Chloride Hydro

Chloride Hydro (công thức hóa học: HCl) là một khí không màu, có tính ăn mòn mạnh và độc hại, tạo thành khói trắng khi tiếp xúc với hơi ẩm. Khói trắng này chính là acid hydrochloric, được hình thành khi chloride hydro hòa tan trong nước. Cả chloride hydro và acid hydrochloric đều đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất, khoa học, và công nghệ. Tên gọi HCl thường được dùng để chỉ acid hydrochloric hơn là chloride hydro ở dạng khí.

Hóa học

Phân tử chloride hydro (HCl) là một phân tử đơn giản với hai nguyên tử, bao gồm một nguyên tử hydro và một nguyên tử chlorine kết nối bằng liên kết đơn cộng hóa trị. Do nguyên tử chlorine có độ âm điện cao hơn nguyên tử hydro, liên kết này mang tính phân cực rõ rệt. Với mômen lưỡng cực lớn, phân tử chloride hydro có điện tích âm δ tại nguyên tử chlorine và điện tích dương δ tại nguyên tử hydro, làm cho phân tử này phân cực mạnh. Vì vậy, nó dễ dàng hòa tan trong nước và các dung môi phân cực khác.

Khi tiếp xúc với nước, chloride hydro nhanh chóng ion hóa, tạo ra các cation hydro (H₃O) và anion chloride (Cl) qua phản ứng hóa học thuận nghịch như sau:

HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl^-

Dung dịch thu được từ phản ứng này được gọi là acid hydrochloric, và nó là một acid mạnh. Hằng số điện li của acid, hay hằng số ion hóa K_a, rất lớn, cho thấy HCl hoàn toàn bị ion hóa trong nước.

Ngay cả khi không có nước, chloride hydro vẫn có thể hoạt động như một acid. Chẳng hạn, chloride hydro có thể hòa tan trong các dung môi phân cực khác như methanol và hoạt động như một chất xúc tác acid trong các phản ứng hóa học khi điều kiện khan nước (anhiđrơ) được yêu cầu.

HCl + CH₃OH → CH₃OH₂⁺ + Cl^-

HCl cung cấp proton cho phân tử methanol (CH₃OH)

Vì tính chất acid của nó, hydro chloride là một khí ăn mòn, đặc biệt khi tiếp xúc với hơi ẩm.

Ảnh hưởng đến sức khỏe

Khi hydro chloride tạo thành acid hydrochloric và tiếp xúc với cơ thể, nó có thể gây ăn mòn và nguy hiểm đến tính mạng. Hít phải hơi khói có thể dẫn đến ho, khó thở, viêm mũi, họng, và các vấn đề hô hấp nghiêm trọng. Trong các trường hợp cực kỳ nghiêm trọng, có thể dẫn đến phù phổi, suy tuần hoàn, và tử vong. Tiếp xúc với da có thể gây đỏ, tổn thương hoặc bỏng nghiêm trọng, và có thể gây mù mắt trong trường hợp nặng.

Lịch sử

Từ thời Trung cổ, các nhà giả kim đã biết rằng acid hydrochloric, khi đó được gọi là rượu muối hoặc acidum salis, sinh ra khí hydro chloride, lúc đó được gọi là khí acid biển.

Vào thế kỷ XVII, Johann Rudolf Glauber đã sử dụng muối (natri chloride) và acid sulfuric để tạo ra natri sunfat, đồng thời giải phóng khí hydro chloride.

2NaCl + H₂SO₄ → 2HCl + Na₂SO₄

Năm 1772, Carl Wilhelm Scheele cũng thực hiện phản ứng này và được coi là người phát hiện ra nó. Joseph Priestley đã tinh chế hydro chloride vào năm 1772 và Humphry Davy đã chứng minh vào năm 1818 rằng đây là hợp chất của hydro và chlor.

Trong thời kỳ cách mạng công nghiệp, nhu cầu về các hợp chất kiềm như natri carbonat (Na₂CO₃) gia tăng, dẫn đến việc Nicolas Leblanc phát triển một quy trình sản xuất công nghiệp cho tro xô đa. Quy trình Leblanc chuyển hóa muối ăn thành tro xô đa bằng acid sulfuric, đá vôi và than, tạo ra hydro chloride như sản phẩm phụ. Ban đầu, khí này bị xả thải ra môi trường, nhưng đạo luật Kiềm năm 1863 đã cấm việc này, buộc các nhà sản xuất tro xô đa phải hấp thụ khí HCl trong nước để sản xuất acid hydrochloric quy mô công nghiệp. Sau đó, công nghệ Hargreaves, tương tự như công nghệ Leblanc nhưng sử dụng lưu huỳnh dioxide, nước và không khí, đã được phát triển. Đầu thế kỷ XX, công nghệ Leblanc được thay thế bằng công nghệ Solvay, không sinh ra HCl, nhưng sản xuất hydro chloride vẫn tiếp tục như một phần của quy trình sản xuất acid hydrochloric.

Trong thế kỷ XX, hydro chloride đã được sử dụng để hydrochloricnat hóa các ankyl trong sản xuất các monomer chlor hóa như chloropren (CH₂=CCl-CH=CH₂) và vinyl chloride (CH₂=CHCl). Quá trình polymer hóa các monomer này dẫn đến sự hình thành polychloropren (neopren) và polyvinyl chloride (PVC). Đặc biệt, để sản xuất vinyl chloride, acetylen (C₂H₂) được hydrochloricnat hóa bằng cách thêm HCl để phá vỡ liên kết ba trong phân tử C₂H₂, tạo ra liên kết đôi và sinh ra vinyl chloride.

Quá trình sản xuất chloropren từ acetylen, được gọi là 'công nghệ acetylen', đã được sử dụng đến thập niên 1960. Quy trình này bắt đầu bằng việc kết nối hai phân tử acetylen, sau đó thêm HCl vào chất trung gian đã kết nối thông qua liên kết ba để chuyển đổi thành chloropren như mô tả dưới đây:

Công nghệ acetylen đã được thay thế bởi phương pháp mới, trong đó Cl₂ được thêm vào một trong các liên kết đôi trong 1,3-butadien (CH₂=CH-CH=CH₂), tạo ra chloropren và HCl như kết quả của phản ứng.

Ngày nay, phần lớn hydro chloride được sản xuất chủ yếu để chế tạo acid hydrochloric.

Quá trình sản xuất

Phương pháp tổng hợp trực tiếp

Trong ngành công nghiệp chloralkali, dung dịch muối ăn được điện phân để tạo ra chlor (Cl₂), natri hydroxide và hydro (H₂). Chlor nguyên chất có thể được kết hợp với hydro trong lò để sản xuất hydro chloride tinh khiết.

Cl₂ + H₂ → 2HCl

Quá trình phản ứng này sinh ra nhiệt.

Khí sinh ra được hấp thụ vào nước tinh khiết (nước không chứa ion khác), tạo thành acid hydrochloric tinh khiết. Phản ứng này có thể được áp dụng để sản xuất sản phẩm cực kỳ tinh khiết trong ngành công nghiệp thực phẩm.

Tổng hợp hữu cơ

Một lượng lớn acid hydrochloric được tạo ra trong các quá trình chlor hóa hoặc fluor hóa các hợp chất hữu cơ như teflon, freon, các CFC khác, acid chloroacetic, và PVC. Thường thì việc sản xuất HCl theo cách này được thực hiện ngay tại nơi sử dụng.

R-H + Cl₂ → R-Cl + HCl

R-Cl + HF → R-F + HCl

Khí HCl sản sinh có thể được sử dụng lại trực tiếp hoặc được hấp thụ vào nước để tạo thành acid hydrochloric cấp kỹ thuật hoặc công nghiệp.

Phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm, khí HCl có thể được tạo ra từ acid hydrochloric bằng một trong hai phương pháp sau:

• Giải phóng khí HCl bằng cách thêm acid sulfuric đậm đặc vào dung dịch acid hydrochloric đậm đặc.
• Giải phóng khí HCl bằng cách thêm calci chloride khan vào dung dịch acid hydrochloric đậm đặc.

Ngoài ra, HCl cũng có thể được tạo ra thông qua phản ứng giữa acid sulfuric và natri chloride:

NaCl + H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl↑

Các phòng thí nghiệm bí mật và bất hợp pháp thường sử dụng khí HCl sản xuất theo phương pháp này để chuyển hóa ma túy dạng tự do thành các muối hydro chloride, giúp việc phân phối dễ dàng hơn.

HCl cũng có thể được tổng hợp bằng cách thủy phân các hợp chất chứa chloride hoạt hóa như phosphor chloride, thionyl chloride (SOCl₂) và các acyl chloride (R-CO-Cl). Thêm nước vào hỗn hợp có thể hấp thụ khí HCl để tạo thành acid hydrochloric. Ví dụ, cho nước lạnh nhỏ giọt từ từ vào phosphor pentachloride (PCl₅) sẽ tạo ra HCl theo phản ứng sau:

PCl₅ + H₂O → POCl₃ + 2HCl

Sử dụng nước nóng có thể giải phóng nhiều khí HCl hơn bằng cách thủy phân PCl₅ thành acid orthophosphoric. Nước cũng phản ứng với phosphor trichloride (PCl₃) để tạo ra HCl.

Khi thionyl chloride phản ứng với nước, nó sinh ra lưu huỳnh dioxide (SO₂) và HCl. Để biết thêm chi tiết về các phản ứng này, tham khảo bài viết về thionyl chloride và acyl halide.

Ứng dụng

Dưới đây là một số ứng dụng của hydro chloride:

• Sản xuất acid hydrochloric.
• Hydrochloricnat cao su.
• Chế tạo các chloride vinyl và alkyl.
• Đóng vai trò trung gian trong nhiều quá trình hóa học khác.
• Được sử dụng làm chất trợ chảy babit.
• Xử lý bông.
• Trong công nghiệp bán dẫn (phiên bản tinh khiết):
  • Khắc các tinh thể bán dẫn.
  • Chuyển silic thành SiHCl₃ để làm tinh khiết silic.

Hydro chloride thường được chứa trong các bình nén có ký hiệu đỏ và nâu/xám với dải vàng.

• Chloride, các muối vô cơ của acid hydrochloric.
• Hydrochloride, các muối hữu cơ của acid hydrochloric.

Liên kết ngoài

• Thẻ an toàn hóa chất quốc tế số 0163.
• Thông tin hóa học về hiđrô chlorua.
• Hướng dẫn an toàn hóa chất (MSDS).
• Dữ liệu hóa học Lưu trữ ngày 02-02-2007 tại Wayback Machine.
• Thông tin hóa học trên Wiki, lưu trữ ngày 11-03-2007 tại Wayback Machine.