Классификация химических связей

1.3.1. Ковалентная химическая связь, ее разновидности и механизмы образования. Характеристики ковалентной связи (полярность и энергия связи). Ионная связь. Металлическая связь. Водородная связь.

Крайне редко химические вещества состоят из отдельных, не связанных между собой атомов химических элементов. Таким строением в обычных условиях обладает лишь небольшой ряд газов называемых благородными: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Чаще же всего химические вещества состоят не из разрозненных атомов, а из их объединений в различные группировки. Такие объединения атомов могут насчитывать несколько единиц, сотен, тысяч или даже больше атомов. Сила, которая удерживает эти атомы в составе таких группировок, называется химическая связь.

Другими словами, можно сказать, что химической связью называют взаимодействие, которое обеспечивает связь отдельных атомов в более сложные структуры (молекулы, ионы, радикалы, кристаллы и др.).

Причиной образования химической связи является то, что энергия более сложных структур меньше суммарной энергии отдельных, образующих ее атомов.

Так, в частности, если при взаимодействии атомов X и Y образуется молекула XY, это означает, что внутренняя энергия молекул этого вещества ниже, чем внутренняя энергия отдельных атомов, из которых оно образовалось:

Помимо полярности ковалентные связи также характеризуются энергией. Энергией связи называют минимальную энергию, необходимую для разрыва связи между атомами.

Энергия связи уменьшается с ростом радиусов связываемых атомов. Так, как мы знаем, атомные радиусы увеличиваются вниз по подгруппам, можно, например, сделать вывод о том, что прочность связи галоген-водород увеличивается в ряду:

HI − , Cl − , S 2- ), а также между простыми катионами и сложными анионами (NO₃ − , SO₄ 2- , PO₄ 3- , OH − ). Поэтому к ионным соединениям относят соли и основания (Na₂SO₄, Cu(NO₃)₂, (NH₄)₂SO₄), Ca(OH)₂, NaOH).

Металлическая связь

Данный тип связи образуется в металлах.

У атомов всех металлов на внешнем электронном слое присутствуют электроны, имеющие низкую энергию связи с ядром атома. Для большинства металлов, энергетически выгодным является процесс потери внешних электронов.

Ввиду такого слабого взаимодействия с ядром эти электроны в металлах весьма подвижны и в каждом кристалле металла непрерывно происходит следующий процесс:

М 0 — ne − = M n + , где М 0 – нейтральный атом металла, а M n + катион этого же металла. На рисунке ниже представлена иллюстрация происходящих процессов.

То есть по кристаллу металла «носятся» электроны, отсоединяясь от одного атома металла, образуя из него катион, присоединяясь к другому катиону, образуя нейтральный атом. Такое явление получило название “электронный ветер”, а совокупность свободных электронов в кристалле атома неметалла назвали “электронный газ”. Подобный тип взаимодействия между атомами металлов назвали металлической связью.

Водородная связь

Если атом водорода в каком-либо веществе связан с элементом с высокой электроотрицательностью (азотом, кислородом или фтором), для такого вещества характерно такое явление, как водородная связь.

Поскольку атом водорода связан с электроотрицательным атомом, на атоме водорода образуется частичный положительный заряд, а на атоме электроотрицательного элемента — частичный отрицательный. В связи с этим становится возможным электростатическое притяжения между частично положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и электроотрицательным атомом другой. Например водородная связь наблюдается для молекул воды:

Именно водородной связью объясняется аномально высокая температура плавления воды. Кроме воды, также прочные водородные связи образуются в таких веществах, как фтороводород, аммиак, кислородсодержащие кислоты, фенолы, спирты, амины.

Характеристики химических связей. Зависимость свойств веществ от их состава и строения

Теория к заданию 4 из ЕГЭ по химии

Ковалентная химическая связь, ее разновидности и механизмы образования. Характеристика ковалентной связи (полярность и энергия связи). Ионная связь. Металлическая связь. Водородная связь

Учение о химической связи составляет основу всей теоретической химии.

Под химической связью понимают такое взаимодействие атомов, которое связывает их в молекулы, ионы, радикалы, кристаллы.

Различают четыре типа химических связей: ионную, ковалентную, металлическую и водородную.

Деление химических связей на типы носит условный характер, по скольку все они характеризуются определенным единством.

Способы образования ковалентной связи. Характеристики ковалентной связи: длина и энергия связи

Ковалентная химическая связь — это связь, возникающая между атомами за счет образования общих электронных пар.

Механизм образования такой связи может быть обменным и донорно-акцепторным.

I. Обменный механизм действует, когда атомы образуют общие электронные пары за счет объединения неспаренных электронов.

Связь возникает благодаря образованию общей электронной пары $s$-электронами атомов водорода (перекрыванию $s$-орбиталей):

2) $HCl$ — хлороводород:

Связь возникает за счет образования общей электронной пары из $s-$ и $p-$электронов (перекрывания $s-p-$орбиталей):

3) $Cl_2$: в молекуле хлора ковалентная связь образуется за счет непарных $p-$электронов (перекрывание $p-p-$орбиталей):

4) $N_2$: в молекуле азота между атомами образуются три общие электронные пары:

II. Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи рассмотрим на примере иона аммония $NH_4^+$.

Донор имеет электронную пару, акцептор — свободную орбиталь, которую эта пара может занять. В ионе аммония все четыре связи с атомами водорода ковалентные: три образовались благодаря созданию общих электронных пар атомом азота и атомами водорода по обменному механизму, одна — по донорно-акцепторному механизму.

Ковалентные связи можно классифицировать по способу перекрывания электронных орбиталей, а также по смещению их к одному из связанных атомов.

Химические связи, образующиеся в результате перекрывания электронных орбиталей вдоль линии связи, называются $σ$-связями (сигма-связями). Сигма-связь очень прочная.

$p-$Орбитали могут перекрываться в двух областях, образуя ковалентную связь за счет бокового перекрывания:

Химические связи, образующиеся в результате «бокового» перекрывания электронных орбиталей вне линии связи, т.е. в двух областях, называются $π$-связями (пи-связями).

По степени смещенности общих электронных пар к одному из связанных ими атомов ковалентная связь может быть полярной и неполярной.

Ковалентную химическую связь, образующуюся между атомами с одинаковой электроотрицательностью, называют неполярной. Электронные пары не смещены ни к одному из атомов, т.к. атомы имеют одинаковую ЭО — свойство оттягивать к себе валентные электроны от других атомов. Например:

т.е. посредством ковалентной неполярной связи образованы молекулы простых веществ-неметаллов. Ковалентную химическую связь между атомами элементов, электроотрицательности которых различаются, называют полярной.

Ионы. Ионная связь

Представим себе, что «встречаются» два атома: атом металла I группы и атом неметалла VII группы. У атома металла на внешнем энергетическом уровне находится единственный электрон, а атому неметалла как раз не хватает именно одного электрона, чтобы его внешний уровень оказался завершенным.

Первый атом легко отдаст второму свой далекий от ядра и слабо связанный с ним электрон, а второй предоставит ему свободное место на своем внешнем электронном уровне.

Тогда атом, лишенный одного своего отрицательного заряда, станет положительно заряженной частицей, а второй превратится в отрицательно заряженную частицу благодаря полученному электрону. Такие частицы называются ионами.

Химическая связь, возникающая между ионами, называется ионной.

Рассмотрим образование этой связи на примере хорошо всем знакомого соединения хлорида натрия (поваренная соль):

Процесс превращения атомов в ионы изображен на схеме:

Такое превращение атомов в ионы происходит всегда при взаимодействии атомов типичных металлов и типичных неметаллов.

Рассмотрим алгоритм (последовательность) рассуждений при записи образования ионной связи, например между атомами кальция и хлора:

Кальций — это элемент главной подгруппы II группы, металл. Его атому легче отдать два внешних электрона, чем принять недостающие шесть:$↙<атом>-2e↖<->→Ca^<2+>↙<ион>$.
Хлор — это элемент главной подгруппы VII группы, неметалл. Его атому легче принять один электрон, которого ему не хватает до завершения внешнего уровня, чем отдать семь электронов с внешнего уровня:$↙<атом>+1e↖<->→Cl^<->↙<ион>$.
Сначала найдем наименьшее общее кратное между зарядами образовавшихся ионов, оно равно $2 (2 · 1)$. Затем определим, сколько атомов кальция нужно взять, чтобы они отдали два электрона, т.е. надо взять один атом $Са$, и сколько атомов хлора надо взять, чтобы они могли принять два электрона, т.е. нужно взять два атома $Cl$.
Схематично образование ионной связи между атомами кальция и хлора можно записать так:

Цифры, показывающие число атомов или молекул, называются коэффициентами, а цифры, показывающие число атомов или ионов в молекуле, называют индексами.

Металлическая связь

Ознакомимся с тем, как взаимодействуют между собой атомы элементов-металлов. Металлы обычно существуют не в виде изолированных атомов, а в форме куска, слитка или металлического изделия. Что удерживает атомы металла в едином объеме?

Атомы большинства металлов на внешнем уровне содержат небольшое число электронов — $1, 2, 3$. Эти электроны легко отрываются, и атомы при этом превращаются в положительные ионы. Оторвавшиеся электроны перемещаются от одного иона к другому, связывая их в единое целое. Соединяясь с ионами, эти электроны образуют временно атомы, потом снова отрываются и соединяются уже с другим ионом и т.д. Следовательно, в объеме металла атомы непрерывно превращаются в ионы и наоборот.

Связь в металлах между ионами посредством обобществленных электронов называется металлической.

На рисунке схематически изображено строение фрагмента металла натрия.

При этом небольшое число обобществленных электронов связывает большое число ионов и атомов.

Металлическая связь имеет некоторое сходство с ковалентной, поскольку основана на обобществлении внеш них электронов. Однако при ковалентной связи обобществлены внешние непарные электроны только двух соседних атомов, в то время как при металлической связи в обобществлении этих электронов принимают участие все атомы. Именно поэтому кристаллы с ковалентной связью хрупки, а с металлической, как правило, пластичны, электропроводны и имеют металлический блеск.

Металлическая связь характерна как для чистых металлов, так и для смесей различных металлов — сплавов, находящихся в твердом и жидком состояниях.

Водородная связь

Химическую связь между положительно поляризованными атомами водорода одной молекулы (или ее части) и отрицательно поляризованными атомами сильно электроотрицательных элементов, имеющих неподеленные электронные пары ($F, O, N$ и реже $S$ и $Cl$), другой молекулы (или ее части) называют водородной.

Механизм образования водородной связи имеет частично электростатический, частично донорно- акцепторный характер.

Примеры межмолекулярной водородной связи:

При наличии такой связи даже низкомолекулярные вещества могут быть при обычных условиях жидкостями (спирт, вода) или легко сжижающимися газами (аммиак, фтороводород).

Вещества с водородной связью имеют молекулярные кристаллические решетки.

Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решетки. Зависимость свойств веществ от их состава и строения

Молекулярное и немолекулярное строение веществ

В химические взаимодействия вступают не отдельные атомы или молекулы, а вещества. Вещество при заданных условиях может находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком или газообразном. Свойства вещества зависят также от характера химической связи между образующими его частицами — молекулами, атомами или ионами. По типу связи различают вещества молекулярного и немолекулярного строения.

Вещества, состоящие из молекул, называются молекулярными веществами. Связи между молекулами в таких веществах очень слабые, намного слабее, чем между атомами внутри молекулы, и уже при сравнительно низких температурах они разрываются — вещество превращается в жидкость и далее в газ (возгонка йода). Температуры плавления и кипения веществ, состоящих из молекул, повышаются с увеличением молекулярной массы.

К молекулярным веществам относятся вещества с атомной структурой ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$), среди них есть металлы и неметаллы.

Рассмотрим физические свойства щелочных металлов. Относительно малая прочность связи между атомами обуславливает низкую механическую прочность: щелочные металлы мягкие, легко режутся ножом.

Большие размеры атомов приводят к малой плотности щелочных металлов: литий, натрий и калий даже легче воды. В группе щелочных металлов температуры кипения и плавления понижаются с увеличением порядкового номера элемента, т.к. размеры атомов увеличиваются, и ослабевают связи.

К веществам немолекулярного строения относятся ионные соединения. Таким строением обладает большинство соединений металлов с неметаллами: все соли ($NaCl, K_2SO_4$), некоторые гидриды ($LiH$) и оксиды ($CaO, MgO, FeO$), основания ($NaOH, KOH$). Ионные (немолекулярные) вещества имеют высокие температуры плавления и кипения.

Кристаллические решетки

Вещество, как известно, может существовать в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом.

Твердые вещества: аморфные и кристаллические.

Рассмотрим, как влияют особенности химических связей на свойства твердых веществ. Твердые вещества делятся на кристаллические и аморфные.

Аморфные вещества не имеют четкой температуры плавления — при нагревании они постепенно размягчаются и переходят в текучее состояние. В аморфном состоянии, например, находятся пластилин и различные смолы.

Кристаллические вещества характеризуются правильным расположением тех частиц, из которых они состоят: атомов, молекул и ионов — в строго определенных точках пространства. При соединении этих точек прямыми линиями образуется пространственный каркас, называемый кристаллической решеткой. Точки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решетки.

В зависимости от типа частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки, и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, молекулярные и металлические.

Ионные кристаллические решетки.

Ионными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся ионы. Их образуют вещества с ионной связью, которой могут быть связаны как простые ионы $Na^<+>, Cl^<–>$, так и сложные $SO_4^<2−>, ОН^–$. Следовательно, ионными кристаллическими решетками обладают соли, некоторые оксиды и гидроксиды металлов. Например, кристалл хлорида натрия состоит из чередующихся положительных ионов $Na^+$ и отрицательных $Cl^–$, образующих решетку в форме куба. Связи между ионами в таком кристалле очень устойчивы. Поэтому вещества с ионной решеткой отличаются сравнительно высокой твердостью и прочностью, они тугоплавки и нелетучи.

Атомные кристаллические решетки.

Атомными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы. В таких решетках атомы соединены между собой очень прочными ковалентными связями. Примером веществ с таким типом кристаллических решеток может служить алмаз — одно из аллотропных видоизменений углерода.

Большинство веществ с атомной кристаллической решеткой имеют очень высокие температуры плавления (например, у алмаза она выше $3500°С$), они прочны и тверды, практически нерастворимы.

Молекулярные кристаллические решетки.

Молекулярными называют кристаллические решетки, в узлах которых располагаются молекулы. Химические связи в этих молекулах могут быть и полярными ($HCl, H_2O$), и неполярными ($N_2, O_2$). Несмотря на то, что атомы внутри молекул связаны очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения. Поэтому вещества с молекулярными кристаллическими решетками имеют малую твердость, низкие температуры плавления, летучи. Большинство твердых органических соединений имеют молекулярные кристаллические решетки (нафталин, глюкоза, сахар).

Металлические кристаллические решетки.

Вещества с металлической связью имеют металлические кристаллические решетки. В узлах таких решеток находятся атомы и ионы (то атомы, то ионы, в которые легко превращаются атомы металла, отдавая свои внешние электроны «в общее пользование»). Такое внутреннее строение металлов определяет их характерные физические свойства: ковкость, пластичность, электро- и теплопроводность, характерный металлический блеск.

Соляная кислота

Соляная кислота – вещество неорганического происхождения. Относится к списку очень сильных кислот. Имеет несколько названий: хлористый водород, хлористоводородная кислота, хлористоводородная кислота.

Свойства Соляной кислоты

Хлористый водород в чистом виде является прозрачной жидкостью без запаха и оттенков. Но чаще всего используется техническая кислота. Она имеет примеси, поэтому обладает желтоватым оттенком. Хлористоводородная кислота, на открытом воздухе вступает в реакцию с воздухом. В процессе реакции от влаги воздуха и кислоты образуется туман.

Соляная кислота отлично растворяется в воде. В основном используется кислота высокой концентрации от 36.6% до 24%. Хлористый водород замечательно вступает в реакции с различными веществами:

Металлы.
Оксиды.
Гидрооксиды
Более слабые кислоты
Аммиак.

Чем опасна соляная кислота

Хлористоводородная кислота является крайне опасным веществом. Оно едкое, способно разъесть кожу человека, органические материалы, а также металлические предметы. При взаимодействии с воздухом выделяется ядовитый пар. Он может привести к удушью, ожогам слизистой и кожи, разрушает зубы. Соляная кислота имеет 2 класс опасности.

Работы с соляной кислотой необходимо производить с особой осторожностью. При не больших объемах используют защиту органов дыхания (противогазы) и защитную одежду:

Кислотоустойчивые фартуки
Костюмы химзащиты серии Стрелец – Стрелец Л-2 и Стрелец Сплэш
При опасности облива (разлива кислоты в больших объемах) изолирующие костюмы химзащиты Стрелец

Ликвидацию аварий, при разливе соляной кислоты производят ее нейтрализацию большим количеством воды и раствором щелочей. Пострадавших от воздействия хлористого водорода сначала выводят из опасной зоны. Потом промывают кожу и глаза большим количеством воды и госпитализируют в мед учреждение для оказания помощи.

Перевозят соляную кислоту в пластмассовой или стеклянной таре. Большие объемы могут перевозить в металлической таре. Но металлические бочки или цистерны должны быть обработаны изнутри резиновым слоем. Вся тара должна быть герметично закрыта, чтобы избежать реакцию с воздухом.

Производство кислоты

На производстве соляная кислота получается из газообразного хлороводорода. Изначальное вещество хлороводород получается двумя способами:

При взаимодействии хлора и водорода экзотермический способ – высокая чистота вещества
Из сопутствующих газов при производстве других веществ – техническая кислота.

Применение

Соляная кислота используется во многих отраслях:

Фарм. производство – препараты для восстановления кислотности желудочного сока.
Пищевая промышленность – производство пищевых добавок (регулятор кислотности Е507), фруктозы, желатина, лимонной кислоты.
Химическая промышленность – для получения хлора, хлорида металлов, соды.
Металлургия – обработка металла перед пайкой, гальванированием.
Лаборатории – в процессах исследований и для очистки инвентаря.
В производстве каучука, бумаги – для очистки котлов, труб, керамических изделий.

Интересный факт

Соляная кислота содержится в желудке человека. Конечно, ее концентрация не высока всего 0.4%. НО такого количества достаточно для растворения лезвия бритвы за неделю! Желудок самостоятельно производит раствор соляной кислоты. Сам желудок защищен слизистой оболочкой. Слизистая ежедневно обновляется, чтобы заменить поврежденные участки. Кислота необходима для переваривания пищи и защиты организма от микробов.

Сегодня сложно обойтись без соляной кислоты. Она требуется во многих производственных процессах и медицине. В тоже время, это опасное химическое вещество. Оно требует соблюдения техники безопасности. В случае утечки, разлива соляной кислоты для устранения аварии и последствий требуется специальная одежда костюмы химзащиты. Наилучший выбор изолирующие и защитные костюмы серии Стрелец.

Соляная кислота — одна из самых сильных кислот, чрезвычайно востребованный реактив

Соляная кислота — неорганическое вещество, одноосновная кислота, одна из самых сильных кислот. Используются также другие названия: хлористый водород, кислота хлороводородная, кислота хлористоводородная.

Свойства

Кислота в чистом виде представляет собой жидкость без цвета и запаха. Техническая кислота обычно содержит примеси, которые придают ей слегка желтоватый оттенок. Соляную кислоту часто называют «дымящей», так как она выделяет пары хлороводорода, вступающие в реакцию с влагой воздуха и образующие кислотный туман.

Очень хорошо растворяется в воде. При комнатной температуре максимально возможное по массе содержание хлороводорода —38%. Кислота концентрации большей 24% считается концентрированной.

Хлористоводородная кислота активно вступает в реакции с металлами, оксидами, гидроксидами, образуя соли — хлориды. HCl взаимодействует с солями более слабых кислот; с сильными окислителями и аммиаком.

Для определения соляной кислоты или хлоридов используют реакцию с нитратом серебра AgNO3, в результате которой выпадает белый творожистый осадок.

Техника безопасности

Вещество очень едкое, разъедает кожу, органические материалы, металлы и их окислы. На воздухе выделяет пары хлороводорода, которые вызывают удушье, ожоги кожи, слизистой глаз и носа, повреждают органы дыхания, разрушают зубы. Соляная кислота относится к веществам 2 степени опасности (высокоопасным), ПДК реактива в воздухе составляет 0,005 мг/л. Работать с хлористым водородом можно только в фильтрующих противогазах и защитной одежде, включая резиновые перчатки, фартук, спецобувь.

При разливе кислоты ее смывают большим количеством воды или нейтрализуют щелочным растворами. Пострадавших от кислоты следует вынести из опасной зоны, промыть кожу и глаза водой или содовым раствором, вызвать врача.

Перевозить и хранить хим реактив допускается в стеклянной, пластиковой таре, а также в металлической таре, покрытой изнутри резиновым слоем. Тара должна герметично закрываться.

Получение

В промышленных масштабах соляную кислоту получают из газообразного хлороводорода (HCl). Сам хлороводород производится двумя основными способами:
— экзотермической реакцией хлора и водорода — таким образом получают реактив высокой чистоты, например, для пищевой промышленности и фармацевтики;
— из сопутствующих промышленных газов — кислота на основе такого HCl называется абгазной.

Это любопытно

Именно соляной кислоте природа «поручила» процесс расщепления пищи в организме. Концентрация кислоты в желудке составляет всего 0,4%, но этого оказывается достаточно, чтобы за неделю переварить бритвенное лезвие!

Кислота вырабатывается клетками самого желудка, который защищен от этой агрессивной субстанции слизистой оболочкой. Тем не менее, его поверхность обновляется ежедневно, чтобы восстановить поврежденные участки. Кроме участия в процессе переваривания пищи, кислота выполняет еще и защитную функцию, убивая болезнетворные микроорганизмы, попадающие в организм через желудок.

Применение

— В медицине и фармацевтике — для восстановления кислотности желудочного сока при его недостаточности; при анемии для улучшения всасываемости железосодержащих лекарств.
— В пищепроме это пищевая добавка, регулятор кислотности Е507, а также ингредиент сельтерской (содовой) воды. Используется при изготовлении фруктозы, желатина, лимонной кислоты.
— В химической промышленности — основа для получения хлора, соды, глутамината натрия, хлоридов металлов, например, хлорида цинка, хлорида марганца, хлорида железа; синтеза хлорорганических веществ; катализатор в органических синтезах.
— Больше всего производимой в мире хлористоводородной кислоты расходуется в металлургии для очистки заготовок от окислов. Для этих целей применяется ингибированная техническая кислота, в состав которой введены специальные ингибиторы (замедлители) реакции, благодаря чему реактив растворяет окислы, но не сам металл. Также соляной кислотой травят металлы; очищают их перед лужением, пайкой, гальванированием.
— Обрабатывают кожу перед дублением.
— В добывающей отрасли востребована для очистки буровых скважин от отложений, для обработки руд и горных пластов.
— В лабораторной практике хлористоводородная кислота используется как популярный реактив для аналитических исследований, для очистки сосудов от трудноудаляемых загрязнений.
— Применяется в каучуковой, целлюлозно-бумажной индустрии, в черной металлургии; для очистки котлов, труб, оборудования от сложных отложений, накипи, ржавчины; для очистки керамических и металлических изделий.

Соляная кислота ГОСТ 3118-77

Соляная кислота (также хлороводородная, хлористоводородная кислота, хлористый водород) — раствор хлороводорода (HCl) в воде, сильная одноосновная кислота. Бесцветная, прозрачная, едкая жидкость, «дымящаяся» на воздухе (техническая соляная кислота — желтоватого цвета из-за примесей железа, хлора и пр.). В концентрации около ω = 0,5 % присутствует в желудке человека, что соответствует pH = pω − lg ( ρH₂O / μHCl ) ≅ 0,86 . Максимальная концентрация при 20 °C равна 38 % по массе, плотность такого раствора 1,19 г/см³. Соли соляной кислоты называются хлоридами.

Содержание

1 Физические свойства
2 Химические свойства
3 Получение
4 Применение
- 4.1 Промышленность
- 4.2 Медицина
5 Особенности обращения

Физические свойства

Физические свойства соляной кислоты сильно зависят от концентрации растворённого хлороводорода:

Конц. (вес), кг HCl/кг	Конц. (г/л), кг HCl/м³	Плотность, кг/л	Молярность M	Водородный показатель (pH)	Вязкость, мПа·с	Удельная теплоемкость, кДж/(кг·К)	Давление пара, Па	Температура кипения, °C	Температура плавления, °C
10 %	104,80	1,048	2,87	−0,4578	1,16	3,47	0,527	103	−18
20 %	219,60	1,098	6,02	−0,7796	1,37	2,99	27,3	108	−59
30 %	344,70	1,149	9,45	−0,9754	1,70	2,60	1,410	90	−52
32 %	370,88	1,159	10,17	−1,0073	1,80	2,55	3,130	84	−43
34 %	397,46	1,169	10,90	−1,0374	1,90	2,50	6,733	71	−36
36 %	424,44	1,179	11,64	−1,06595	1,99	2,46	14,100	61	−30
38 %	451,82	1,189	12,39	−1,0931	2,10	2,43	28,000	48	−26

При 20 °C, 1 атм (101 кПа)При затвердевании даёт кристаллогидраты составов HCl·H₂O, HCl·2H₂O, HCl·3H₂O, HCl·6H₂O.

Химические свойства

Взаимодействие с металлами, стоящими в ряду электрохимических потенциалов до водорода, с образованием соли и выделением газообразного водорода:

2Na + 2HCl ⟶ 2NaCl + H₂ ↑ Mg + 2HCl ⟶ MgCl₂ + H₂ ↑ 2Al + 6HCl ⟶ 2AlCl₃ + 3H₂ ↑

Взаимодействие с оксидами металлов с образованием растворимой соли и воды:

Na₂O + 2HCl ⟶ 2NaCl + H₂O MgO + 2HCl ⟶ MgCl₂ + H₂O Al₂O₃ + 6HCl ⟶ 2AlCl₃ + 3H₂O

Взаимодействие с гидроксидами металлов с образованием растворимой соли и воды (реакция нейтрализации):

NaOH + HCl ⟶ NaCl + H₂O Ba(OH)₂ + 2HCl ⟶ BaCl2 + 2H₂O Al(OH)₃ + 3HCl ⟶ AlCl₃ + 3H₂O

Взаимодействие с солями металлов, образованных более слабыми кислотами, например угольной:

Na₂CO₃ + 2HCl ⟶ 2NaCl + H₂O + CO₂ ↑

Взаимодействие с сильными окислителями (перманганат калия, диоксид марганца) с выделением газообразного хлора:

2KMnO₄ + 16HCl ⟶ 5Cl₂ ↑ + 2MnCl₂ + 2KCl + 8H₂O

Взаимодействие с аммиаком с образованием густого белого дыма, состоящего из мельчайших кристалликов хлорида аммония:

NH₃ + HCl ⟶ NH₄Cl

Качественной реакцией на соляную кислоту и её соли является её взаимодействие с нитратом серебра, при котором образуется белый творожистый осадок хлорида серебра, нерастворимый в азотной кислоте:

HCl + AgNO₃ → AgCl ↓ + HNO₃

Получение

Соляную кислоту получают растворением газообразного хлороводорода в воде. Хлороводород получают сжиганием водорода в хлоре, полученная таким способом кислота называется синтетической. Также соляную кислоту получают из абгазов — побочных газов, образующихся при различных процессах, например, при хлорировании углеводородов. Хлороводород, содержащийся в этих газах, называется абгазным, а полученная таким образом кислота — абгазной. В последние десятилетия доля абгазной соляной кислоты в объёме производства постепенно увеличивается, вытесняя кислоту, полученную сжиганием водорода в хлоре. Но полученная методом сжигания водорода в хлоре соляная кислота содержит меньше примесей и применяется при необходимости высокой чистоты.

В лабораторных условиях используется разработанный ещё алхимиками способ, заключающийся в действии концентрированной серной кислоты на поваренную соль:

При температуре выше 550 °C и избытке поваренной соли возможно взаимодействие:

Возможно получение путём гидролиза хлоридов магния, алюминия (нагревается гидратированная соль):

Эти реакции могут идти не до конца с образованием основных хлоридов (оксихлоридов) переменного состава, например:

Хлороводород хорошо растворим в воде. Так, при 0 °C 1 объём воды может поглотить 507 объёмов HCl, что соответствует концентрации кислоты 45 %. Однако при комнатной температуре растворимость HCl ниже, поэтому на практике обычно используют 36-процентную соляную кислоту.

Применение

Промышленность

Применяется в гидрометаллургии и гальванопластике (травление, декапирование), для очистки поверхности металлов при пайке и лужении, для получения хлоридов цинка, марганца, железа и др. металлов. В смеси с поверхностно-активными веществами используется для очистки керамических и металлических изделий (тут необходима ингибированная кислота) от загрязнений и дезинфекции.
В пищевой промышленности зарегистрирована как регулятор кислотности (пищевая добавка E507). Применяется для изготовления зельтерской (содовой) воды.

Медицина

Естественная составная часть желудочного сока человека. В концентрации 0,3—0,5 %, обычно в смеси с ферментом пепсином, назначается внутрь при недостаточной кислотности.

Особенности обращения

Высококонцентрированная соляная кислота — едкое вещество, при попадании на кожу вызывает сильные химические ожоги. Особенно опасно попадание в глаза. Для нейтрализации ожогов применяют раствор слабого основания, или соли слабой кислоты, обычно питьевой соды.

При открывании сосудов с концентрированной соляной кислотой пары хлороводорода, притягивая влагу воздуха, образуют туман, раздражающий глаза и дыхательные пути человека.

Реагируя с сильными окислителями (хлорной известью, диоксидом марганца, перманганатом калия) образует токсичный газообразный хлор.

В РФ оборот соляной кислоты концентрации 15 % и более — ограничен.

Соляная кислота. Свойства, производство, применение и цена соляной кислоты

Опасна, но необходима. Соляная кислота – составная желудочного сока . Именно он помогает переваривать пищу. В норме, кислоты в желудке 0,3%.

Этого достаточно, чтобы разрушить бритвенное лезвие. Нужно всего около недели. Эксперименты, конечно, проводили вне человеческого тела.

Опасный предмет повредил бы пищевод, не задержался бы в желудке в течение 7-ми дней.

Какие еще эксперименты ставили ученые и чем пополнили список свойств соляной кислоты, расскажем далее.

Свойства соляной кислоты

Формула соляной кислоты – это смесь воды и хлористого водорода. Соответственно, жидкость едкая, что и позволяет ей разрушать большинство веществ.

На вид реагент бесцветный. Выдает его запах. Он кислый, удушливый. Аромат резкий и, скорее, характеризуется, как вонь.

Если раствор соляной кислоты технический, в нем содержатся примеси двухатомного хлора и железа . Они придают жидкости желтоватый оттенок.

В отличии, к примеру, от серной , масса соляной кислоты в растворе не может превышать 38%.

Это критическая точка, при которой вещество попросту испаряется. Улетучивается и хлороводород, и вода.

При этом, естественно, раствор дымится. Максимальная концентрация указана для 20-градусной температуры воздуха. Чем больше градусов, тем быстрее протекает испарение.

Плотность 38-процентной кислоты чуть превышает 1 грамм на кубический сантиметр.

То есть, даже концентрированное вещество весьма водянисто. Хлебнешь такую жидкость, получишь ожоги.

А вот слабый 0,4-процентный раствор можно выпить. Естественно, в небольших количествах. Разбавленная кислота почти не пахнет, а вкус у нее терпко-кислый.

Взаимодействие соляной кислоты с другими веществами, во многом, обосновано одноосновным составом реагента.

Это значит, что в формулу кислоты входит лишь один атом водорода. Значит, в воде реагент диссоциирует, то есть, растворяется, полностью.

Остальные вещества, как правило, растворяются уже в самой кислоте. Так, в ней распадаются все металлы, стоящие в периодической системе перед водородом.

Растворяясь в кислоте, они связываются с хлором. В итоге, получаются хлориды, то есть, соли .

Реакция с соляной кислотой состоится у большинства оксидов и гидроксидов металлов, а так же у их солей .

Главное, чтобы последние были получены от более слабых кислот. Соляная считается одной из самых сильных, ставится в один ряд с серной.

Из газов соляная кислота бурно реагирует с аммиаком. При этом, образуется хлорид аммония. Он кристаллизуется.

Частицы столь мелкие, а реакция столь активна, что хлорид устремляется вверх. Внешне это белый дым.

Белым является и продукт реакции с нитратом серебра . Это взаимодействие относится к качественно определяющим соляную кислоту .

Итог реакции – творожистый осадок. Это хлорид серебра . В отличие от хлорида аммония, он устремляется вниз, а не вверх.

Реакция с нитратом серебра считается качественной, поскольку является специфической, не свойственной остальным однокомпонентным кислотам.

Они игнорируют благородные металлы, к коим относится и аргентум. Как помните, серебро стоит в химическом ряду после водорода и, по идее, не должно взаимодействовать с растворенным в воде хлороводородом.

Добыча соляной кислоты

Выделяется соляная кислота не только в лабораторных условиях, но и природе. Человеческий организм – ее часть.

Но, соляная кислота в желудке уже обсуждалась. Однако, это не единственный природный источник, причем, в прямом смысле.

Реагент встречается в некоторых гейзерах и прочих выходах воды вулканического происхождения.

Что же касается отдельно хлороводорода, он входит в состав бишофита, сильвина, галита. Все это – минералы.

Под словом «галит» скрывается обычная соль, которую употребляют в пищу, то есть, хлорид натрия.

Сильвин – это хлорид калия , его кристаллы по форме напоминают игральные кости. Бишофит – хлорид магния , в изобилии присутствует на землях Поволжья.

Для промышленного получения реагента подходят все перечисленные минералы.

Но, чаще всего используют хлорид натрия. Соляная кислота получается, когда на поваренную соль воздействуют концентрированной серной кислотой.

Суть метода сводится к растворению газообразного хлороводорода в воде. На этом основаны еще два подхода.

Первый – синтетический. Водород сжигают в хлоре. Второй – абгазный, то есть, попутный.

Используется хлороводород, попутно получаемый при работе с органическими соединениями, то есть, углеводородами.

Абгазный хлороводород образуется при дегидрохлорировании и хлорировании органики.

Вещество, так же, синтезируется при пиролизе хлорорганических отходов. Пиролизом химики именуют разложение углеводородов в условиях дефицита кислорода.

Попутным сырье для соляной кислоты бывает и при работе с неорганическими веществами, к примеру, хлоридами металлов.

Тот же сильвин, к примеру, идет на производство калиевых удобрений. Магний тоже нужен растениям.

Поэтому, без дела не остается и бишофит. В итоге, производят не только подкормки, но и соляную кислоту.

Абгазный метод вытесняет остальные способы получения соляной кислоты. На «побочную» индустрию приходятся 90% производимого реагента. Узнаем, зачем его изготовляют, где применяют.

Применение соляной кислоты

Соляная кислота используется металлургами. Реагент нужен для декапирования металлов.

Так называют процесс удаления окалин, ржавчины, окислов и просто грязи. Соответственно, кислоту применяют и частные мастера, работая, к примеру, с винтажными вещами, в коих есть металлические детали.

Реагент растворит их поверхность. От проблемного слоя не останется и следа. Но, вернемся к металлургии.

В этой отрасли кислоту начинают применять для извлечения из руд редких металлов.

Старые методы основаны на использовании их оксидов. Но, не все из них легки в обработке.

Поэтому, окислы стали переводить в хлориды, а после, восстанавливать. Сейчас, так получают, к примеру, титан и цирконий .

Раз соляная кислота содержится в желудочном соке, а раствор малой концентрации можно выпить, значит, реагент можно применять и в пищевой промышленности.

Увидели на упаковке продукта добавку Е507? Знайте, это соляная кислота. Она придает ту самую кислинку и терпкость некоторым пирожным, колбасам.

Но, наиболее часто пищевой эмульгатор добавляют во фруктозу, желатин и лимонную кислоту.

Е507 нужна не только для вкуса, но и в качестве регулятора кислотности, то есть Ph продукта.

Соляная кислота может применяться в медицине. Слабый раствор соляной кислоты прописывают пациентам с пониженной кислотность желудка.

Она не менее опасна, чем повышенная. В частности, увеличивается вероятность рака желудка.

Организм недополучает полезные элементы, даже, если человек принимает витамины и правильно питается.

Дело в том, что для адекватного, полноценного всасывания полезных веществ, нужна стандартная кислотность.

Последнее применение реагента очевидно. Из кислоты получают хлор. Достаточно выпарить раствор.

Хлор идет на очищение питьевой воды, отбеливание тканей, обеззараживание, производство пластикатов и каучука .

Получается, будучи активной и агрессивной, соляная кислота необходима человечеству. Есть спрос, — есть предложение. Узнаем цену вопроса.

Цена соляной кислоты

Цена продукта зависит от вида. Техническая кислота дешевле, очищенная – дороже. За литр первой просят 20-40 рублей.

Стоимость зависит от концентрации. За литр очищенного реагента дают примерно на 20 рублей дороже.

Ценник зависит и от тары, фасовки, формы продажи. Приобретение кислоты в пластиковых канистрах по 25-40 литров выгоднее.

В медицинской же сфере, в рознице, вещество предлагают в стеклянных бутыльках .

За 50 миллилитров отдашь 100-160 рублей. Это самая дорогостоящая соляная кислота.

Купить раствор хлороводорода в литровой таре тоже не дешево. Фасовка рассчитана на частного потребителя, поэтому, за бутыль просят около 400-500 рублей.

Техническая кислота в рознице встречается реже, стоит примерно на 100 рублей дешевле. Основной же рынок – оптовый.

Закупаются крупные предприятия. Именно для них актуальны цены, обозначенные в начале главы. В розницу гиганты рынка не торгуют.

Соответственно, стоимость вещества в небольших магазинах – отражение «аппетитов» владельцев лавок.

Кстати, об аппетите. Если кислотность в желудке повышена, пища переваривается быстрее, чаще хочется есть.

Это приводит к худобе, гастриту и язвам. Люди же с пониженной кислотностью склонны к зашлакованности, ведь пища долго «бродит» в желудке, плохо усваивается.

Это отражается на коже, как правило, в виде акне и черных точек. Есть такая проблема?

Задумайтесь не о дорогой косметике, а о проверке желудочно-кишечного тракта.

Соляная кислота. Получение и применение.

Автор: Tyorkin · Опубликовано 30 января, 2013 · Обновлено 7 июля, 2018

Соляной кислотой называется водный раствор хлороводорода. Он представляет собой суспензию с ярко выраженным запахом. Цвет у него прозрачный. Это сильная одноосновная кислота, отличающаяся особой едкостью. При взаимодействии с воздухом начинает «дымиться». Если обратить внимание на технический раствор, то он отличается легким лимонным оттенком из-за наличия в нем определенных примесей железа и хлора. В незначительном объеме этот компонент присутствует в желудочном соке человека. Соли данного раствора называются хлоридами.

Что касается физических свойств рассматриваемого вещества, то они сильно зависят от концентрации растворенного хлороводорода. Нередко используют именно разбавленную кислоту, которая имеет в составе не более десяти процентов хлористого водорода.

Нужно заметить, что она является летучим соединением, потому что при нагревании может улетучиваться полностью. К тому же, вещество вступает в реакцию с внушительным количеством различных металлов. Но, не все из них могут поддаваться влиянию этого раствора. К примеру, такие, как золото, серебро, свинец, вольфрам, а также платина этой кислотой не растворяются. А вот некоторые металлы, не являющиеся драгоценными, при растворении в соляной кислоте, превращаются в хлориды. К ним можно причислить цинк.

Сферы применения соляной кислоты

Применение данного соединения разнообразно. К примеру, пищевая промышленность задействует это вещество для создания специальной пищевой добавки Е507. Последняя используется для производства спиртных напитков, в частности для изготовления водки и всевозможных сиропов. Задействование соляной кислоты для создания напитков и продуктов питания объясняется тем, что соединение выступает так называемым регулятором кислотного состояния пищевых продуктов.

Использование в металлургии

Кислоту еще активно используют в металлургии. Но, нужно заметить, что здесь наиболее востребована именно техническая разновидность вещества. Его применяют для качественного и эффективного очищения металлов перед непосредственным паянием или лужением.

Важно обратить внимание, что еще она используется в гидрометаллургии и гальванопластике. При помощи соляной кислоты осуществляется травление и декапирование.

Применение в медицине

Помимо всего прочего, вещество также применяется в медицине. Это объясняется тем, что оно является природной частью желудочного сока человека. В минимальной концентрации его назначают для применения внутрь в смеси с ферментом пепсином. Данное соединение необходимо при недостаточной кислотности.

Важно обратить внимание на то, чтобы использование соляной кислоты в промышленных целях не создавало никаких проблем, необходимо с предельной ответственностью подходить к выбору разновидности данного соединения и его концентрации.

Использование в быту

Мало кто задумывался о составе популярных моющих средств, которые мы применяем каждый день для чистки различных поверхностей. Немногие знают о том, что некоторые из этих химических составов имеют в себе соляную кислоту. Наиболее действенными являются химические средства, предназначенные для чистки унитазов. Они отличаются высокой кислотностью. Именно в их составе имеется данный активный компонент. Для того чтобы уберечь свои руки от негативного воздействия агрессивного состава необходимо работать исключительно в перчатках из плотной резины. Благодаря им можно уберечь руки от появления сыпи и аллергии.

Экономные хозяйки применяют данный раствор в домашних условиях в качестве эффективного средства, предназначенного для выведения пятен. Еще оно дает возможность избавиться от некрасивых следов ржавчины и чернил на одежде. Кислоту необходимо обязательно хранить в специальных емкостях из высокопрочного стекла в местах, которые недоступны детям. Если эта кислота случайно попала на уязвимые слизистые оболочки или на неприкрытую кожу, то следует немедленно промыть пораженный участок кожного покрова под проточной водой. Использование данного ингредиента в домашних условиях должно производиться с соблюдением главных и общепринятых правил безопасности.

Соляную кислоту используют не только для того, чтобы бороться со сложновыводимыми пятнами на одежде. Еще это прекрасное средство для борьбы с накипью. Чтобы не ухудшить ситуацию при очистке загрязненной посуды, следует использовать раствор определенной концентрации. Для данной цели подойдет именно ингибированная кислота, использование которой позволяет сохранить посуду целой и невредимой.

Чтобы держать свое жилище и одежду в идеальной чистоте, вам необходимо приобрести для себя соляную кислоту. Она, как известно, может представлять опасность для человека, поэтому нужно крайне осторожно с ней обращаться. При неправильном обращении может вызывать сильнейшие химические ожоги. Особенно разрушительным является ее попадание на слизистую оболочку глаза.

Применение в строительстве

Немногие знают о том, что для улучшения и модернизации многих процессов в строительстве используется соляная кислота. Ее добавляют в бетон для повышения его морозостойкости. К тому же, состав намного быстрее застывает, а кладка приобретает устойчивость к влаге. Еще кислоту используют в качестве окислителя от известняка.

Производство соляной кислоты

Данное вещество получают путем полного растворения хлороводорода в виде газа в обычной водной среде. А вот сам хлороводород появляется в результате сжигания водорода в хлоре. Полученное таким образом соединение называется синтетическим. Еще рассматриваемую кислоту можно получить из специальных абгазов — побочных газов, которые появляются при разных процессах. К примеру, при хлорировании углеводородов. Важно отметить, что хлороводород, который имеется в составе этих газов, называется абгазным. В последние годы количество абгазной кислоты в объеме производства постоянно увеличивается, вытесняя кислоту, которую получают методом сжигания водорода в хлоре. Но, все же, полученная таким простым методом соляная кислота имеет в составе меньше посторонних ингредиентов и задействуется при необходимости достижения максимальной чистоты. Хлороводород хорошо растворяется в воде.