El compuesto cloruro de hidrógeno tiene la fórmula química HCly como tal es un haluro de hidrógeno . A temperatura ambiente , es un gas incoloro , que forma vapores blancos de ácido clorhídrico al entrar en contacto con el vapor de agua atmosférico . El gas cloruro de hidrógeno y el ácido clorhídrico son importantes en la tecnología y la industria. El ácido clorhídrico, la solución acuosa de cloruro de hidrógeno, también recibe comúnmente la fórmula HCl.
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| Nombres | |||
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| Nombre IUPAC Cloruro de hidrógeno [1] | |||
| Otros nombres Gas de ácido clorhídrico Gas clorhídrico | |||
| Identificadores | |||
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Modelo 3D ( JSmol ) | |||
| 1098214 | |||
| CHEBI | |||
| CHEMBL | |||
| ChemSpider | |||
| Tarjeta de información ECHA | 100.028.723  | ||
| Número CE |
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| 322 | |||
| KEGG | |||
| Malla | Ácido clorhídrico + | ||
PubChem CID | |||
| Número RTECS |
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| UNII | |||
| un numero | 1050 | ||
Tablero CompTox ( EPA ) | |||
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| Propiedades | |||
| HCl | |||
| Masa molar | 36,46 g / mol | ||
| Apariencia | Gas incoloro | ||
| Olor | acre; afilado y ardiente | ||
| Densidad | 1,49 g / L [2] | ||
| Punto de fusion | −114,22 ° C (−173,60 ° F; 158,93 K) | ||
| Punto de ebullición | −85,05 ° C (−121,09 ° F; 188,10 K) | ||
| 823 g / L (0 ° C) 720 g / L (20 ° C) 561 g / L (60 ° C) | |||
| Solubilidad | soluble en metanol , etanol , éter | ||
| Presión de vapor | 4352 kPa (a 21,1 ° C) [3] | ||
| Acidez (p K a ) | −3,0; [4] −5,9 (± 0,4) [5] | ||
| Basicidad (p K b ) | 17.0 | ||
| Ácido conjugado | Cloronio | ||
| Base conjugada | Cloruro | ||
Índice de refracción ( n D ) | 1.0004456 (gas) 1.254 (líquido) | ||
| Viscosidad | 0,311 cP (-100 ° C) | ||
| Estructura | |||
Forma molecular | lineal | ||
Momento bipolar | 1.05 D | ||
| Termoquímica | |||
Capacidad calorífica ( C ) | 0,7981 J / (K · g) | ||
Entropía molar estándar ( S | 186.902 J / (K · mol) | ||
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 ) | −92,31 kJ / mol | ||
Entalpía estándar de combustión (Δ c H ⦵ 298 ) | −95,31 kJ / mol | ||
| Farmacología | |||
Código ATC | A09AB03 ( OMS ) B05XA13 ( OMS ) | ||
| Peligros | |||
| Ficha de datos de seguridad | Ficha datos de seguridad (MSDS) de JT Baker | ||
| Pictogramas GHS |   | ||
| Palabra de señal GHS | Peligro | ||
Declaraciones de peligro GHS | H280 , H314 , H331 | ||
Consejos de prudencia del SGA | P261 , P280 , P305 + 351 + 338 , P310 , P410 + 403 | ||
| NFPA 704 (diamante de fuego) |  3 0 1 ÁCIDO | ||
| Dosis o concentración letal (LD, LC): | |||
LD 50 ( dosis mediana ) | 238 mg / kg (rata, oral) | ||
LC 50 ( concentración media ) | 3124 ppm (rata, 1 h ) 1108 ppm (ratón, 1 h) [7] | ||
LC Lo ( más bajo publicado ) | 1300 ppm (humano, 30 min ) 4416 ppm (conejo, 30 min) 4416 ppm (conejillo de indias, 30 min) 3000 ppm (humano, 5 min) [7] | ||
| NIOSH (límites de exposición a la salud de EE. UU.): | |||
PEL (permitido) | C 5 ppm (7 mg / m 3 ) [6] | ||
REL (recomendado) | C 5 ppm (7 mg / m 3 ) [6] | ||
IDLH (peligro inmediato) | 50 ppm [6] | ||
| Compuestos relacionados | |||
Compuestos relacionados | Fluoruro de hidrógeno Bromuro de hidrógeno Yoduro de hidrógeno Astaturo de hidrógeno | ||
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |||
 verificar ( ¿qué es ?)  | |||
| Referencias de Infobox | |||
Reacciones
El cloruro de hidrógeno es una molécula diatómica , que consta de un átomo de hidrógeno H y un átomo de cloro Cl conectados por un enlace covalente polar . El átomo de cloro es mucho más electronegativo que el átomo de hidrógeno, lo que hace que este enlace sea polar. En consecuencia, la molécula tiene un gran momento dipolar con una carga parcial negativa (δ−) en el átomo de cloro y una carga parcial positiva (δ +) en el átomo de hidrógeno. [8] En parte debido a su alta polaridad, el HCl es muy soluble en agua (y en otros disolventes polares ).
Al entrar en contacto, H 2 O y HCl se combinan para formar cationes hidronio H 3 O + y aniones cloruro Cl - a través de una reacción química reversible :
- HCl + H 2 O → H 3 O + + Cl -
La solución resultante se llama ácido clorhídrico y es un ácido fuerte . La constante de ionización o disociación ácida, K a , es grande, lo que significa que el HCl se disocia o ioniza prácticamente por completo en agua. Incluso en ausencia de agua, el cloruro de hidrógeno todavía puede actuar como ácido. Por ejemplo, el cloruro de hidrógeno se puede disolver en otros solventes como el metanol :
- HCl + CH 3 OH → CH 3 O + H 2 + Cl -
El cloruro de hidrógeno puede protonar moléculas o iones y también puede servir como catalizador ácido para reacciones químicas en las que se desean condiciones anhidras (sin agua).
Debido a su naturaleza ácida, el cloruro de hidrógeno es una sustancia corrosiva , particularmente en presencia de humedad.
Estructura y propiedades
El HCl congelado experimenta una transición de fase a 98,4 K. La difracción de rayos X en polvo del material congelado muestra que el material cambia de una estructura ortorrómbica a una cúbica durante esta transición. En ambas estructuras, los átomos de cloro están en una matriz centrada en las caras . Sin embargo, no se pudieron localizar los átomos de hidrógeno. [9] El análisis de datos espectroscópicos y dieléctricos y la determinación de la estructura de DCl (cloruro de deuterio) indican que el HCl forma cadenas en zigzag en el sólido, al igual que el HF (ver figura a la derecha). [10]
| Temperatura (° C) | 0 | 20 | 30 | 50 |
|---|---|---|---|---|
| Agua | 823 | 720 | 673 | 596 |
| Metanol | 513 | 470 | 430 | |
| Etanol | 454 | 410 | 381 | |
| Éter | 356 | 249 | 195 |
El espectro infrarrojo del cloruro de hidrógeno gaseoso, que se muestra a la izquierda, consta de una serie de líneas de absorción nítidas agrupadas alrededor de 2886 cm -1 (longitud de onda ~ 3,47 µm). A temperatura ambiente, casi todas las moléculas están en el estado vibratorio fundamental v = 0. Incluyendo la anarmonicidad, la energía vibratoria se puede escribir como.
Para promover una molécula de HCl del estado v = 0 al v = 1, esperaríamos ver una absorción infrarroja de ν o = ν e + 2 x e ν e = 2880 cm −1 . Sin embargo, esta absorción correspondiente a la rama Q no se observa debido a que está prohibida por simetría. En cambio, se ven dos conjuntos de señales (ramas P y R) debido a un cambio simultáneo en el estado de rotación de las moléculas. Debido a las reglas de selección de la mecánica cuántica, solo se permiten ciertas transiciones rotacionales. Los estados se caracterizan por el número cuántico rotacional J = 0, 1, 2, 3, ... las reglas de selección establecen que Δ J solo puede tomar valores de ± 1.
El valor de la constante rotacional B es mucho menor que el vibratorio ν o , de modo que se requiere una cantidad mucho menor de energía para rotar la molécula; para una molécula típica, se encuentra dentro de la región de microondas. Sin embargo, la energía vibratoria de la molécula de HCl coloca sus absorciones dentro de la región infrarroja, lo que permite que un espectro que muestra las transiciones rovibracionales de esta molécula se recopile fácilmente utilizando un espectrómetro infrarrojo con una celda de gas. Este último incluso puede estar hecho de cuarzo, ya que la absorción de HCl se encuentra en una ventana de transparencia para este material.
El cloro naturalmente abundante consta de dos isótopos, 35 Cl y 37 Cl, en una proporción de aproximadamente 3: 1. Si bien las constantes de resorte son casi idénticas, las masas reducidas dispares de H 35 Cl y H 37 Cl causan diferencias medibles en la energía de rotación, por lo que se observan dobletes en una inspección cercana de cada línea de absorción, ponderada en la misma proporción de 3: 1.
Producción
La mayor parte del cloruro de hidrógeno producido a escala industrial se utiliza para la producción de ácido clorhídrico . [12]
Rutas históricas
En el siglo XVII, Johann Rudolf Glauber de Karlstadt am Main, Alemania, utilizó sal de cloruro de sodio y ácido sulfúrico para la preparación de sulfato de sodio en el proceso de Mannheim , liberando cloruro de hidrógeno. Joseph Priestley de Leeds, Inglaterra, preparó cloruro de hidrógeno puro en 1772, [13] y en 1808 Humphry Davy de Penzance, Inglaterra había demostrado que la composición química incluía hidrógeno y cloro . [14]
Síntesis directa
El cloruro de hidrógeno se produce combinando cloro e hidrógeno :
- Cl 2 + H 2 → 2 HCl
Como la reacción es exotérmica , la instalación se denomina horno de HCl o quemador de HCl. El gas de cloruro de hidrógeno resultante se absorbe en agua desionizada , dando como resultado ácido clorhídrico químicamente puro. Esta reacción puede dar lugar a un producto muy puro, por ejemplo, para su uso en la industria alimentaria.
Síntesis orgánica
La producción industrial de cloruro de hidrógeno a menudo se integra con la formación de compuestos orgánicos clorados y fluorados , por ejemplo, teflón , freón y otros CFC , así como ácido cloroacético y PVC . A menudo, esta producción de ácido clorhídrico se integra con su uso cautivo in situ. En las reacciones químicas , los átomos de hidrógeno en el hidrocarburo son reemplazados por átomos de cloro, después de lo cual el átomo de hidrógeno liberado se recombina con el átomo de reserva de la molécula de cloro, formando cloruro de hidrógeno. La fluoración es una reacción subsiguiente de reemplazo de cloro, produciendo nuevamente cloruro de hidrógeno:
- R − H + Cl 2 → R − Cl + HCl
- R − Cl + HF → R − F + HCl
El cloruro de hidrógeno resultante se reutiliza directamente o se absorbe en agua, lo que da como resultado ácido clorhídrico de grado técnico o industrial.
Métodos de laboratorio
Se pueden generar pequeñas cantidades de cloruro de hidrógeno para uso en laboratorio en un generador de HCl deshidratando ácido clorhídrico con ácido sulfúrico o cloruro de calcio anhidro . Alternativamente, el HCl puede generarse mediante la reacción de ácido sulfúrico con cloruro de sodio: [15]
- NaCl + H 2 SO 4 → NaHSO 4 + HCl
Esta reacción ocurre a temperatura ambiente. Siempre que quede NaCl en el generador y se caliente por encima de los 200 ° C, la reacción continúa:
- NaCl + NaHSO 4 → HCl + Na 2 SO 4
Para que estos generadores funcionen, los reactivos deben estar secos.
El cloruro de hidrógeno también se puede preparar mediante la hidrólisis de ciertos compuestos de cloruro reactivos tales como cloruros de fósforo , cloruro de tionilo (SOCl 2 ) y cloruros de acilo . Por ejemplo, se puede gotear gradualmente agua fría sobre pentacloruro de fósforo (PCl 5 ) para dar HCl:
- PCl 5 + H 2 O → POCl 3 + 2 HCl
Aplicaciones
La mayor parte del cloruro de hidrógeno se utiliza en la producción de ácido clorhídrico. También se utiliza en la producción de cloruro de vinilo y muchos cloruros de alquilo . [12] El triclorosilano se produce utilizando HCl:
- Si + 3 HCl → HSiCl 3 + H 2
Historia
Hacia el año 900, los autores de los escritos árabes atribuidos a Jabir ibn Hayyan (latín: Geber) y al médico y alquimista persa Abu Bakr al-Razi (854-925, latín: Rhazes) estaban experimentando con sal amoniacal ( cloruro de amonio ), que cuando se destilaba junto con vitriolo ( sulfatos hidratados de varios metales) producía cloruro de hidrógeno. [16] Sin embargo, parece que en estos primeros experimentos con sales de cloruro , los productos gaseosos se descartaron y es posible que se haya producido cloruro de hidrógeno muchas veces antes de que se descubriera que se puede utilizar con productos químicos. [17] Uno de los primeros usos de este tipo fue la síntesis de cloruro de mercurio (II) (sublimado corrosivo), cuya producción a partir del calentamiento de mercurio con alumbre y cloruro de amonio o con vitriolo y cloruro de sodio se describió por primera vez en De aluminibus et salibus ("Sobre alumbre y sales", un texto árabe del siglo XI o XII falsamente atribuido a Abu Bakr al-Razi y traducido al latín en la segunda mitad del siglo XII por Gerardo de Cremona , 1144-1187). [18] Otro desarrollo importante fue el descubrimiento por pseudo-Geber (en el Deventione veritatis , "Sobre el descubrimiento de la verdad", después de c. 1300) que al agregar cloruro de amonio al ácido nítrico , un solvente fuerte capaz de disolver el oro ( es decir, agua regia ) podría producirse. [19] Después del descubrimiento a finales del siglo XVI del proceso mediante el cual se puede preparar ácido clorhídrico sin mezclar , [20] se reconoció que este nuevo ácido (entonces conocido como espíritu de sal o acidum salis ) liberaba cloruro de hidrógeno vaporoso, que fue llamado aire ácido marino . En el siglo XVII, Johann Rudolf Glauber usó sal ( cloruro de sodio ) y ácido sulfúrico para la preparación de sulfato de sodio , liberando gas cloruro de hidrógeno (ver producción, arriba). En 1772, Carl Wilhelm Scheele también informó de esta reacción y a veces se le atribuye su descubrimiento. Joseph Priestley preparó cloruro de hidrógeno en 1772, y en 1810 Humphry Davy estableció que está compuesto de hidrógeno y cloro . [21]
Durante la Revolución Industrial , la demanda de sustancias alcalinas como el carbonato de sodio aumentó, y Nicolas Leblanc desarrolló un nuevo proceso a escala industrial para producir el carbonato de sodio. En el proceso Leblanc , la sal se convirtió en carbonato de sodio, utilizando ácido sulfúrico, piedra caliza y carbón, dando cloruro de hidrógeno como subproducto. Inicialmente, este gas se ventilaba al aire, pero la Ley de álcalis de 1863 prohibía tal liberación, por lo que los productores de carbonato de sodio absorbieron el gas residual de HCl en el agua, produciendo ácido clorhídrico a escala industrial. Más tarde, se desarrolló el proceso Hargreaves , que es similar al proceso Leblanc, excepto que se utilizan dióxido de azufre , agua y aire en lugar de ácido sulfúrico en una reacción que es exotérmica en general. A principios del siglo XX, el proceso Leblanc fue reemplazado efectivamente por el proceso Solvay , que no producía HCl. Sin embargo, la producción de cloruro de hidrógeno continuó como un paso en la producción de ácido clorhídrico.
Los usos históricos del cloruro de hidrógeno en el siglo XX incluyen hidrocloraciones de alquinos en la producción de monómeros clorados cloropreno y cloruro de vinilo , que posteriormente se polimerizan para producir policloropreno ( neopreno ) y cloruro de polivinilo (PVC), respectivamente. En la producción de cloruro de vinilo, el acetileno (C 2 H 2 ) se hidroclora agregando el HCl a través del triple enlace de la molécula de C 2 H 2 , convirtiendo el triple en un doble enlace , produciendo cloruro de vinilo.
El "proceso de acetileno", utilizado hasta la década de 1960 para fabricar cloropreno , comienza uniendo dos moléculas de acetileno y luego agrega HCl al intermedio unido a través del triple enlace para convertirlo en cloropreno como se muestra aquí:
Este "proceso de acetileno" ha sido reemplazado por un proceso que agrega Cl 2 al doble enlace del etileno, y la eliminación subsiguiente produce HCl en su lugar, así como cloropreno.
Seguridad
El cloruro de hidrógeno forma ácido clorhídrico corrosivo al entrar en contacto con el agua que se encuentra en los tejidos corporales. La inhalación de los vapores puede provocar tos , asfixia , inflamación de la nariz, la garganta y el tracto respiratorio superior y, en casos graves, edema pulmonar , insuficiencia del sistema circulatorio y la muerte. El contacto con la piel puede causar enrojecimiento, dolor y quemaduras químicas graves . El cloruro de hidrógeno puede causar quemaduras graves en los ojos y daño ocular permanente.
La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional de EE. UU . Y el Instituto Nacional de Salud y Seguridad Ocupacional han establecido límites de exposición ocupacional para el cloruro de hidrógeno en un límite máximo de 5 ppm (7 mg / m 3 ), [22] y recopilaron información extensa sobre la seguridad en el lugar de trabajo del cloruro de hidrógeno. preocupaciones. [23]
Ver también
- Ácido gástrico , ácido clorhídrico secretado en el estómago para ayudar a la digestión de proteínas.
- Cloruro , sales de cloruro de hidrógeno
- Clorhidrato , sales orgánicas de ácido clorhídrico
- Hidrocloración , reacción de adición con alquenos
Referencias
- ^ "cloruro de hidrógeno (CHEBI: 17883)" . Entidades químicas de interés biológico (ChEBI) . Reino Unido: Instituto Europeo de Bioinformática.
- ^ Haynes, William M. (2010). Manual de Química y Física (91 ed.). Boca Raton, Florida, EE.UU .: CRC Press . pag. 4-67. ISBN 978-1-43982077-3.
- ^ Cloruro de hidrógeno . Enciclopedia de gases. Aire líquido
- ^ Propinas, E. (2002) [1] . Prensa de la Universidad de Cambridge, 2004.
- ^ Trummal, A .; Labio, L .; Kaljurand, I .; Koppel, IA; Leito, I. "Acidez de ácidos fuertes en agua y dimetilsulfóxido" J. Phys. Chem. Una . 2016 , 120 , 3663-3669. doi : 10.1021 / acs.jpca.6b02253
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pag. 343: Cuando el potasio se calentó en gas ácido muriático [es decir, cloruro de hidrógeno gaseoso], tan seco como se pudo obtener por medios químicos comunes, hubo una acción química violenta con ignición; y cuando el potasio estaba en cantidad suficiente, el gas ácido muriático desapareció por completo, y se desprendió de un tercio a un cuarto de su volumen de hidrógeno y se formó muriato de potasio [es decir, cloruro de potasio]. (La reacción fue: 2HCl + 2K → 2KCl + H 2 )
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- ^ CDC - Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos
- ^ "Cloruro de hidrógeno" . CDC - Tema de seguridad y salud en el lugar de trabajo de NIOSH . 5 de marzo de 2012 . Consultado el 15 de julio de 2016 .
enlaces externos
- Tarjeta internacional de seguridad química 0163
- Thames & Kosmos Chem C2000 Experiment Manual
