Àcid clorhídric

L'àcid clorhídric (antigament àcid muriàtic o salfumant) és una dissolució aquosa de clorur d'hidrogen, ${\displaystyle {\ce {HCl(aq)}}}$, que presenta propietats àcides.^[1][2][3][4] S'usa a la neteja, encara que s'ha d'anar amb compte perquè és tòxic i molt corrosiu. Amb els metalls forma clorurs. Té moltes aplicacions a la indústria.^[5][6]

Àcid clorhídric

Substància química	solució aquosa
Massa molecular	54,47 Da
Descobridor o inventor	Maria la Jueva i Basilius Valentinus
Propietats
PKa	−6,3
Moment dipolar elèctric	1,109 D
Punt de fusió	−30 ℃ −114,18 ℃
Punt d'ebullició	−85 ℃ (a 101,325 kPa)
Moment dipolar elèctric	1,109 D
Pressió de vapor	190 hPa
NFPA 704: Standard System for the Identification of the Hazards of Materials for Emergency Response ()

És molt corrosiu i àcid. S'empra comunament com a reactiu químic i es tracta d'un àcid fort que es disocia completament en dissolució aquosa. Una dissolució concentrada d'àcid clorhídric té un pH inferior a 1; una dissolució de HCl 0,1 molar (M) dona un pH de 1, mentre que les dissolucions comercials (20-38%) tenen una molaritat entorn de 10 M (35,5% = 12 M), per la qual cosa han de manejar-se amb les màximes precaucions (vegeu més a baix Efectes nocius).

Història

Erròniament, se li atribueix el descobriment a Jabir ibn Hayyan (també conegut com a Geber), de l'àcid clorhídric a causa de l'obra coneguda com corpus de Pseudo-Geber. La pseudoepigrafia era comuna en l'Edat mitjana i el Pseudo-Geber europeu (italià o espanyol) va adoptar el nom del seu il·lustre predecessor àrab per a aconseguir més estatus en la seva pròpia obra.

En l'Edat mitjana, l'àcid clorhídric era conegut entre els alquimistes europeus com a esperit de sal o acidum salis. En el segle xvii, Johann Rudolf Glauber, de Karlstadt, Alemanya, va utilitzar sal (clorur de sodi) i àcid sulfúric per a preparar sulfat de sodi, alliberant gas clorur d'hidrogen. Joseph Priestley, de Leeds, Anglaterra va preparar clorur d'hidrogen pur en 1772, i Humphry Davy de Penzance va demostrar que la seva composició química contenia hidrogen i clor.

Durant la revolució industrial a Europa, la demanda per substàncies alcalines, com ara la sosa (hidròxid de sodi), es va incrementar, i el nou procés industrial per a la seva obtenció desenvolupat pel francès Nicolas Leblanc va permetre la producció a gran escala amb baixos costos. En el procés Leblanc, es converteix sal en sosa, utilitzant àcid sulfúric, pedra calcària i carbó, alliberant clorur d'hidrogen com a producte de deixalla. Fins a 1863 aquest era alliberat a l'atmosfera. Una llei d'aquest any va obligar els productors de sosa a absorbir aquest gas en aigua, produint així àcid clorhídric a escala industrial.

Al començament del segle vint, quan el procés Leblanc va ser substituït pel procés Solvay, que no produeix àcid clorhídric com el primer, aquest ja era un producte químic utilitzat de manera freqüent en nombroses aplicacions. L'interès comercial va portar al desenvolupament d'altres processos d'obtenció, que s'utilitzen fins al dia d'avui, i que són descrits més avall. Actualment, la majoria de l'àcid clorhídric s'obté absorbint el clorur d'hidrogen alliberat en la producció industrial de compostos orgànics.

Síntesi

L'àcid clorhídric (HCl) s'obté per addició d'àcid sulfúric (H₂SO₄) a la sal comuna (NaCl):

2 NaCl + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2 HCl

En la indústria química es formen grans quantitats de clorhídric en les reaccions orgàniques de cloració de les substàncies orgàniques amb clor elemental:

R-H + Cl₂ → R-Cl + HCl

També és possible sintetitzar-lo directament a partir dels seus elements moleculars, aquest procés, però, no sol ser econòmicament rendible.

En aigua es dissolen fins a 38 g/100 ml encara que a baixa temperatura es poden formar cristalls de HCl x H₂O amb un contingut del 68% d'HCl. La dissolució forma un azeòtrop amb un contingut del 20,2% en HCl i un punt d'ebullició de 108,6 °C.

L'àcid clorhídric que es troba en el mercat sol tenir una concentració del 38% (màxima) o del 25%.

Dels set àcids forts comuns en química, que són tots inorgànics, l'àcid clorhídric és l'àcid monopròtic amb menys tendència a provocar reaccions redox que puguin interferir amb altres reaccions. És un dels àcids forts menys perillosos de manipular i malgrat la seva acidesa, produeix el relativament poc reactiu i no tòxic ió clorur. Les dissolucions de concentracions intermèdies són bastant estables (fins a 6 M) i mantenen la concentració amb el pas del temps. Aquests atributs, sumats al fet que és disponible com un reactiu pur, el fan un excel·lent reactiu acidificant, i valorant àcid (per a determinar la quantitat de base en una volumetria). És comunament utilitzat en anàlisi química i per a digerir mostres per a anàlisis. Dissolucions concentrades d'aquest àcid poden utilitzar-se per a dissoldre alguns metalls (metalls actius), formant clorurs metàl·lics oxidats i dihidrogen gasós.

Propietats físiques

Les propietats físiques de l'àcid clorhídric, com ara punts de fusió i ebullició, densitat i pH depenen de la concentració (habitualment la manera d'expressar la concentració d'una dissolució és la molaritat, encara que hi ha altres) de HCl en la dissolució àcida.

Conc. (m/m) c: kg HCl/kg	Conc. (m/v) c: kg HCl/m³	Densitat ρ: kg/L	Molaritat mol/L	pH	Viscositat η: mPa·s	Calor específic s: kJ/(kg·K)	Pressió de vapor PHCl: Pa	Punt d'ebullició b.p.	Punt de fusió m.p.
10 %	104,80	1,048	2,87	−0,5	1,16	3,47	0,527	103 °C	−18 °C
20 %	219,60	1,098	6,02	−0,8	1,37	2,99	27,3	108 °C	−59 °C
30 %	344,70	1,149	9,45	−1,0	1,70	2,60	1.410	90 °C	−52 °C
32 %	370,88	1,159	10,17	−1,0	1,80	2,55	3.130	84 °C	−43 °C
34 %	397,46	1,169	10,90	−1,0	1,90	2,50	6.733	71 °C	−36 °C
36 %	424,44	1,179	11,64	−1,1	1,99	2,46	14.100	61 °C	−30 °C
38 %	451,82	1,189	12,39	−1,1	2,10	2,43	28.000	48 °C	−26 °C

La temperatura i pressió de referència per a la taula anterior són respectivament 20 °C  i 1 atmosfera (101 kPa).

Valoració àcida.

L'àcid clorhídric (HCl) s'obté en el laboratori per addició de àcid sulfúric (H₂SO₄) a sal (NaCl) escalfant a 150 °C .

En la indústria química es formen grans quantitats d'àcid clorhídric en les reaccions orgàniques de cloració de les substàncies orgàniques amb diclor.

Un altre mètode de producció a gran escala és l'utilitzat per la indústria clor-àlcali, en la qual s'electrolitza una dissolució de sal comuna (NaCl), produint clor, hidròxid de sodi i hidrogen. El gas clor així obtingut pot ser combinat amb el gas hidrogen, formant gas HCl químicament pur. Com la reacció és exotèrmica, les instal·lacions en les quals es realitza són conegudes com a forn de HCl.

En aigua es dissolen fins a 38 g/100 ml encara que a baixa temperatura es poden formar cristalls de HCl·H₂O amb un contingut del 68% de HCl. La dissolució forma un azeòtrop amb un contingut del 20,2% de HCl en massa i un punt d'ebullició de 108,6 °C .

L'àcid clorhídric que es troba en el mercat sol tenir una concentració del 38 o del 25%. Les dissolucions d'una concentració d'una mica més del 40% són químicament possibles, però la taxa d'alliberament de l'àcid en elles és tan alta que és necessari prendre mesures d'emmagatzematge i manipulació extres. En el mercat és possible adquirir dissolucions per a ús domèstic d'una concentració d'entre el 10 i el 12%, utilitzades principalment per a la neteja. En molts països (ex. l'Argentina) les solucioni de HCl estan regulades perquè són un precursor químic de drogues d'abús (ex. clorhidrat de cocaïna).

Aplicacions

L'àcid clorhídric s'utilitza sobretot com àcid barat, fort i volàtil. L'ús més conegut és el de desincrustant per a eliminar residus de calç. En aquesta aplicació es transforma el carbonat de calci en clorur de calci, més soluble i s'alliberen diòxid de carboni (CO₂₎ i aigua:

CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

En química orgànica s'aprofita el clorhídric de vegades en la síntesi de clorurs orgànics - bé per substitució d'un grup hidroxil d'un alcohol o per addició del clorhídric a un alquè encara que sovint aquestes reaccions no transcorren d'una manera molt selectiva.

En la indústria alimentària s'utilitza per exemple en la producció de la gelatina, dissolent la part mineral dels ossos.

En metal·lúrgia de vegades s'utilitza per a dissoldre la capa d'òxid que pot recobrir un metall.

També és un producte de partida en la síntesi de clorur fèrric (FeCl₃) o de policlorur d'alumini.

Efectes nocius

Els vapors procedents de l'àcid clorhídric estan formats per vapor d'aigua i clorur d'hidrogen. La inhalació de clorur hidrogen és una via important d'exposició a l'àcid clorhídric, especialment en àcid concentrat o en àcid calent. El clorur d'hidrogen és irritant i corrosiu per a qualsevol teixit amb el qual tingui contacte.^[7] L'exposició breu a baixos nivells produïx irritació de la gola. L'exposició a nivells més alts pot produir dificultats en la respiració, estrenyiment dels bronquíols, coloració blava de la pell, acumulació de líquid en els pulmons i fins i tot la mort. L'exposició a nivells més alts pot produir inflamació i espasmes de la gola i asfíxia. Algunes persones, poden patir una reacció inflamatòria al clorur d'hidrogen. Aquesta condició és coneguda com a síndrome de mal funcionament reactiu de les vies respiratòries (RADS, per les sigles en anglès), que és un tipus d'asma causat per certes substàncies irritants o corrosives.

Depenent de la concentració, el clorur d'hidrogen pot produir des de lleu irritació fins a cremades greus dels ulls i la pell. L'exposició perllongada a baixos nivells pot causar problemes respiratoris, irritació dels ulls i la pell i decoloració de les dents.

Tot i aquestes característiques els sucs gàstrics dins l'estómac humà contenen aproximadament el 3% d'àcid clorhídric. Aquest ajuda a coagular les proteïnes i té un paper important com a coenzim de la pepsina en la seva digestió. També ajuda en la hidròlisi dels polisacàrids presents en el menjar.

Àcid gàstric

Els sucs gàstrics de l'estómac humà contenen aproximadament un 3% d'àcid clorhídric. Allí ajuda a desnaturalitzar les proteïnes i exerceix un paper important com coenzim de la pepsina en la seva digestió. També ajuda en la hidròlisi dels polisacàrids presents al menjar. És secretat per les cèl·lules parietals. Aquestes contenen una extensiva xarxa de secreció des d'on se secreta el HCl cap al lumen de l'estómac.

Diversos mecanismes prevenen el mal de l'epiteli del tracte digestiu per aquest àcid:

• Reguladors negatius de la seva sortida.
• Una gruixuda capa mucosa que cobreix a l'epiteli.
• Bicarbonat de sodi secretat per les cèl·lules epitelials gàstriques i el pàncrees per a neutralitzar l'excés.
• L'estructura de l'epiteli.
• Un proveïment sanguini adequat.
• Prostaglandines (amb múltiples efectes: estimulen les secrecions mucoses i de bicarbonat, mantenen la integritat de la barrera epitelial, permeten l'adequat flux sanguini i estimulen la reparació de les membranes de la mucosa danyades).

Quan, per alguna raó, aquests mecanismes fallen, es poden produir pirosi o úlceres. Existeixen medicaments que prevenen que el cos produeixi un excés d'àcid en l'estómac, mentre que els antiàcids poden neutralitzar l'àcid existent. Generalment, això es produeix a causa d'una infecció per Helicobacter pylori o per consum abusiu d'antiinflamatoris no esteroidals.

També pot ocórrer que no es produeixi prou quantitat d'àcid clorhídric en l'estómac. Aquests quadres patològics són coneguts pels termes hiperclorhídria i aclorhídria i poden conduir a una gastroenteritis.

Metalls

L'àcid clorhídric en contacte amb uns certs metalls pot desprendre dihidrogen gasós, podent formar atmosferes explosives en l'ambient. Això pot ocórrer per exemple quan s'usa en els treballs de decapatge de metalls.

Fonts antropològiques

Les principals fonts antropològiques són:

• Petroquímiques
• Incineradores
• Cremació d'alguns materials, per exemple, el plàstic (formarà una reacció juntament amb l'aigua)
• Indústria química
• Processos de neteja i decapat de metalls

Clorur d'hidrogen produït en la piròlisi

El clor està present en els residus en forma de sals inorgàniques (com el clorur de sodi; NaCl) i de compostos orgànics. Les fonts del clor orgànic també inclouen compostos com el clorur de polivinil (59% en pes de clor) utilitzat en la fabricació d'ampolles, mobles... la majoria del clor es converteix en HCl que ataca a les superfícies metàl·liques. La reacció del vapor de NaCl i diòxid de sofre, genera clor elemental que pot conduir a la formació de HCl.

Estatus legal

L'àcid clorhídric ha estat inclòs com a precursor de la Taula II a la Convenció de les Nacions Unides contra el Tràfic Il·lícit d'Estupefaents i Substàncies Psicotròpiques de 1988 a causa del seu ús en la producció d'heroïna, cocaïna i metanfetamina.^[8][9]

Vegeu també

• Clorur d'hidrogen.
• Aparell de Kipp.