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Ácido clorhídrico

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El ácido clorhídrico , también conocido como ácido muriático o espíritu de sal , es una solución acuosa de cloruro de hidrógeno (HCl). Es una solución incolora con un olor penetrante característico . Se clasifica como un ácido fuerte . Es un componente del ácido gástrico en el sistema digestivo de la mayoría de las especies animales, incluidos los humanos. El ácido clorhídrico es un reactivo de laboratorio y un producto químico industrial importante . [ 7 ] [ 8 ]

Etimología

Debido a que se producía a partir de sal gema según los métodos de Johann Rudolph Glauber , el ácido clorhídrico fue históricamente llamado por los alquimistas europeos espíritu de sal o acidum salis (ácido salino). Ambos nombres todavía se usan, especialmente en otros idiomas, como por ejemplo el alemán : Salzsäure . [ a ]

El HCl gaseoso se denominaba aire ácido marino . El nombre ácido muriático tiene el mismo origen ( muriático significa "relativo a la salmuera o sal", por lo que muriato significa hidrocloruro ), y este nombre todavía se usa a veces. [ 2 ] [ 9 ] El nombre ácido clorhídrico fue acuñado por el químico francés Joseph Louis Gay-Lussac en 1814. [ 10 ]

Historia

Siglos IX-X

A principios del siglo X, el médico y alquimista persa Abu Bakr al-Razi ( c. 865-925 , en latín: Rhazes) realizó experimentos con sal amoniacal ( cloruro de amonio ) y vitriolo ( sulfatos hidratados de varios metales), que destiló juntos, produciendo así el gas cloruro de hidrógeno . [ 11 ] Al hacerlo, al-Razi pudo haber descubierto un método primitivo para producir ácido clorhídrico, [ 12 ] como tal vez se manifiesta en la siguiente receta de su Kitāb al-Asrār ("El Libro de los Secretos"):

Toma partes iguales de sal dulce, sal amarga, sal Ṭabarzad , sal Andarānī , sal india, sal de Al-Qilī y sal de orina. Después de añadir un peso igual de amoníaco cristalizado de buena calidad, disuelve con humedad y destila (la mezcla). Allí destila sobre agua fuerte, que romperá la piedra ( sakhr ) instantáneamente. [ 13 ]

Sin embargo, parece que en la mayoría de sus experimentos al-Razi desestimó los productos gaseosos, concentrándose en cambio en los cambios de color que podían producirse en el residuo. [ 14 ] Según Robert P. Multhauf , el cloruro de hidrógeno se produjo muchas veces sin reconocer claramente que, al disolverlo en agua, se podía producir ácido clorhídrico. [ 15 ]

siglos XI-XIII

Basándose en los experimentos de al-Razi, el De aluminibus et salibus ("Sobre alumbres y sales"), un texto árabe de los siglos XI o XII, falsamente atribuido a al-Razi y traducido al latín por Gerardo de Cremona (1144-1187 ) , describía el calentamiento de metales con diversas sales, que en el caso del mercurio resultaba en la producción de cloruro de mercurio(II) (sublimado corrosivo). [ 16 ] En este proceso, el ácido clorhídrico comenzaba a formarse, pero reaccionaba inmediatamente con el mercurio para producir sublimado corrosivo. Los alquimistas latinos del siglo XIII, para quienes el De aluminibus et salibus era una de las principales obras de referencia, quedaron fascinados por las propiedades clorantes del sublimado corrosivo y pronto descubrieron que, al eliminar los metales del proceso de calentamiento de vitriolos, alumbres y sales, se podían destilar directamente ácidos minerales fuertes. [ 17 ]

siglos XIV-XV

Agua regia

Un invento importante derivado del descubrimiento de los ácidos minerales es el agua regia , una mezcla de ácido nítrico y ácido clorhídrico en proporción 1:3, capaz de disolver oro. Esta se describió por primera vez en la obra de pseudo-Geber , De inventione veritatis («Sobre el descubrimiento de la verdad», después de c. 1300 ), donde se explicaba que el agua regia se preparaba añadiendo cloruro de amonio al ácido nítrico. [ 18 ] El hecho de que el agua regia se defina típicamente como una mezcla de ácido nítrico y ácido clorhídrico no implica que el ácido clorhídrico se descubriera antes o simultáneamente con el agua regia . El aislamiento del ácido clorhídrico tuvo lugar unos 300 años después. La producción de ácido clorhídrico (es decir, como sustancia aislada en lugar de ya mezclado con ácido nítrico) dependía del uso de aparatos de refrigeración más eficientes, que solo se desarrollarían en siglos posteriores. [ 19 ]

siglos XVI-XVII

Desde el punto de vista de la historia occidental de la química, el ácido clorhídrico fue el último de los tres ácidos minerales bien conocidos cuyo método de producción apareció en la literatura. [ 20 ] Las recetas para su producción comenzaron a aparecer a finales del siglo XVI. Las recetas más antiguas para la producción de ácido clorhídrico se encuentran en Magiae naturalis ("Magia natural") de Giovanni Battista Della Porta (1535–1615) y en las obras de otros químicos contemporáneos como Andreas Libavius ​​( c. 1550–1616 ), Jean Beguin (1550–1620) y Oswald Croll ( c. 1563–1609 ). [ 21 ] Entre los historiadores que han escrito sobre esto se encuentran los químicos alemanes Hermann Franz Moritz Kopp (1845) y Edmund Oscar von Lippmann (1938), el ingeniero de minas (y futuro presidente de los EE. UU.) Herbert Hoover con su esposa, la geóloga Lou Henry Hoover (1912), el químico holandés Robert Jacobus Forbes (1948), la química estadounidense Mary Elvira Weeks (1956) y los químicos británicos F. Sherwood Taylor (1957) y JR Partington (1960). El químico italiano Ladislao Reti resumió el resultado de sus esfuerzos de la siguiente manera: [ 22 ]

La primera referencia clara a la preparación del ácido clorhídrico aparece en los escritos de Della Porta (1589 y 1608), Libavius ​​(1597), Pseudo-Basil (1604), van Helmont (1646) y Glauber (1648). Referencias anteriores menos convincentes se encuentran en el Plichto de Rosetti (1540) y en Agricola (1558). En cuanto al primer método práctico de preparación a partir de vitriolo y sal común, no cabe duda de que Pseudo-Basil precede a Glauber, pero este último tiene el mérito indiscutible de haber indicado la forma de producir el ácido que posteriormente adoptaría la industria química para operaciones a gran escala.

— Ladislao Reti, ¿Qué edad tiene el ácido clorhídrico?

Disolución de metales

El conocimiento de ácidos minerales como el ácido clorhídrico sería de vital importancia para químicos del siglo XVII como Daniel Sennert (1572-1637) y Robert Boyle (1627-1691), quienes utilizaron su capacidad para disolver rápidamente metales en sus demostraciones de la naturaleza compuesta de los cuerpos. [ 23 ]

desarrollos industriales

Durante la Revolución Industrial en Europa, aumentó la demanda de sustancias alcalinas . Un nuevo proceso industrial desarrollado por Nicolas Leblanc de Issoudun, Francia, permitió la producción a gran escala y a bajo costo de carbonato de sodio (ceniza de sosa). En este proceso Leblanc , la sal común se convierte en ceniza de sosa, utilizando ácido sulfúrico, piedra caliza y carbón, liberando cloruro de hidrógeno como subproducto. Hasta la Ley de Álcalis británica de 1863 y legislación similar en otros países, el exceso de HCl a menudo se liberaba al aire. Una excepción temprana fue la planta química de Bonnington , donde, en 1830, se comenzó a capturar el HCl y el ácido clorhídrico producido se utilizó en la fabricación de cloruro de amonio (sal amoniacal ). [ 24 ] Tras la aprobación de la ley, los productores de ceniza de sosa se vieron obligados a absorber el gas residual en agua, produciendo ácido clorhídrico a escala industrial. [ 25 ] [ 26 ]

En el siglo XX, el proceso Leblanc fue reemplazado efectivamente por el proceso Solvay, que no genera ácido clorhídrico como subproducto. Dado que el ácido clorhídrico ya se había consolidado como un producto químico importante en numerosas aplicaciones, el interés comercial impulsó otros métodos de producción, algunos de los cuales aún se utilizan hoy en día. Desde el año 2000, el ácido clorhídrico se produce principalmente mediante la absorción de cloruro de hidrógeno, un subproducto de la producción industrial de compuestos orgánicos . [ 25 ] [ 26 ] [ 7 ]

Propiedades químicas

El cloruro de hidrógeno gaseoso es un compuesto molecular con un enlace covalente entre los átomos de hidrógeno y cloro. En disoluciones acuosas, la disociación es completa, con la formación de iones cloruro e iones hidrógeno hidratados ( iones hidronio ). [ 27 ] Un estudio combinado de IR, Raman, rayos X y difracción de neutrones del ácido clorhídrico concentrado mostró que el ion hidronio forma complejos con enlaces de hidrógeno con otras moléculas de agua. [ 28 ] (Véase Hidronio para un análisis más detallado de este tema).

El valor de pKa del ácido clorhídrico en solución acuosa se estima teóricamente en −5,9. [ 5 ] Una solución de cloruro de hidrógeno en agua se comporta como un ácido fuerte : la concentración de moléculas de HCl es efectivamente cero.

Propiedades físicas

Temperatura de fusión en función de la concentración de HCl en agua [ 29 ] [ 30 ]

Las propiedades físicas del ácido clorhídrico, como los puntos de ebullición y fusión , la densidad y el pH , dependen de la concentración o molaridad de HCl en la solución acuosa. Varían desde las del agua a concentraciones muy bajas, cercanas al 0% de HCl, hasta los valores del ácido clorhídrico fumante a más del 40% de HCl. [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]

El ácido clorhídrico como mezcla binaria (de dos componentes) de HCl y H₂O tiene un azeótropo de ebullición constante a 20,2% de HCl y 108,6 °C (381,8 K; 227,5 °F) . Hay cuatro puntos eutécticos de cristalización constante para el ácido clorhídrico, entre la forma cristalina de [H₃O ] Cl (68% HCl), [H₅O₂ ] Cl (51% HCl), [H₇O₃ ] Cl (41% HCl), [H₃O ] Cl ·5H₂O ( 25% HCl) y hielo (0% HCl). También hay un punto eutéctico metaestable a 24,8% entre el hielo y la cristalización de [H₇O₃]Cl. [ 33 ] Todos son sales de hidronio .   

Producción

El ácido clorhídrico se prepara generalmente a nivel industrial disolviendo cloruro de hidrógeno en agua. El cloruro de hidrógeno se puede generar de muchas maneras, por lo que existen varios precursores del ácido clorhídrico. La producción a gran escala de ácido clorhídrico casi siempre se integra con la producción industrial de otros productos químicos , como en el proceso cloroalcalino , que produce hidróxido , hidrógeno y cloro, este último combinable para producir HCl. [ 31 ] [ 32 ]

El cloruro de hidrógeno se produce mediante la combinación de cloro e hidrógeno :

Cl₂ + H₂ → 2 HCl

Dado que la reacción es exotérmica , la instalación se denomina horno o quemador de HCl. El gas cloruro de hidrógeno resultante se absorbe en agua desionizada , obteniéndose ácido clorhídrico químicamente puro. Esta reacción permite obtener un producto de alta pureza, por ejemplo, para su uso en la industria alimentaria.

Mercado industrial

El ácido clorhídrico se produce en soluciones de hasta un 38 % de HCl (grado concentrado). Si bien es posible alcanzar concentraciones superiores al 40 %, la tasa de evaporación es tan alta que su almacenamiento y manipulación requieren precauciones adicionales, como la presurización y la refrigeración. Por lo tanto, el ácido clorhídrico industrial a granel tiene una concentración del 30 % al 35 %, optimizada para equilibrar la eficiencia del transporte y la pérdida de producto por evaporación. En Estados Unidos, se venden soluciones de entre el 20 % y el 32 % como ácido muriático. Las soluciones para uso doméstico en EE. UU., principalmente para limpieza, suelen tener una concentración del 10 % al 12 %, y se recomienda encarecidamente diluirlas antes de su uso. En el Reino Unido, donde se vende como «Spirits of Salt» para la limpieza doméstica, la potencia es la misma que la del grado industrial estadounidense. [ 25 ] En otros países, como Italia, el ácido clorhídrico para limpieza doméstica o industrial se vende como «Acido Muriatico», y su concentración varía del 5 % al 32 %.

Entre los principales productores mundiales se encuentran Dow Chemical, con 2  millones de toneladas anuales (Mt/año), calculadas como gas HCl; Georgia Gulf Corporation ; Tosoh Corporation ; Akzo Nobel ; y Tessenderlo, con entre 0,5 y 1,5  Mt/año cada una. La producción mundial total, expresada en términos de HCl a efectos comparativos, se estima en 20  Mt/año, de las cuales 3  Mt/año provienen de síntesis directa y el resto es producto secundario de síntesis orgánicas y similares. La mayor parte del ácido clorhídrico se consume internamente por el productor. El mercado mundial abierto se estima en 5  Mt/año. [ 25 ]

Aplicaciones

El ácido clorhídrico es un ácido inorgánico fuerte que se utiliza en muchos procesos industriales, como el refinado de metales. Su aplicación suele determinar la calidad requerida del producto. [ 25 ] El cloruro de hidrógeno, y no el ácido clorhídrico, se utiliza más ampliamente en la química orgánica industrial, por ejemplo, para el cloruro de vinilo y el dicloroetano . [ 8 ]

Decapado de acero

Una de las aplicaciones más importantes del ácido clorhídrico es el decapado del acero, para eliminar el óxido o la capa de óxido de hierro del hierro o acero antes de su posterior procesamiento, como la extrusión , el laminado , el galvanizado y otras técnicas. [ 25 ] [ 7 ] El HCl de calidad técnica, típicamente a una concentración del 18%, es el agente decapante más utilizado para el decapado de aceros al carbono .

Fe₃O₄ + Fe + 8 HCl → 4 FeCl₂ + 4 H₂O

El ácido usado se ha reutilizado durante mucho tiempo como solución de cloruro de hierro(II) (también conocido como cloruro ferroso), pero los altos niveles de metales pesados ​​en el líquido de decapado han disminuido esta práctica.

La industria del decapado de acero ha desarrollado procesos de regeneración de ácido clorhídrico , como el tostador por aspersión o el proceso de regeneración de HCl en lecho fluidizado, que permiten la recuperación de HCl del licor de decapado usado. El proceso de regeneración más común es el proceso de pirohidrólisis, aplicando la siguiente fórmula: [ 25 ]

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

Mediante la recuperación del ácido usado, se establece un ciclo ácido cerrado. [ 7 ] El óxido de hierro(III) como subproducto del proceso de regeneración es valioso y se utiliza en diversas industrias secundarias. [ 25 ]

Producción de compuestos inorgánicos

De forma similar a su uso para el decapado, el ácido clorhídrico se utiliza para disolver muchos metales, óxidos metálicos y carbonatos metálicos. Las conversiones suelen representarse mediante ecuaciones simplificadas:

Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂
NiO + 2 HCl → NiCl 2 + H 2 O
CaCO 3 + 2 HCl → CaCl 2 + CO 2 + H 2 O

Estos procesos se utilizan para producir cloruros metálicos para análisis o producción posterior. [ 31 ] [ 32 ] [ 7 ]

Control y neutralización del pH

El ácido clorhídrico se puede utilizar para regular la acidez ( pH ) de las soluciones.

HO − + HCl → H2O + Cl −

En la industria que exige pureza (alimentaria, farmacéutica, agua potable), se utiliza ácido clorhídrico de alta calidad para controlar el pH de las corrientes de agua de proceso. En la industria menos exigente, el ácido clorhídrico de calidad técnica es suficiente para neutralizar corrientes de residuos y controlar el pH de las piscinas. [ 7 ]

Regeneración de intercambiadores iónicos

El ácido clorhídrico de alta calidad se utiliza en la regeneración de resinas de intercambio iónico . El intercambio catiónico se utiliza ampliamente para eliminar iones como Na + y Ca2 + de soluciones acuosas , produciendo agua desmineralizada . El ácido se utiliza para enjuagar los cationes de las resinas. [ 25 ] Na + se reemplaza con H + y Ca2 + con 2H + .

Los intercambiadores iónicos y el agua desmineralizada se utilizan en todas las industrias químicas, en la producción de agua potable y en muchas industrias alimentarias. [ 25 ]

Uso en laboratorio

ácido clorhídrico al 30%

De los ácidos minerales fuertes comunes en química, el ácido clorhídrico es el ácido monoprótico con menor probabilidad de sufrir una reacción de oxidación-reducción que interfiera . Es uno de los ácidos fuertes menos peligrosos de manipular; a pesar de su acidez, contiene el ion cloruro, que no es reactivo ni tóxico. Las soluciones de ácido clorhídrico de concentración intermedia son bastante estables durante el almacenamiento, manteniendo su concentración a lo largo del tiempo. Estas características, sumadas a que está disponible como reactivo puro , hacen del ácido clorhídrico un excelente reactivo acidificante. Además, es económico.

El ácido clorhídrico es el ácido preferido en la titulación para determinar la cantidad de bases . Los titulantes ácidos fuertes proporcionan resultados más precisos debido a un punto final más definido. El ácido clorhídrico azeotrópico , o de "ebullición constante" (aproximadamente 20,2 %), puede utilizarse como patrón primario en el análisis cuantitativo , aunque su concentración exacta depende de la presión atmosférica en el momento de su preparación. [ 34 ]

Otro

El ácido clorhídrico se utiliza en numerosas aplicaciones a pequeña escala, como el procesamiento del cuero, la limpieza del hogar [ 35 ] y la construcción. [ 7 ] La ​​producción de petróleo puede estimularse inyectando ácido clorhídrico en la formación rocosa de un pozo petrolífero , disolviendo una parte de la roca y creando una estructura de poros grandes. La acidificación de pozos petrolíferos es un proceso común en la industria de producción de petróleo del Mar del Norte . [ 25 ]

El ácido clorhídrico se ha utilizado para disolver carbonato de calcio, por ejemplo, para descalcificar hervidores y limpiar el mortero de la mampostería. Cuando se utiliza sobre ladrillos, la reacción con el mortero continúa solo hasta que el ácido se ha convertido por completo, produciendo cloruro de calcio , dióxido de carbono y agua.

CaCO 3 + 2 HCl → CaCl 2 + CO 2 + H 2 O

Muchas reacciones químicas que involucran ácido clorhídrico se utilizan en la producción de alimentos, ingredientes alimentarios y aditivos alimentarios . Algunos productos típicos incluyen aspartamo , fructosa , ácido cítrico , lisina , proteína vegetal hidrolizada como potenciador del sabor y en la producción de gelatina . Se puede utilizar ácido clorhídrico de grado alimenticio (extrapuro) cuando sea necesario para el producto final. [ 25 ] [ 7 ]

Presencia en animales

Diagrama de la capa mucosa alcalina del estómago con los mecanismos de defensa de la mucosa.

El ácido gástrico es una de las principales secreciones del estómago. Está compuesto principalmente de ácido clorhídrico y acidifica el contenido estomacal a un pH de 1 a 2. [ 36 ] [ 37 ] Los iones cloruro (Cl − ) e hidrógeno (H + ) se secretan por separado en la región del fondo gástrico, en la parte superior del estómago, por las células parietales de la mucosa gástrica hacia una red secretora llamada canalículos antes de entrar en la luz del estómago. [ 38 ]

El ácido gástrico actúa como barrera contra los microorganismos para prevenir infecciones y es importante para la digestión de los alimentos. Su bajo pH desnaturaliza las proteínas y, por lo tanto, las hace susceptibles a la degradación por enzimas digestivas como la pepsina . El bajo pH también activa el precursor enzimático pepsinógeno, transformándolo en la enzima activa pepsina mediante autoclivaje. Después de salir del estómago, el ácido clorhídrico del quimo se neutraliza en el duodeno por el bicarbonato . [ 36 ]

El estómago se protege del ácido fuerte mediante la secreción de una gruesa capa de moco y mediante la acción amortiguadora de la secretina con bicarbonato de sodio . La acidez estomacal o las úlceras pépticas pueden desarrollarse cuando estos mecanismos fallan. Los fármacos antihistamínicos e inhibidores de la bomba de protones pueden inhibir la producción de ácido en el estómago, y los antiácidos se utilizan para neutralizar el exceso de ácido existente. [ 36 ] [ 39 ]

El ácido clorhídrico también es utilizado por los osteoclastos junto con las proteasas para la resorción ósea . [ 40 ]

Seguridad

Una etiqueta en forma de rombo con las letras 8 y la palabra "corrosivo", que indica que las gotas de un líquido corroen los materiales y las manos humanas.Provoca quemaduras graves en la piel y daños oculares.Puede provocar irritación respiratoria.

Al ser un ácido fuerte, el ácido clorhídrico es corrosivo para los tejidos vivos y muchos materiales, pero no para el caucho. Por lo general, se utilizan guantes de protección de caucho y equipo de protección similar al manipular soluciones concentradas. [ 8 ]

Los vapores o la niebla representan un riesgo respiratorio, que puede mitigarse parcialmente mediante el uso de una mascarilla con cartuchos diseñados específicamente para capturar el ácido clorhídrico. El ácido en suspensión en el aire irrita los ojos y puede requerir el uso de gafas protectoras o una mascarilla.

El ácido clorhídrico figura como precursor de la Tabla II en la Convención de las Naciones Unidas contra el Tráfico Ilícito de Estupefacientes y Sustancias Psicotrópicas de 1988 debido a su uso en la producción de heroína , cocaína y metanfetamina . [ 42 ] [ 43 ]

Véase también

  • Cloruro , sales inorgánicas del ácido clorhídrico
  • Clorhidrato , sales orgánicas del ácido clorhídrico derivadas del hidróxido de sodio.
  • Agua regia

Notas

  1. ↑ Otros ejemplos incluyen holandés : zoutzuur , afrikáans : soutsuur , noruego y sueco : saltsyra , finlandés : suolahappo , español : salfumán , turco : tuz ruhu , polaco : kwas solny , húngaro : sósav , checo : kyselina solná , japonés :塩酸( ensan ), chino :盐酸( yánsuān ), y Coreano : 염산 ( yeomsan ).

Referencias

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  13. ^ Stapleton, Azo y Hidayat Husain 1927 , pág. 333 (para obtener un glosario de los términos utilizados en esta receta, consulte la página 322). Traducción alemana del mismo pasaje en Ruska, Julius (1937). Buch Geheimnis der Geheimnisse de Al-Rāzī. Mit Einleitung und Erläuterungen in deutscher Übersetzung . Quellen und Studien zur Geschichte der Naturwissenschaften und der Medizin. vol. VI. Berlín: Springer. pág. 182, §5. Una traducción al inglés de la traducción de Ruska de 1937 se puede encontrar en Taylor, Gail Marlow (2015). The Alchemy of Al-Razi: A Translation of the «Book of Secrets» . CreateSpace Independent Publishing Platform. ISBN 9781507778791.págs. 139–140.
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  15. ↑ Multhauf 1966 , pág. 142. Multhauf se refiere a varias recetas del Kitāb al-Asrār traducido por Ruska 1937 , págs. 103-110 , pero no parece haber notado la existencia de la receta en Ruska 1937 , pág. 182, §5 citada anteriormente.   
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  43. ↑ Sustancias químicas necesarias para la fabricación ilícita de drogas (PDF) (Informe). UNDOC. 1998. Consultado el 20 de julio de 2022 .
  • NIST WebBook, enlace general
  • Ácido clorhídrico – Parte uno y Ácido clorhídrico – Parte dos en la Tabla Periódica de Vídeos (Universidad de Nottingham)
  • Calculadoras: tensiones superficiales , densidades, molaridades y molalidades de HCl acuoso.

Información general de seguridad

  • Resumen de riesgos de la EPA
  • Hoja de datos de seguridad del ácido clorhídrico del Instituto Tecnológico de Georgia
  • Guía de bolsillo del NIOSH sobre riesgos químicos

Información sobre contaminación

  • Inventario Nacional de Contaminantes – Hoja informativa sobre el ácido clorhídrico