng bao gồm các hóa chất xử lý nước như sắt (III) clorua và polyaluminium clorua (PAC).
Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O (sắt (III) clorua từ magnetit)
Cả sắt (III) clorua và PAC đều được sử dụng làm chất keo tụ và chất đông tụ để làm lắng các thành phần trong quá trình xử lý nước thải, sản xuất nước uống, và sản xuất giấy.
Các hợp chất vô cơ khác được sản xuất dùng HCl như muối canxi clorua, niken (II) clorua dùng cho việc mạ điện và kẽm clorua cho công nghiệp mạ và sản xuất pin.[9]
CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O (canxi clorua từ đá vôi)
Kiểm soát và trung hòa pH
Axít clohiđric có thể được dùng để điều chỉnh tính bazơ của dung dịch.
OH− + HCl → H2O + Cl−
Trong công nghiệp yêu cầu độ tinh khiết (thực phẩm, dược phẩm, nước uống), axít clohiđric chất lượng cao được dùng để điều chỉnh pH của nước cần xử lý. Trong ngành công nghiệp không yêu cầu độ tinh khiết cao, axít clohiđric chất lượng công nghiệp chỉ cần đủ để trung hòa nước thải và xử lý nước hồ bơi.[9]
Tái sinh bằng cách trao đổi ion
Axít HCl chất lượng cao được dùng để tái sinh các nhựa trao đổi ion. Trao đổi cation được sử dụng rộng rãi để loại các ion như Na+ và Ca2+ từ các dung dịch chứa nước, tạo ra nước khử khoáng. Axít này được dùng để rửa các cation từ các loại nhựa.[7]
Na+ bị thay thế bởi H+
Ca2+ bị thay thế bởi 2 H+
Trao đổi ion và nước khử khoáng được sử dụng trong tất cả các ngành công nghiệp hóa, sản xuất nước uống, và một số ngành công nghiệp thực phẩm.[6][7]
Axít HCl được sử dụng nhiều ứng dụng ở quy mô nhỏ như: xử lý da, vệ sinh nhà cửa,[27] và xây dựng nhà.[9] Trong khai thác dầu, axít HCl có thể được dùng để bơm vào trong tầng đá của giếng dầu nhằm hòa tan một phần đá hay còn gọi là "rửa giếng", và tạo các lỗ rỗng lớn hơn. Axít hóa giếng khoan là một quá trình phổ biến được sử dụng trong công nghiệp khai thác dầu biển Bắc.[7] Khi trộn dung dịch axít clohiđric đậm đặc và dung dịch axít nitric đậm đặc theo tỉ lệ mol 1:3 thì nó có khả năng hòa tan vàng và bạch kim, (xem nước cường toan).
Một số phản ứng hóa học liên quan đến axít HCl được ứng dung trong sản xuất thực phẩm, các thành phần thực phẩm và phụ gia thực phẩm. Các sản phẩm đặc trưng như aspartame, fructose, axít citric, lysine, thủy phân protein thực vật, và trong sản xuất gelatin. Axít HCl cấp thực phẩm (loại an toàn cho con người khi sử dụng) có thể được ứng dụng khi cần thiết trong sản phẩm cuối cùng.[7][9]
Axít clohiđric đặm đặc tạo thành các sương mù axít. Cả dạng sương mù và dung dịch đều có khả hưởng ăn mòn các mô con người, có khả năng gây tổn thương cơ quan hô hấp, mắt, da và ruột. Khi trộn axít clohiđric với các chất ôxy hóa phổ biến khác như natri hypoclorit (NaClO) hoặc kali permanganat (KMnO4) làm giải phóng khí độc clo.
NaClO + 2 HCl → H2O + NaCl + Cl2
2 KMnO4 + 16 HCl → 2 MnCl2 + 8 H2O + 2 KCl + 5 Cl2
Đồ bảo hộ như cao su, găng tay PVC, kính bảo vệ mắt, và quần áo, giày chống chất hóa học được sử dụng để giảm thiểu những tác tại của việc tiếp xúc với loại axít này.[6]
Mức độ nguy hiểm của dung dịch axít clohiđric phụ thuộc vào nồng độ của nó. Bảng bên dưới liệt kê theo cách phân loại của EU về nồng độ axít này.[31]
Nồng độ
khối lượng Phân loại Nhóm R
10–25% Kích thích (Xi) [R36/37/38] - gây kích thích mắt, hệ hô hấp và da
> 25% Ăn mòn (C) R34 - gây bỏng
R37 - gây kích thích hệ hô hấp
Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ xếp axít clohiđric vào nhóm chất độc.[3
LỜI CUỐI BÀI THÂN GỬI BẠN ĐỌC !!! HEHE MÌNH VẪN CÒN THIẾU MỘT MỤC ĐÓ LÀ VỊ CỦA AXIT HCl CHÍNH VÌ THẾ BẠN ĐỌC NÀO NẾM THỬ RỒI CHO MÌNH THÊM Ý KIẾN ĐỂ BÀI VIẾT TRỞ NÊN PHONG PHÚ HƠN NHÉ PP BÀ CON
mercury hydragyrum- Nguyễn Thị Thảo Vy
- Tổng số bài gửi : 262
Join date : 05/11/2011
Age : 27
Trang 1 trong tổng số 1 trang
Permissions in this forum:
Bạn không có quyền trả lời bài viết|
|
|