Lacido cloridrico è un idracido di formula HCl. Essendo comunemente utilizzato in soluzioni acquose, spesso il nome "acido cloridrico" si riferisce a tali soluzioni, mentre per HCl anidro viene usato il nome cloruro di idrogeno.
È un acido minerale forte (ovvero si ionizza completamente in soluzione acquosa) monoprotico (cioè ogni sua molecola, dissociandosi, libera un solo ione idrogeno), ed è il principale costituente del succo gastrico, oltre a essere un reagente comunemente usato nell'industria. L'acido cloridrico, in soluzione acquosa, è un liquido fortemente corrosivo, che deve essere maneggiato con attenzione. Si presenta gassoso a temperatura ambiente, incolore, dall'odore e dall'azione irritante. Presenta un TLV-C (ACGIH) pari a 2 p.p.m.. La produzione di acido cloridrico è stimata intorno a 20 milioni di tonnellate annue al 2001."Chemicals Economics Handbook", SRI International 2001, pagg. 733.4000A–733.3003F
Merceologicamente al nome di "acido muriatico" corrisponde una soluzione di HCl a concentrazione 10%, spesso di colore giallo per via della presenza di ioni di ferro(II)..
Storia
L'acido cloridrico fu scoperto nel IX secolo dall'alchimista persiano Jabir ibn Hayyan, che lo ottenne mescolando il salgemma (NaCl) con del vetriolo verde (acido solforico H2SO4 in soluzione acquosa). Jabir scoprì molti composti chimici e scrisse più di venti opere sull'argomento, permettendo così la diffusione delle sue conoscenze sull'acido cloridrico e altri acidi, come quello solforico. Sempre di sua invenzione fu l'acqua regia, miscela di acido cloridrico e acido nitrico, in grado di sciogliere l'oro; nel Medioevo anche questo acido, che a quei tempi era conosciuto come "spirito di sale". o acidum salis, fu preso in considerazione per la ricerca della pietra filosofale.
Lavoisier lo battezzò acido muriatico, dal latino muria (salamoia), che significa "del sale" o "acqua marina", e tale nome è rimasto in uso, in ambito commerciale, fino a oggi.
Un'altra versione del nome viene ricondotta a Berthollet, che facendo reagire HCl con diossido di manganese (ossido di manganese IV) vide svilupparsi un gas verdastro (cloro molecolare). Erroneamente a quei tempi si pensava che tutti gli acidi contenessero ossigeno e quindi ipotizzò che quel gas fosse l'ossido (o meglio l'anidride) di un elemento non metallico ancora da individuare e che chiamò murio..
Nel XV secolo Basilius Valentinus, un abate-alchimista dell'abbazia di Erfurt, ne produsse una gran quantità facendo reagire il salgemma con il vetriolo verde.
Nel XVII secolo, Johann Rudolph Glauber di Karlstadt utilizzò sale da cucina (NaCl) e acido solforico per preparare solfato di sodio (Na2SO4), ottenendo come sottoprodotto acido cloridrico gassoso. Anche Joseph Priestley a Leeds nel 1772 produsse acido cloridrico e nel 1790 Humphry Davy (Regno Unito), producendo l'acido cloridrico (HCl) a partire da idrogeno molecolare (H2) e cloro molecolare (Cl2), dimostrò che questo prodotto chimico è costituito da idrogeno e cloro.I termini "idrogeno" e "cloro" vengono adottati per indicare sia gli elementi (H e Cl) sia la loro forma molecolare (H2 e Cl2).
Durante la rivoluzione industriale, la richiesta di sostanze alcaline, e soprattutto di carbonato di sodio, aumentò fortemente in Europa. Si deve a Nicolas Leblanc (originario d'Issoudun) la messa a punto di un processo di produzione di tale sostanza. Nel processo Leblanc, il sale è trasformato in carbonato di sodio utilizzando acido solforico come reagente, insieme con il solfato di calcio (CaSO4) e carbone (C), con una produzione secondaria di acido cloridrico. Considerando che l'acido cloridrico era molto richiesto dal mercato, i produttori non gradivano che venisse liberato come "scarto" nell'aria, quindi decisero di recuperare l'acido cloridrico prodotto e venderlo su scala industriale.
L'acido cloridrico divenne una sostanza di notevole importanza quando si cominciò a trattare sostanze organiche per ottenere composti sintetici, come il cloruro di vinile e il Polivinilcloruro, o come la miscela di difenilmetano diisocianato e diisocianato di toluene (4,4'-MDI/TDI) per la produzione di poliuretano, ma anche per applicazioni secondarie come la produzione di gelatine o per il trattamento del cuoio.
Proprietà chimiche
L'acido cloridrico è un acido forte e monoprotico (ossia la dissociazione completa di una molecola di acido fornisce uno ione idrogeno); in acqua infatti si dissocia completamente (si ionizza), rilasciando uno ione H+ (un protone) e uno ione cloro Cl-. In soluzione acquosa lo ione H+ si lega all'acqua (Base di Brønsted) per dare uno ione idronio H3O+.
HCl(g) + H2O(l) -> H3O+ + Cl- (aq)
L'acido cloridrico può essere anche utilizzato per preparare sali contenenti almeno uno ione Cl-. Tali sali sono chiamati cloruri e sono quasi tutti solubili in acqua. Un'eccezione (comunemente sfruttata in analisi chimica) è il cloruro d'argento che forma un precipitato bianco caseoso. Il cloruro più universalmente noto è il cloruro di sodio, il normale sale da cucina.
Gli acidi monoprotici possiedono un'unica costante di dissociazione acida Ka, che è legata al tasso di dissociazione acida in soluzione. Per un acido forte come l'acido cloridrico, la Ka è molto elevata (>1). tentarono di assegnare una Ka all'HCl, ma è impossibile, poiché si tratta di un numero troppo elevato. Per scoprire che si trattava di una Ka elevata, fecero questa osservazione: un cloruro come NaCl deve avere una costante simile all'acido cloridrico; si sperimentò una rilevazione del pH su una soluzione salina, ma è praticamente neutra, ciò dimostra che lo ione Cl- è una base estremamente debole, si deduce quindi che l'acido coniugato, cioè l'acido cloridrico, sia un acido estremamente forte. Per le soluzioni di acido cloridrico concentrate o diluite, l'ipotesi che la molarità degli ioni H+ sia uguale alla molarità di HCl è ottima, attraverso l'accordo di quattro cifre significative.
Tra gli acidi forti è l'acido monoprotico che risente meno delle reazioni parassite di ossidoriduzione. È uno degli acidi meno pericolosi: a parte la sua acidità, produce degli ioni cloruro quasi inerti e non tossici. Le soluzioni acquose di acido cloridrico di media concentrazione sono stabili e il rapporto tra acido e acqua non varia nel tempo. Queste proprietà, sommate al fatto che esso può essere un reagente puro, fanno dell'acido cloridrico un ottimo reagente per svariati usi, anche per le titolazioni acido-base. Gli acidi forti sono utilizzati per le titolazioni poiché danno dei punti di equivalenza più marcati rendendo più accurata l'analisi.
Può essere utilizzato per solubilizzare alcuni metalli formando i rispettivi cloruri e idrogeno gassoso.
FeO + 2 HCl ——> FeCl2
Fe2O3 + 3HCl ——> FeCl3
Sia il cloruro del ferro(II) che del ferro(III) sono solubili in acqua mentre sia i rispettivi idrossidi che i rispettivi ossidi non lo sono.
è il componente maggioritario della miscela Acqua regia essa è una soluzione di HCl e HNO3 in grado di solubilizzare metalli nobili che tendenzialmente non reagiscono e per tanto non sarebbero in grado di entrare in soluzione. I principali sono l’Oro e il Platino, i metalli del gruppo del platino ma ve ne sono anche altri
È anche utilizzato come catalizzatore acido in alcune reazioni chimiche. Come ad esempio nella reazione di produzione del trimero ciclico TCAP (perossido di acetone triciclico)
Proprietà fisiche e reattività
Densità delle soluzioni acquose% HClg HCl/lMolaritàDensità° Bé10,51103,061,0506,8715,51664,611,07510,0720,42246,221,10013,1222,32486,891,11014,324,32727,561,12015,4626,22968,221,13016,628,23218,921,14017,7230,13479,641,15018,8232,137310,361,16019,9134,240011,111,17020,9736,242811,891,18022,0138,345612,671,19023,0440,448513,471,20024,05
Le proprietà fisiche delle soluzioni acquose di acido cloridrico, come il punto di fusione o di ebollizione, dipendono dalla concentrazione.
La massima concentrazione ottenibile in acqua è il 37% w/w (circa 12 M), in queste condizioni dalla soluzione si sprigionano vapori di acido, per questo viene detto acido cloridrico fumante.
L'acido cloridrico ha una elevata solubilità in acqua; a 0 °C un litro d'acqua scioglie fino a 525 litri di HCl gassoso, pari a 825 grammi. A temperatura ambiente (20 °C) la solubilità è inferiore, 485 g/litro (pari al 40,4%). La densità di tale soluzione è circa 1,200 g/cm³.
La miscela binaria di HCl e H2O possiede un azeotropo con punto di ebollizione di 108,6 °C con una frazione di HCl del 20,17%.
Nella cristallizzazione, possiede quattro eutettici per formare i cristalli di HClxH2O (68% HCl), HClx2H2O (51% HCl), HClx3H2O (41% HCl), HClx6H2O (25% HCl) e ghiaccio d'acqua (0% HCl).
La relazione tra densità e concentrazione delle soluzioni di acido cloridrico è riassunta nella tabella a fianco; esiste inoltre tra le due una correlazione empirica approssimata dalla formula
C_{\%} = 200 \cdot (D - 1)
Essendo un acido forte, il pH delle sue soluzioni diluite può essere facilmente calcolato assumendo che la concentrazione di ioni H+ sia praticamente uguale a quella della concentrazione nominale dell'acido. Una soluzione 0,1 M ha quindi pH uguale a 1.
Una soluzione acquosa di acido cloridrico è un buon conduttore elettrico, dato che tutto l'acido risulta dissociato in ioni H+ e Cl-.
L'acido cloridrico attacca e scioglie la maggior parte dei metalli, dato che i cloruri che si vengono a formare, essendo solubili, non riescono a passivare il metallo. Fanno eccezione, oltre ai metalli nobili, il tantalio, il germanio, il rame e il mercurio (quest'ultimo resiste all'azione dell'acido cloridrico solo in assenza di ossigeno). In miscela 3:1 con l'acido nitrico forma la cosiddetta acqua regia, uno dei pochi reattivi capaci di intaccare oro e platino per via della sinergia tra l'azione ossidante dell'acido nitrico e quella complessante del cloruro.
La reazione con un metallo produce il corrispondente cloruro e idrogeno gassoso, ad esempio
Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2
Produzione
La stima della produzione annua di acido cloridrico si attesta intorno ai 20 milioni di tonnellate, per cui l'acido cloridrico fa parte degli "High Volume Chemicals" (o HVC) e pertanto viene classificato in base alla matrice di Kline tra le commodity.
Si sfruttano diversi metodi di produzione dell'acido cloridrico, a seconda della disponibilità dei reagenti, della necessità dei sottoprodotti o delle esigenze sulla purezza di HCl. I più importanti sono: recupero dall'industria organica; reazione di spostamento di NaCl con acido solforico; processo Hargreaves, una variante del precedente; sintesi diretta dagli elementi.
Sintesi diretta
La preparazione per reazione diretta tra cloro (Cl2) e idrogeno (H2) gassosi è il processo preferito per ottenere un prodotto a elevato grado di purezza. La reazione è fortemente esotermica e può anche essere esplosiva, richiedendo quindi impianti speciali con assorbitori di calore molto efficienti. Altro svantaggio è costituito dall'elevato costo dei reagenti.
La produzione di acido cloridrico su scala industriale è strettamente legata alla produzione di altri composti chimici. Per esempio, nella produzione di cloro gassoso, una soluzione salina (NaCl) viene sottoposta a elettrolisi, ottenendo anche idrossido di sodio diluito e idrogeno. Il cloro e l'idrogeno ottenuti possono essere così fatti reagire per la produzione di HCl gassoso puro:
Cl2(g) + H2(g) -> 2HCl(g)
.
L'acido cloridrico che si forma, non può essere commercializzato allo stato gassoso, infatti, viene disciolto in acqua distillata per ottenere HCl puro in soluzione acquosa; ciò consente di regolare a proprio piacimento la concentrazione mediante diluizione o concentrazione.
Reazione di spostamento di NaCl con acido solforico