Vodikov klorid

Vodikov klorid

Skeletna formula vodikovega klorida z dimenzijami molekule Space-filling model of hydrogen chloride with atom symbols
Imena
IUPAC ime Vodikov klorid
Druga imena Klorovodik Hidroklorid
Identifikatorji
Številka CAS	7647-01-0
3D model (JSmol)	Interaktivna slika
Beilstein	1098214
ChEBI	CHEBI:17883
ChEMBL	ChEMBL1231821
ChemSpider	307
ECHA InfoCard	100.028.723
EC število	231-595-7
Gmelin	322
KEGG	D02057
PubChem CID	313
RTECS število	MW4025000
UNII	QTT17582CB
UN število	1050
CompTox Dashboard (EPA)	DTXSID2020711
InChI InChI=1S/ClH/h1H Key: VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N InChI=1/ClH/h1H Key: VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYAT
SMILES Cl
Lastnosti
Kemijska formula	ClH
Molska masa	36,46 g·mol−1
Videz	Brezbarven plin
Vonj	Jedek
Gostota	1,490 g L−1
Tališče	−11.422 °C (−20.528 °F; −11.149 K)
Vrelišče	−8.505 °C (−15.277 °F; −8.232 K)
Parni tlak	4352 kPa (pri 21,1 °C)
Kislost (pKa)	-7,0
Bazičnost (pKb)	21,0
Lomni količnik (nD)	1,0004456 (plin)
Struktura
Oblika molekule	Linearna
Dipolni moment	1,05 D
Termokemija
Specifična toplota, C	0,7981 J K−1 g−1
Standardna molarna entropija So298	186,902 J K−1 mol−1
Std tvorbena entalpija (ΔfH⦵298)	–92,31 kJ mol−1
Std sežigna entalpija (ΔcH⦵298)	–95,31 kJ mol−1
Nevarnosti
GHS piktogrami
Opozorilna beseda	Pozor
GHS stavki za nevarnost	H280, H314, H331
GHS stavki za previdnost	P261, P280, P305+351+338, P310, P410+403
NFPA 704 (diamant ognja)	0 3 1 ACID
Smrtni odmerek ali koncentracija (LD, LC):
LD50 (srednji odmerek)	238 mg/kg (podgane, zaužitje)
Sorodne snovi
Sorodne snovi	Vodikov fluorid Vodikov bromid Vodikov jodid
Če ni navedeno drugače, podatki veljajo za material v standardnem stanju pri 25 °C, 100 kPa).
Sklici infopolja

Vodikov klorid je kemijska spojina vodika in klora s formulo HCl. Pri sobni temperaturi je brezbarven jedek plin, ki z vlago iz zraka tvori belo paro klorovodikove kisline. Vodikov klorid in klorovodikova kislina sta pomembni industrijski surovini. Kemijska formula HCl se pogosto napačno uporablja, kot formula klorovodikove kisline, vendar ja zato potrebno natančnejše označevanje. Klorovodikova kislina je raztopina vodikovega klorida v vodi, zato jo označujemo kot HCl (aq). Plin vodikov klorid pa samo HCl, lahko pa tudi kot HCl (g).

Kemija

Pare klorovodikove kisline so oranžno barvo indikatorskega papirja spremenile v rdečo, kar pomeni, da so kisle.

Vodikov klorid ima dvoatomne molekule, v katerih sta vodik in klor vezana z enojno kovalentno vezjo. Ker je klor mnogo bolj elektronegativen od vodika, je vez zelo polarna in ima zato velik dipolni moment z negativnim delnim nabojem δ^– na klorovem atomu in pozitivnim delnim nabojem δ⁺ na vodikovem atomu. HCl je (tudi) zaradi velike polarnosti dobro topen v vodi in drugih polarnih topilih.

V vodnih raztopinah tvori hidronijeve katione in kloridne anione. Reakcija je reverzibilna:

HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl^–

Nastala raztopina je močna klorovodikova kislina. Njena disociacijska oziroma ionizacijska konstanta K_a je velika (pK_a=-8,0), kar pomeni, da v vodi popolnoma disociira ozirom ionizira. Vodikov klorid tudi v odsotnosti vode deluje kot kislina: lahko se raztaplja v nekaterih polarnih topilih, na primer v metanolu, protonira molekule ali ione in deluje kot kisli katalizator v kemijskih reakcijah, v katerih se zahtevajo brezvodni pogoji.

HCl + CH₃OH → CH₃O⁺H₂ + Cl^–

Vodikov klorid je zaradi svojih kislih lastnosti zelo koroziven, predvsem v prisotnosti vlage.

Zgradba in lastnosti molekule

Na zgornjih slikah je prikazana zgradba DCl, določena z nevtronsko difrakcijo uprašenega DCl pri temperaturi 77K. DCl se je uporabil namesto HCl zato, ker je jedra devterija laže odkriti kot jedra vodika. S prekinjeno črto so nakazane neskončne verige DCl.

Topnost HCl (g/L) v nekaterih topilih

Temperatura (°C)	0	20	30	50
Voda	823	720	673	596
Metanol	513	470	430
Etanol	454	410	381
Eter	356	249	195

Rentgenska difrakcija uprašenega trdnega HCl je pokazala, da pri temperaturi 98,4 K preide iz ortorombske v kubično kristalno strukturo. Klorovi atomi so v obeh strukturah na ploskovno centriranem področju. Položaja vodikovih atomov se ne da določiti. Analiza spektroskopskih in dielektričnih podatkov in določitev strukture DCl kažejo, da HCl v trdnem stanju tvori žagasto verigo, podobno kot HF.

Infrardeči (IR) absorbcijski spekter HCl

Dublet v IR spektru je posledica dveh klorovih izotopov

Infrardeči spekter plinastega HCl je sestavljen iz številnih ostrih absorbcijskih črt, grupiranih okoli 2886 cm⁻¹ (valovna dolžina ~3,47 µm). Pri sobni temeraturi so skoraj vse molekule v osnovnem vibracijskem stanju v = 0. Pri prehodu molekule v stanje v = 1 bi pričakovali vidno absorbcijsko črto pri približno 2880 cm^-1. Ta absorbcijska črta, ki ustreza veji Q, ni opažena, ker je nedopustna zaradi simetrije. Namesto nje se zaradi rotacije molekul pojavljata dva niza signalov (veji P in R). Zaradi pravil kvantne mehanike so dopustni samo nekateri načini rotacije. Zanje so značilna rotacijska kvantna števila J = 0, 1, 2, 3 ... ΔJ ima lahko vrednosti samo ± 1.

E(J) = h•B•J(J+1)

Ker je vrednost B veliko manjša od v e, je za rotacijo molekule potrebna zelo majhna količina energije, ki za značilno molekulo leži v mikrovalovnem področju. Vibracijska energija molekule HCl ima absorbcijo na infrardečem področju, zato se vibracijski spekter molekule zlahka zbere z običajnim infrardečim spektrometrom s konvencionalno plinsko celico.

Naravni klor vsebuje izotopa ³⁵Cl in ³⁷Cl v razmerju približno 3:1. Njuni konstanti vzmeti sta zelo podobni, reducirani masi pa sta različni, kar povzroči znatne razlike v rotacijski energiji. Pri podrobnem pregledu vsake absorbcijske črte se zato opazi dublet v enakem razmerju 3:1.

Pridobivanje

Večina industrijsko proizvedenega vodikovega klorida se uporabi za proizvodnjo klorovodikove kisline.

Laboratorijske metode

Majhne količine plinastega HCl za laboratorijske potrebe se lahko proizvede v generatorju HCl z dehidriranjem klorovodikove kisline z žveplovo kislino (H₂SO₄) ali brezvodnim kalcijevim kloridom (CaCl₂). Druga možnost je reakcija med žveplovo kislino in natrijevim kloridom (NaCl):

NaCl + H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl

Reakcija poteka že pri sobni temperaturi. Pri temperaturah nad 200 C poteka med suhimi ostanki NaCl in nastalim NaHSO4 naslednja reakcija:

NaCl + NaHSO₄ → HCl + Na₂SO₄

HCl se lahko pripravi tudi s hidrolizo nekaterih reaktivnih kloridov, na primer fosforjevih kloridov, tionil klorida (SOCl₂) in acil kloridov. HCl se na primer iz fosforjevega pentaklorida (PCl₅) proizvede tako, da na klorid počasi kaplja hladna voda, pri čemer poteka naslednja reakcija:

PCl₅ + H₂O → POCl₃ + 2 HCl

Plin se mora v tem primeru hraniti v majhnih tlačnih posodah ali valjih, ki so lahko dragi. Za druge postopke pridobivanja zadostuje običajna laboratorijska oprema.

Neposredna sinteza

Plamen v peči za sintezo HCl

Med elektrolizo vodne raztopine natrijevega klorida nastajajo klor (Cl₂), natrijev hidroksid (NaOH) in vodik (H₂). Nastali vodik lahko s klorom zgori v vodikov klorid:

Cl₂(g) + H₂(g) → 2 HCl(g)

Reakcija je eksotermna. Nastali plinasti vodikov klorid se absorbira v deionizirani vodi, tako da nastane klorovodikova kislina. Reakcija daje zelo čist proizvod, uporaben tudi v prehrambeni industriji.

V Sloveniji HCl z neposredno sintezo proizvaja TKI Hrastnik.

Organske sinteze

Največja industrijska proizvodnja vodikovega klorida je povezana s proizvodnjo kloriranih in fluoriranih organskih spojin, na primer teflona, freona in drugih kloriranih ogljikovodikov ter klorocetne kisline in PVC. V proces je pogosto vključena tudi proizvodnja klorovodikove kisline.

Med sintezo omenjenih spojin se vodikov atom v ogljikovodikih zamenja z atomom klora. Odcepljeni atom vodika se spaja z drugim atomom iz molekule klora, tako da nastane vodikov klorid. Vodikov klorid nastaja tudi med kasnejšim fuoriranjem kloriranih ogljikovodikov:

R-H + Cl₂ → R-Cl + HCl

R-Cl + HF → R-F + HCl

Nastali vodikov klorid se lahko ponovno uporabi ali absorbira v vodi, pri čemer nastane klorovodikova kislina tehnične oziroma industrijske kakovosti.

Uporaba

Večina vodikovega klorida se uporabi s proizvodnjio klorovodikove kisline. Uporablja se tudi za industrijsko hidrokloriranje gume in proizvodnjo vinilnih in alkilnih kloridov.

V industriji polprevodnikov se uporablja za jedkanje kristalov polprevodnikov in rafiniranje silicija preko triklorosilana (SiHCl₃).

Uporablja se tudi za odstranjevanje bombažnih vlaken in ločevanje bombaža od volne.

V laboratoriju je absolutno suh vodikov klorid še posebno uporaben za pripravo Lewisovih kislin.

Zgodovina

Alkimisti so že v srednjem veku ugotovili, da klorovodikova kislina, imenovana spiritus salis ali acidum salis, sprošča vodikov klorid, ki so ga imenovali kisli morski zrak. V 17. stoletju je Johann Rudolf Glauber iz kuhinjske soli in žveplove kisline pripravil natrijev sulfat (Na₂SO₄), pri čemer se je sproščal plinasti HCl. Leta 1772 sta o isti reakciji poročala tudi Carl Wilhelm Scheele in Joseph Priestley in leta 1810 je Humphry Davy ugotovil, da je sestavljen iz vodika in klora.

Med industrijsko revolucijo je začela naraščati potreba po alkalnih kemikalijah, na primer sodi (Na₂CO₃), zato je Nicolas Leblanc razvil industrijski postopek za njeno proizvodnjo. V Leblancovem postopku se kuhinjska sol s pomočjo žveplove kisline, apnenca in oglja pretvori v vodikov klorid. Plin se je prvotno izpučal v zrak, dokler ni bil leta 1863 v Angliji sprejet Akt o alkalijah, ki je izpuste prepovedal. Proizvajalci sode so zatem odpadni plin raztapljali v vodi in v industrijskem obsegu proizvajali klorovodikovo kislino. Kasneje se je soda proizvajala tudi po Hargreavesovem postopku, ki je podoben Leblancovemu, samo da so se namesto žveplove kisline uporabljali žveplov dioksid (SO₂), voda in zrak. V zgodnjem 20. stoletju se je uveljavil Solvayev postopek za proizvodnjo sode, v katerem ni stranskega proizvoda HCl.

Vodikov klorid se je v 20. stoletju uporabljal za hidrokloriranje alkinov. Na ta način sta se proizvajala monomera kloropren in vinil klorid, ki sta se zatem polimerizirala v polikloropren (sintetični gumij neopren) in polivinil klorid (PVC). V proizvodnji vinil klorida se je acetilen (etin, C₂H₂) hidrokloriral s HCl, pri čemer je ena vez v trojni vezi razpadla in prešla v dvojno vez:

HC≡CH + HCl → H₂C=CHCl

Acetilenski postopek za proizvodnjo kloroprena se je uporabljal do 1960. let. Prvi korak v procesu je bila dimerizacija etina, drugi korak pa adicija klorovodika na preostalo trojno vez:

Acetilenski postopek je nadomestil postopek, v katerem se najprej na eno od dvojnih vezi v 1,3-butadienu adira klor in zatem eliminira HCl:

H₂C=CH-CH=CH₂ + Cl₂ → H₂C=CH-CHCl-CH₂Cl

H₂C=CH-CHCl-CH₂Cl → H₂C=CH-CCl=CH₂ + HCl

Varnost

Vodikov klorid v stiku z vodo v tkivu tvori zelo jedko klorovodikovo kislino. Vdihavanje par lahko povzroči kašljanje, dušenje in vnetje nosu, grla in gornjih dihalnih poti. Pri težjih zastrupitvah povzroči pljučni edem, razpad obtočil in smrt. Pri stiku s kožo povzroči rdečico, bolečino in težke opekline. Pri stiku z očmi lahko povzroči trajne okvare vida.

Plin je zelo hidrofilen in se iz izpušnih plinov zlahka izpere s prepihavanjem skozi vodo. Stranski proizvod je klorovodikova kislina.

Oprema za ravnanje z vodikovim kloridom mora biti preverjena, še posebno ventili in regulatorji. Izdelana mora biti iz izbranih gradiv, na primer iz nerjavnega jekla ali polimerov.

Zunanje povezave

• International Chemical Safety Card 0163