Hydrochloric Acid 35% for trace metal analysis (ppb)

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L'acido cloridrico, noto anche come acido muriatico, è una soluzione acquosa di cloruro di idrogeno. È una soluzione incolore con un caratteristico odore pungente. È classificato come acido forte. È un componente dell'acido gastrico nell'apparato digerente della maggior parte delle specie animali, compreso l'uomo. L'acido cloridrico è un importante reagente di laboratorio e un prodotto chimico industriale.

La produzione

L'acido cloridrico viene solitamente preparato a livello industriale sciogliendo il cloruro di idrogeno in acqua. Il cloruro di idrogeno può essere generato in molti modi e quindi esistono diversi precursori dell'acido cloridrico. La produzione su larga scala di acido cloridrico è quasi sempre integrata con la produzione su scala industriale di altri prodotti chimici, come ad esempio nel processo cloro-soda che produce idrossido, idrogeno e cloro, quest'ultimo può essere combinato per produrre HCl.

Il cloruro di idrogeno è prodotto dalla combinazione di cloro e idrogeno:

Cl2 + H2 → 2 HCl

Poiché la reazione è esotermica, l'impianto è chiamato forno HCl o bruciatore HCl. Il cloruro di idrogeno gassoso risultante viene assorbito in acqua deionizzata, ottenendo acido cloridrico chimicamente puro. Questa reazione può dare un prodotto molto puro, ad esempio per l'uso nell'industria alimentare.
Mercato industriale

L'acido cloridrico viene prodotto in soluzioni fino al 38% di HCl (grado concentrato). Sono chimicamente possibili concentrazioni più elevate, fino a poco più del 40%, ma il tasso di evaporazione è così elevato che lo stoccaggio e la manipolazione richiedono ulteriori precauzioni, come la pressurizzazione e il raffreddamento. Il grado industriale sfuso è quindi compreso tra il 30% e il 35%, ottimizzato per bilanciare l'efficienza del trasporto e la perdita di prodotto per evaporazione. Negli Stati Uniti, le soluzioni tra il 20% e il 32% sono vendute come acido muriatico. Negli Stati Uniti le soluzioni per uso domestico, soprattutto per le pulizie, sono in genere al 10%-12%, con forti raccomandazioni di diluire prima dell'uso. Nel Regno Unito, dove viene venduto come "Spirits of Salt" per le pulizie domestiche, la potenza è la stessa del grado industriale statunitense. In altri Paesi, come l'Italia, l'acido cloridrico per le pulizie domestiche o industriali è venduto come "Acido Muriatico" e la sua concentrazione varia dal 5% al 32%.

Tra i principali produttori mondiali si annoverano Dow Chemical con 2 milioni di tonnellate annue (Mt/anno), calcolate come gas HCl, Georgia Gulf Corporation, Tosoh Corporation, Akzo Nobel e Tessenderlo con 0,5-1,5 Mt/anno ciascuna. La produzione mondiale totale, a scopo di confronto, espressa in HCl, è stimata in 20 milioni di tonnellate all'anno, di cui 3 milioni di tonnellate all'anno provenienti dalla sintesi diretta e il resto come prodotto secondario di sintesi organiche e simili. La maggior parte dell'acido cloridrico è consumato internamente dal produttore. La dimensione del mercato mondiale aperto è stimata in 5 milioni di tonnellate all'anno.


La storia

All'inizio del X secolo, il medico e alchimista persiano Abu Bakr al-Razi (865-925 circa, latino: Rhazes) condusse esperimenti con il sal ammoniac (cloruro di ammonio) e il vitriol (solfati idrati di vari metalli), che distillò insieme, producendo così il gas cloruro di idrogeno. Così facendo, al-Razi potrebbe essersi imbattuto in un metodo primitivo per la produzione di acido cloridrico, come forse si evince dalla seguente ricetta tratta dal suo Kitāb al-Asrār ("Il libro dei segreti"):

Prendere parti uguali di sale dolce, sale amaro, sale Ṭabarzad, sale Andarānī, sale indiano, sale di Al-Qilī e sale di urina. Dopo aver aggiunto un peso uguale di buon Sal-ammoniaco cristallizzato, sciogliere per umidità e distillare (la miscela). Si otterrà così un'acqua forte, che romperà la pietra (sakhr) all'istante.

Tuttavia, sembra che nella maggior parte dei suoi esperimenti al-Razi abbia trascurato i prodotti gassosi, concentrandosi invece sui cambiamenti di colore che potevano essere effettuati nel residuo. Secondo Robert P. Multhauf, l'idrogeno cloruro fu prodotto molte volte senza riconoscere chiaramente che sciogliendolo in acqua si poteva produrre acido cloridrico.

Basandosi sugli esperimenti di al-Razi, il De aluminibus et salibus ("Sugli allumi e sui sali"), un testo arabo dell'XI o XII secolo falsamente attribuito ad al-Razi e tradotto in latino da Gerardo di Cremona (1144-1187), descrive il riscaldamento dei metalli con vari sali, che nel caso del mercurio porta alla produzione di cloruro di mercurio(II) (sublimato corrosivo). In questo processo, l'acido cloridrico iniziava a formarsi, ma reagiva immediatamente con il mercurio per produrre il sublimato corrosivo. Gli alchimisti latini del XIII secolo, per i quali il De aluminibus et salibus era una delle principali opere di riferimento, rimasero affascinati dalle proprietà cloranti del sublimato corrosivo e scoprirono presto che, eliminando i metalli dal processo di riscaldamento di vetrioli, allumi e sali, si possono distillare direttamente forti acidi minerali.

Un'importante invenzione nata dalla scoperta degli acidi minerali è l'aqua regia, una miscela di acido nitrico e acido cloridrico in proporzione 1:3, in grado di sciogliere l'oro. Questa è stata descritta per la prima volta nel De inventione veritatis di pseudo-Geber ("Sulla scoperta della verità", dopo il 1300 circa), dove l'aqua regia veniva preparata aggiungendo cloruro di ammonio all'acido nitrico. Tuttavia, la produzione dell'acido cloridrico in sé (cioè come sostanza isolata e non già mescolata all'acido nitrico) dipendeva dall'uso di apparecchiature di raffreddamento più efficienti, che si sarebbero sviluppate solo nei secoli successivi. Le ricette per la produzione di acido cloridrico compaiono quindi solo alla fine del XVI secolo, le prime si trovano nelle Magiae naturalis di Giovanni Battista Della Porta (1535-1615) e nelle opere di altri chimici contemporanei come Andreas Libavius (1550-1616 circa), Jean Beguin (1550-1620) e Oswald Croll (1563-1609 circa). 1563-1609).[18] La conoscenza degli acidi minerali come l'acido cloridrico sarebbe stata di fondamentale importanza per chimici del XVII secolo come Daniel Sennert (1572-1637) e Robert Boyle (1627-1691), che utilizzarono la loro capacità di sciogliere rapidamente i metalli nelle loro dimostrazioni della natura composita dei corpi.

Etimologia

Poiché veniva prodotto dal salgemma secondo i metodi di Johann Rudolph Glauber, l'acido cloridrico è stato storicamente chiamato dagli alchimisti europei spirito di sale o acidum salis (acido di sale). Entrambi i nomi sono ancora utilizzati, soprattutto in altre lingue, come il tedesco: Salzsäure, l'olandese: Zoutzuur, lo svedese: Saltsyra, spagnolo: Salfumán, turco: Tuz Ruhu, polacco: kwas solny, ungherese: sósav e ceco: kyselina solná.

L'HCl gassoso era chiamato aria acida marina. Il nome acido muriatico ha la stessa origine (muriatico significa "appartenente alla salamoia o al sale", quindi muriato significa cloridrato), e questo nome è ancora talvolta utilizzato. Il nome acido cloridrico fu coniato dal chimico francese Joseph Louis Gay-Lussac nel 1814.

Sviluppi industriali

Durante la rivoluzione industriale in Europa, la domanda di sostanze alcaline aumentò. Un nuovo processo industriale sviluppato da Nicolas Leblanc di Issoudun, in Francia, permise una produzione economica su larga scala di carbonato di sodio (soda). Nel processo di Leblanc, il sale comune viene convertito in carbonato di sodio utilizzando acido solforico, calcare e carbone, rilasciando come sottoprodotto cloruro di idrogeno. Fino alla legge britannica sugli alcali del 1863 e a legislazioni simili in altri Paesi, l'HCl in eccesso veniva spesso espulso nell'aria. Una prima eccezione fu la Bonnington Chemical Works dove, nel 1830, l'HCl iniziò a essere catturato e l'acido cloridrico prodotto fu utilizzato per la produzione di sal ammoniac (cloruro di ammonio). Dopo l'approvazione della legge, i produttori di soda furono obbligati ad assorbire il gas di scarico nell'acqua, producendo acido cloridrico su scala industriale.

Nel XX secolo, il processo Leblanc è stato effettivamente sostituito dal processo Solvay, senza un sottoprodotto di acido cloridrico. Poiché l'acido cloridrico era già pienamente consolidato come sostanza chimica importante in numerose applicazioni, l'interesse commerciale ha dato il via ad altri metodi di produzione, alcuni dei quali sono ancora utilizzati oggi. Dopo il 2000, l'acido cloridrico viene prodotto per lo più assorbendo il cloruro di idrogeno sottoprodotto della produzione industriale di composti organici.

Proprietà chimiche

Il cloruro di idrogeno gassoso è un composto molecolare con un legame covalente tra gli atomi di idrogeno e cloro. Nelle soluzioni acquose la dissociazione è completa, con formazione di ioni cloruro e ioni idrogeno idrato (ioni idronio). Uno studio combinato di IR, Raman, raggi X e diffrazione neutronica dell'acido cloridrico concentrato ha mostrato che lo ione idronio forma complessi legati all'idrogeno con altre molecole d'acqua.

Il valore di pKa dell'acido cloridrico in soluzione acquosa è stato stimato teoricamente a -5,9. Una soluzione di cloruro di idrogeno in acqua si comporta come un acido forte: la concentrazione di molecole di HCl è effettivamente nulla.

Proprietà fisiche
Massa
Concentrazione Densità Molarità pH Viscosità Calore specifico Vapore
calore specifico Tensione di vapore
pressione di vapore Punto di ebollizione
punto di fusione
punto di fusione
kg HCl/kg kg HCl/m3 Baumé kg/L mol/L mPa-s kJ/(kg-K) kPa °C °C
10% 104.80 6.6 1.048 2.87 -0.5 1.16 3.47 1.95 103 -18
20% 219.60 13 1.098 6.02 -0.8 1.37 2.99 1.40 108 -59
30% 344.70 19 1.149 9.45 -1.0 1.70 2.60 2.13 90 -52
32% 370.88 20 1.159 10.17 -1.0 1.80 2.55 3.73 84 -43
34% 397.46 21 1.169 10.90 -1.0 1.90 2.50 7.24 71 -36
36% 424.44 22 1.179 11.64 -1.1 1.99 2.46 14.5 61 -30
38% 451.82 23 1.189 12.39 -1.1 2.10 2.43 28.3 48 -26

La temperatura e la pressione di riferimento per la tabella precedente sono 20 °C e 1 atmosfera (101,325 kPa).
I valori di tensione di vapore sono tratti dalle Tabelle Critiche Internazionali e si riferiscono alla tensione di vapore totale della soluzione.

Le proprietà fisiche dell'acido cloridrico, come i punti di ebollizione e di fusione, la densità e il pH, dipendono dalla concentrazione o dalla molarità dell'HCl nella soluzione acquosa. Esse variano da quelle dell'acqua a concentrazioni molto basse, prossime allo 0% di HCl, ai valori dell'acido cloridrico fumante a oltre il 40% di HCl.

L'acido cloridrico come miscela binaria (a due componenti) di HCl e H2O ha un azeotropo ad ebollizione costante al 20,2% di HCl e a 108,6 °C (227 °F). Esistono quattro punti eutettici a cristallizzazione costante per l'acido cloridrico, tra la forma cristallina di [H3O]Cl (68% HCl), [H5O2]Cl (51% HCl), [H7O3]Cl (41% HCl), [H3O]Cl-5H2O (25% HCl) e il ghiaccio (0% HCl). Esiste anche un punto eutettico metastabile al 24,8% tra il ghiaccio e la cristallizzazione di [H7O3]Cl. Sono tutti sali di idronio.

La produzione

L'acido cloridrico viene solitamente preparato a livello industriale sciogliendo il cloruro di idrogeno in acqua. Il cloruro di idrogeno può essere generato in molti modi e quindi esistono diversi precursori dell'acido cloridrico. La produzione su larga scala di acido cloridrico è quasi sempre integrata con la produzione su scala industriale di altri prodotti chimici, come ad esempio nel processo cloro-soda che produce idrossido, idrogeno e cloro, quest'ultimo può essere combinato per produrre HCl.

Il cloruro di idrogeno è prodotto dalla combinazione di cloro e idrogeno:

Cl2 + H2 → 2 HCl

Poiché la reazione è esotermica, l'impianto è chiamato forno HCl o bruciatore HCl. Il cloruro di idrogeno gassoso risultante viene assorbito in acqua deionizzata, ottenendo acido cloridrico chimicamente puro. Questa reazione può dare un prodotto molto puro, ad esempio per l'uso nell'industria alimentare.
Mercato industriale

L'acido cloridrico viene prodotto in soluzioni fino al 38% di HCl (grado concentrato). Sono chimicamente possibili concentrazioni più elevate, fino a poco più del 40%, ma il tasso di evaporazione è così elevato che lo stoccaggio e la manipolazione richiedono ulteriori precauzioni, come la pressurizzazione e il raffreddamento. Il grado industriale sfuso è quindi compreso tra il 30% e il 35%, ottimizzato per bilanciare l'efficienza del trasporto e la perdita di prodotto per evaporazione. Negli Stati Uniti, le soluzioni tra il 20% e il 32% sono vendute come acido muriatico. Negli Stati Uniti le soluzioni per uso domestico, soprattutto per le pulizie, sono in genere al 10%-12%, con forti raccomandazioni di diluire prima dell'uso. Nel Regno Unito, dove viene venduto come "Spirits of Salt" per le pulizie domestiche, la potenza è la stessa del grado industriale statunitense. In altri Paesi, come l'Italia, l'acido cloridrico per le pulizie domestiche o industriali è venduto come "Acido Muriatico" e la sua concentrazione varia dal 5% al 32%.

Tra i principali produttori mondiali si annoverano Dow Chemical con 2 milioni di tonnellate annue (Mt/anno), calcolate come gas HCl, Georgia Gulf Corporation, Tosoh Corporation, Akzo Nobel e Tessenderlo con 0,5-1,5 Mt/anno ciascuna. La produzione mondiale totale, a scopo di confronto, espressa in HCl, è stimata in 20 milioni di tonnellate all'anno, di cui 3 milioni di tonnellate all'anno provenienti dalla sintesi diretta e il resto come prodotto secondario di sintesi organiche e simili. La maggior parte dell'acido cloridrico è consumato internamente dal produttore. La dimensione del mercato mondiale aperto è stimata in 5 milioni di tonnellate all'anno.

Applicazioni

L'acido cloridrico è un acido inorganico forte che viene utilizzato in molti processi industriali, come la raffinazione dei metalli. L'applicazione spesso determina la qualità del prodotto richiesto. Il cloruro di idrogeno, e non l'acido cloridrico, è più utilizzato nella chimica organica industriale, ad esempio per il cloruro di vinile e il dicloroetano.

Decapaggio dell'acciaio

Una delle applicazioni più importanti dell'acido cloridrico è il decapaggio dell'acciaio, per rimuovere la ruggine o le incrostazioni di ossido di ferro dal ferro o dall'acciaio prima delle successive lavorazioni, come l'estrusione, la laminazione, la zincatura e altre tecniche. L'HCl di qualità tecnica, con una concentrazione tipica del 18%, è l'agente decapante più comunemente utilizzato per il decapaggio degli acciai al carbonio.

Fe3O4 + Fe + 8 HCl → 4 FeCl2 + 4 H2O

L'acido esausto è stato a lungo riutilizzato come soluzione di cloruro di ferro(II) (noto anche come cloruro ferroso), ma gli elevati livelli di metalli pesanti nel liquido di decapaggio hanno ridotto questa pratica.

L'industria siderurgica ha sviluppato processi di rigenerazione dell'acido cloridrico, come il torrefattore a spruzzo o il processo di rigenerazione dell'HCl a letto fluido, che consentono di recuperare l'HCl dal liquido di decapaggio esaurito. Il processo di rigenerazione più comune è il processo di piroidrolisi, che applica la seguente formula:

4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl + 2 Fe2O3

Grazie al recupero dell'acido esaurito, si stabilisce un ciclo acido chiuso. L'ossido di ferro(III) sottoprodotto del processo di rigenerazione è prezioso e viene utilizzato in una varietà di industrie secondarie.

Produzione di composti inorganici

Come per il decapaggio, l'acido cloridrico viene utilizzato per sciogliere molti metalli, ossidi metallici e carbonati metallici. La conversione è spesso rappresentata da equazioni semplificate:

Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2
NiO + 2 HCl → NiCl2 + H2O
CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

Questi processi sono utilizzati per produrre cloruri metallici da analizzare o produrre ulteriormente.

Controllo e neutralizzazione del pH

L'acido cloridrico può essere utilizzato per regolare l'acidità (pH) delle soluzioni.

HO- + HCl → H2O + Cl-

Nell'industria che richiede purezza (alimentare, farmaceutica, acqua potabile), l'acido cloridrico di alta qualità viene utilizzato per controllare il pH dei flussi di acqua di processo. Nell'industria meno esigente, l'acido cloridrico di qualità tecnica è sufficiente per neutralizzare i flussi di rifiuti e controllare il pH delle piscine.
Rigenerazione degli scambiatori di ioni

L'acido cloridrico di alta qualità viene utilizzato per la rigenerazione delle resine a scambio ionico. Lo scambio cationico è ampiamente utilizzato per rimuovere ioni come Na+ e Ca2+ da soluzioni acquose, producendo acqua demineralizzata. L'acido viene utilizzato per sciacquare i cationi dalle resine. Il Na+ viene sostituito con H+ e il Ca2+ con 2 H+.

Gli scambiatori di ioni e l'acqua demineralizzata sono utilizzati in tutte le industrie chimiche, nella produzione di acqua potabile e in molte industrie alimentari.

Uso in laboratorio

Tra gli acidi minerali forti comuni in chimica, l'acido cloridrico è l'acido monoprotico che ha meno probabilità di subire una reazione di ossido-riduzione. È uno degli acidi forti meno pericolosi da maneggiare; nonostante la sua acidità, contiene lo ione cloruro, non reattivo e non tossico. Le soluzioni intermedie di acido cloridrico sono abbastanza stabili durante lo stoccaggio e mantengono le loro concentrazioni nel tempo. Queste caratteristiche, unite al fatto che è disponibile come reagente puro, fanno dell'acido cloridrico un eccellente reagente acidificante. È anche poco costoso.

L'acido cloridrico è l'acido preferito nella titolazione per determinare la quantità di basi. I titolanti acidi forti danno risultati più precisi grazie a un punto finale più distinto. L'acido cloridrico azeotropico, o "a ebollizione costante" (circa 20,2%), può essere utilizzato come standard primario nell'analisi quantitativa, anche se la sua esatta concentrazione dipende dalla pressione atmosferica al momento della preparazione.

Altro

L'acido cloridrico è utilizzato per un gran numero di applicazioni su piccola scala, come la lavorazione del cuoio, la pulizia della casa e la costruzione di edifici. La produzione di petrolio può essere stimolata iniettando acido cloridrico nella formazione rocciosa di un pozzo petrolifero, dissolvendo una parte della roccia e creando una struttura a pori larghi. L'acidificazione dei pozzi petroliferi è un processo comune nell'industria della produzione petrolifera del Mare del Nord.

L'acido cloridrico è stato utilizzato per sciogliere il carbonato di calcio, ad esempio per disincrostare i bollitori e per pulire la malta dai mattoni. Quando viene utilizzato sui mattoni, la reazione con la malta continua solo fino a quando l'acido non è stato completamente convertito, producendo cloruro di calcio, anidride carbonica e acqua:

CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

Molte reazioni chimiche che coinvolgono l'acido cloridrico sono applicate nella produzione di alimenti, ingredienti alimentari e additivi alimentari. Prodotti tipici sono l'aspartame, il fruttosio, l'acido citrico, la lisina, le proteine vegetali idrolizzate come esaltatori alimentari e nella produzione di gelatina. L'acido cloridrico di grado alimentare (extra-puro) può essere applicato quando necessario per il prodotto finale.

Presenza negli organismi viventi

L'acido gastrico è una delle principali secrezioni dello stomaco. È costituito principalmente da acido cloridrico e acidifica il contenuto dello stomaco fino a un pH compreso tra 1 e 2. Gli ioni cloruro (Cl-) e idrogeno (H+) sono secreti separatamente nella regione del fondo gastrico, nella parte superiore dello stomaco, dalle cellule parietali della mucosa gastrica in una rete secretoria chiamata canalicoli prima di entrare nel lume dello stomaco.

L'acido gastrico funge da barriera contro i microrganismi per prevenire le infezioni ed è importante per la digestione degli alimenti. Il suo basso pH denatura le proteine, rendendole così suscettibili alla degradazione da parte di enzimi digestivi come la pepsina. Il basso pH attiva anche il precursore enzimatico pepsinogeno nell'enzima attivo pepsina per auto-cleavaggio. Dopo aver lasciato lo stomaco, l'acido cloridrico del chimo viene neutralizzato nel duodeno dal bicarbonato.

Lo stomaco stesso è protetto dall'acido forte grazie alla secrezione di uno spesso strato di muco e al tamponamento indotto dalla secretina con il bicarbonato di sodio. Il bruciore di stomaco o l'ulcera peptica possono svilupparsi quando questi meccanismi vengono meno. I farmaci della classe degli antistaminici e degli inibitori della pompa protonica possono inibire la produzione di acido nello stomaco, mentre gli antiacidi vengono utilizzati per neutralizzare l'eccesso di acido esistente.

Sicurezza

Un'etichetta a forma di rombo con le lettere 8 e "corrosivo", che indica che le gocce di un liquido corrodono i materiali e le mani umane. Provoca gravi ustioni alla pelle e danni agli occhi. Può causare irritazione respiratoria.

Essendo un acido forte, l'acido cloridrico è corrosivo per i tessuti viventi e per molti materiali, ma non per la gomma. In genere, durante la manipolazione di soluzioni concentrate si utilizzano guanti protettivi in gomma e relativi dispositivi di protezione.

Frazione di massa Classificazione Elenco delle frasi H

10% ≤ C < 25% Ca Provoca irritazione cutanea, Provoca grave irritazione oculare, H315, H319
C ≥ 10% Può provocare irritazione respiratoria H335
C ≥ 25% Provoca gravi ustioni cutanee e gravi lesioni oculari H314

Stato legale

L'acido cloridrico è stato elencato come precursore di Tabella II nella Convenzione delle Nazioni Unite contro il traffico illecito di stupefacenti e sostanze psicotrope del 1988, a causa del suo utilizzo nella produzione di eroina, cocaina e metanfetamina.