Chlorure d'hydrogène - Hydrogen chloride

Chlorure d'hydrogène
Formule schématique du chlorure d'hydrogène avec une dimension
Modèle remplissant l'espace de chlorure d'hydrogène avec des symboles d'atome
Noms
Nom IUPAC
Chlorure d'hydrogène
Autres noms
Gaz acide chlorhydrique

Gaz chlorhydrique

Chlorhydrate
Identifiants
Modèle 3D ( JSmol )
1098214
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
Carte d'information de l'ECHA 100.028.723 Modifiez ceci sur Wikidata
Numéro CE
322
KEGG
Engrener Chlorhydrique+acide
CID PubChem
Numéro RTECS
UNII
Numéro ONU 1050
  • InChI=1S/HCl/h1H ??N
    Clé : VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N ChèqueOui
  • InChI=1/HCl/h1H
    Clé : VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYAT
  • Cl
Propriétés
HCl
Masse molaire 36,46 g/mol
Apparence Gaz incolore
Odeur âcre; tranchant et brûlant
Densité 1,49 g/l
Point de fusion −114.22 °C (−173.60 °F; 158.93 K)
Point d'ébullition −85,05 °C (−121,09 °F; 188,10 K)
823 g/L (0 °C)
720 g/L (20 °C)
561 g/L (60 °C)
Solubilité soluble dans le méthanol , l' éthanol , l' éther
La pression de vapeur 4352 kPa (à 21,1 °C)
Acidité (p K a ) -3,0 ; -5,9 (±0,4)
Basicité (p K b ) 17,0
Acide conjugué Chloronium
Base conjuguée Chlorure
1.0004456 (gaz)
1.254 (liquide)
Viscosité 0,311 cP (−100 °C)
Structure
linéaire
1.05D
Thermochimie
0,7981 J/(K·g)
186.902 J/(K·mol)
Std enthalpie de
formation
f H 298 )
−92,31 kJ/mol
Std enthalpie de
combustion
c H 298 )
-95,31 kJ/mol
Pharmacologie
A09AB03 ( OMS ) B05XA13 ( OMS )
Dangers
Fiche de données de sécurité Fiche signalétique JT Baker
Pictogrammes SGH GHS05 : Corrosif GHS06 : Toxique
Mention d'avertissement SGH Danger
H280 , H314 , H331
P261 , P280 , P305+351+338 , P310 , P410+403
NFPA 704 (diamant de feu)
Dose ou concentration létale (LD, LC) :
DL 50 ( dose médiane )
238 mg/kg (rat, orale)
3124 ppm (rat, 1  h )
1108 ppm (souris, 1 h)
LC Lo (le plus bas publié )
1300 ppm (humain, 30  min )
4416 ppm (lapin, 30 min)
4416 ppm (cochon d'Inde, 30 min)
3000 ppm (humain, 5 min)
NIOSH (limites d'exposition pour la santé aux États-Unis) :
PEL (Autorisé)
C 5 ppm (7 mg/m 3 )
REL (recommandé)
C 5 ppm (7 mg/m 3 )
IDLH (Danger immédiat)
50 ppm
Composés apparentés
Composés apparentés
Fluorure d'
hydrogène Bromure d'
hydrogène Iodure d'
hydrogène Astatide d'hydrogène
Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C [77 °F], 100 kPa).
??N vérifier  ( qu'est-ce que c'est   ?) ChèqueOui??N
Références de l'infobox

Le chlorure d'hydrogène composé a la formule chimique H Clet en tant que tel est un halogénure d'hydrogène . A température ambiante , c'est un gaz incolore , qui forme des fumées blanches d'acide chlorhydrique au contact de la vapeur d'eau atmosphérique . Le chlorure d'hydrogène gazeux et l'acide chlorhydrique sont importants dans la technologie et l'industrie. L'acide chlorhydrique, la solution aqueuse de chlorure d'hydrogène, est également communément donné la formule HCl.

Réactions

Les vapeurs d'acide chlorhydrique virent au rouge du papier pH, ce qui montre que les vapeurs sont acides

Le chlorure d'hydrogène est une molécule diatomique , constituée d'un atome d' hydrogène H et d'un atome de chlore Cl reliés par une liaison covalente polaire . L'atome de chlore est beaucoup plus électronégatif que l'atome d'hydrogène, ce qui rend cette liaison polaire. Par conséquent, la molécule a un grand moment dipolaire avec une charge partielle négative (δ-) au niveau de l'atome de chlore et une charge partielle positive (δ+) au niveau de l'atome d'hydrogène. En partie à cause de sa polarité élevée, HCl est très soluble dans l' eau (et dans d'autres solvants polaires ).

Au contact, H 2 O et HCl se combinent pour former des cations hydronium H 3 O + et des anions chlorure Cl par une réaction chimique réversible :

HCl + H 2 O → H 3 O + + Cl

La solution résultante est appelée acide chlorhydrique et est un acide fort . La constante de dissociation ou d'ionisation de l' acide , K a , est grande, ce qui signifie que HCl se dissocie ou s'ionise pratiquement complètement dans l'eau. Même en l'absence d'eau, le chlorure d'hydrogène peut encore agir comme un acide. Par exemple, le chlorure d'hydrogène peut se dissoudre dans certains autres solvants comme le méthanol :

HCl + CH 3 OH → CH 3 O + H 2 + Cl

Le chlorure d'hydrogène peut protoner des molécules ou des ions et peut également servir de catalyseur acide pour des réactions chimiques où des conditions anhydres (sans eau) sont souhaitées.

En raison de sa nature acide, le chlorure d'hydrogène est une substance corrosive , particulièrement en présence d'humidité.

Structure et propriétés

La structure du DCl solide, telle que déterminée par diffraction neutronique de la poudre de DCl à 77 K. Le DCl a été utilisé à la place de HCl car le noyau de deutérium est plus facile à détecter que le noyau d'hydrogène. La structure linéaire extensible est indiquée par les lignes pointillées.

Le HCl congelé subit une transition de phase à 98,4 K. La diffraction des rayons X sur poudre du matériau congelé montre que le matériau passe d'une structure orthorhombique à une structure cubique au cours de cette transition. Dans les deux structures, les atomes de chlore sont dans un réseau à faces centrées . Cependant, les atomes d'hydrogène n'ont pas pu être localisés. L'analyse des données spectroscopiques et diélectriques et la détermination de la structure du DCl (chlorure de deutérium) indiquent que HCl forme des chaînes en zigzag dans le solide, tout comme HF (voir figure de droite).

Solubilité de HCl (g/L) dans les solvants courants
Température (°C) 0 20 30 50
L'eau 823 720 673 596
Méthanol 513 470 430
Éthanol 454 410 381
Éther 356 249 195
Spectre d'absorption infrarouge (IR)
Un doublet dans le spectre IR résultant de la composition isotopique du chlore

Le spectre infrarouge du chlorure d'hydrogène gazeux, illustré à gauche, se compose d'un certain nombre de raies d'absorption nettes regroupées autour de 2886 cm -1 (longueur d'onde ~ 3,47 µm). À température ambiante, presque toutes les molécules sont dans l'état vibrationnel fondamental v  = 0. Y compris l'anharmonicité, l'énergie vibratoire peut être écrite sous la forme.

Pour faire passer une molécule de HCl de l'état v  = 0 à l'état v  = 1, nous nous attendrions à voir une absorption infrarouge d'environ ν o  =  ν e  + 2 x e ν e = 2880 cm -1 . Cependant, cette absorption correspondant à la branche Q n'est pas observée car interdite par symétrie. Au lieu de cela, deux ensembles de signaux (branches P et R) sont observés en raison d'un changement simultané de l'état de rotation des molécules. En raison des règles de sélection de la mécanique quantique, seules certaines transitions rotationnelles sont autorisées. Les états sont caractérisés par le nombre quantique rotationnel J  = 0, 1, 2, 3, ... les règles de sélection stipulent que J ne peut prendre que des valeurs de ±1.

La valeur de la constante de rotation B est beaucoup plus petite que celle de vibration ν o , de sorte qu'une quantité d'énergie beaucoup plus petite est nécessaire pour faire tourner la molécule; pour une molécule typique, cela se situe dans la région des micro-ondes. Cependant, l'énergie vibratoire de la molécule de HCl place ses absorptions dans la région infrarouge, ce qui permet de collecter facilement un spectre montrant les transitions rovibrationnelles de cette molécule à l'aide d'un spectromètre infrarouge avec une cellule à gaz. Ce dernier peut même être en quartz car l'absorption d'HCl réside dans une fenêtre de transparence pour ce matériau.

Le chlore naturellement abondant se compose de deux isotopes, 35 Cl et 37 Cl, dans un rapport d'environ 3:1. Alors que les constantes de ressort sont presque identiques, les masses réduites disparates de H 35 Cl et H 37 Cl provoquent des différences mesurables dans l'énergie de rotation, ainsi des doublets sont observés lors d'une inspection minutieuse de chaque raie d'absorption, pondérée dans le même rapport de 3:1.

Production

La plupart du chlorure d'hydrogène produit à l'échelle industrielle est utilisé pour la production d' acide chlorhydrique .

Itinéraires historiques

Au 17ème siècle, Johann Rudolf Glauber de Karlstadt am Main, en Allemagne, a utilisé du sel de chlorure de sodium et de l'acide sulfurique pour la préparation du sulfate de sodium dans le procédé de Mannheim , libérant du chlorure d'hydrogène. Joseph Priestley de Leeds, en Angleterre, a préparé du chlorure d'hydrogène pur en 1772, et en 1808, Humphry Davy de Penzance, en Angleterre, avait prouvé que la composition chimique comprenait de l' hydrogène et du chlore .

Synthèse directe

Flamme à l'intérieur du four HCl

Le chlorure d'hydrogène est produit en combinant du chlore et de l' hydrogène :

Cl 2 + H 2 → 2 HCl

La réaction étant exothermique , l'installation est appelée four HCl ou brûleur HCl. Le gaz chlorhydrique résultant est absorbé dans de l'eau désionisée , ce qui donne de l'acide chlorhydrique chimiquement pur. Cette réaction peut donner un produit très pur, par exemple pour une utilisation dans l'industrie alimentaire.

Synthèse organique

La production industrielle de chlorure d'hydrogène est souvent intégrée à la formation de composés organiques chlorés et fluorés , par exemple, le téflon , le fréon et d'autres CFC , ainsi que l'acide chloroacétique et le PVC . Souvent, cette production d'acide chlorhydrique est intégrée à son utilisation captive sur site. Dans les réactions chimiques , les atomes d' hydrogène sur l'hydrocarbure sont remplacés par des atomes de chlore, après quoi l'atome d'hydrogène libéré se recombine avec l'atome de réserve de la molécule de chlore, formant du chlorure d'hydrogène. La fluoration est une réaction ultérieure de remplacement du chlore, produisant à nouveau du chlorure d'hydrogène :

R−H + Cl 2 → R−Cl + HCl
R−Cl + HF → R−F + HCl

Le chlorure d'hydrogène résultant est soit réutilisé directement, soit absorbé dans l'eau, ce qui donne de l'acide chlorhydrique de qualité technique ou industrielle.

Méthodes de laboratoire

De petites quantités de chlorure d'hydrogène pour une utilisation en laboratoire peuvent être générées dans un générateur de HCl en déshydratant de l'acide chlorhydrique avec de l'acide sulfurique ou du chlorure de calcium anhydre . Alternativement, HCl peut être généré par la réaction de l'acide sulfurique avec du chlorure de sodium :

NaCl + H 2 SO 4NaHSO 4 + HCl

Cette réaction se produit à température ambiante. À condition qu'il reste du NaCl dans le générateur et qu'il soit chauffé au-dessus de 200 °C, la réaction se poursuit :

NaCl + NaHSO 4 → HCl + Na 2 SO 4

Pour que de tels générateurs fonctionnent, les réactifs doivent être secs.

Le chlorure d'hydrogène peut également être préparé par l' hydrolyse de certains composés chlorure réactifs tels que les chlorures de phosphore , le chlorure de thionyle (SOCl 2 ) et les chlorures d'acyle . Par exemple, de l'eau froide peut être goutte à goutte progressivement sur du pentachlorure de phosphore (PCl 5 ) pour donner HCl :

PCl 5 + H 2 O → POCl 3 + 2 HCl

Applications

La plupart du chlorure d'hydrogène est utilisé dans la production d'acide chlorhydrique. Il est également utilisé dans la production de chlorure de vinyle et de nombreux chlorures d'alkyle . Le trichlorosilane est produit à partir de HCl :

Si + 3 HCl → HSiCl 3 + H 2

Histoire

Vers 900, les auteurs des écrits arabes attribués à Jabir ibn Hayyan (latin : Geber) et au médecin et alchimiste persan Abu Bakr al-Razi (vers 865-925, latin : Rhazes) expérimentaient le sal ammoniac ( chlorure d'ammonium ). , qui lorsqu'il était distillé avec du vitriol ( sulfates hydratés de divers métaux) produisait du chlorure d'hydrogène. Cependant, il semble que dans ces premières expériences avec des sels de chlorure , les produits gazeux ont été rejetés, et du chlorure d'hydrogène peut avoir été produit plusieurs fois avant qu'on ne découvre qu'il peut être utilisé chimiquement. L'une des premières utilisations de ce type a été la synthèse du chlorure de mercure (II) (sublimé corrosif), dont la production à partir du chauffage du mercure soit avec de l' alun et du chlorure d'ammonium, soit avec du vitriol et du chlorure de sodium a été décrite pour la première fois dans le De aluminibus et salibus (" Sur les aluns et les sels", un texte arabe du XIe ou du XIIe siècle faussement attribué à Abou Bakr al-Razi et traduit en latin dans la seconde moitié du XIIe siècle par Gérard de Crémone , 1144-1187). Un autre développement important a été la découverte par pseudo-Geber (dans le De inventione veritatis , "Sur la découverte de la vérité", après c. 1300) qu'en ajoutant du chlorure d'ammonium à l'acide nitrique , un solvant puissant capable de dissoudre l'or (c'est-à-dire, l' eau regia ) pourrait être produit. Après la découverte à la fin du XVIe siècle du procédé par lequel l'acide chlorhydrique non mélangé peut être préparé, il a été reconnu que ce nouvel acide (alors connu sous le nom d' esprit de sel ou acidum salis ) libérait du chlorure d'hydrogène sous forme de vapeur, que l'on appelait air acide marin . Au XVIIe siècle, Johann Rudolf Glauber utilisait du sel ( chlorure de sodium ) et de l'acide sulfurique pour la préparation du sulfate de sodium , libérant du chlorure d'hydrogène gazeux (voir production, ci-dessus). En 1772, Carl Wilhelm Scheele a également signalé cette réaction et est parfois crédité de sa découverte. Joseph Priestley a préparé du chlorure d'hydrogène en 1772, et en 1810 Humphry Davy a établi qu'il est composé d' hydrogène et de chlore .

Pendant la révolution industrielle , la demande de substances alcalines telles que le carbonate de sodium a augmenté et Nicolas Leblanc a développé un nouveau procédé à l'échelle industrielle pour produire le carbonate de sodium. Dans le procédé Leblanc , le sel était converti en carbonate de sodium, en utilisant de l'acide sulfurique, du calcaire et du charbon, donnant du chlorure d'hydrogène comme sous-produit. Initialement, ce gaz était évacué dans l'air, mais la loi sur les alcalis de 1863 interdisait une telle libération, de sorte que les producteurs de carbonate de sodium ont absorbé le gaz résiduaire HCl dans l'eau, produisant de l'acide chlorhydrique à l'échelle industrielle. Plus tard, le procédé Hargreaves a été développé, qui est similaire au procédé Leblanc sauf que le dioxyde de soufre , l'eau et l'air sont utilisés à la place de l'acide sulfurique dans une réaction qui est globalement exothermique. Au début du 20e siècle, le procédé Leblanc a été effectivement remplacé par le procédé Solvay , qui ne produisait pas de HCl. Cependant, la production de chlorure d'hydrogène s'est poursuivie en tant qu'étape de la production d'acide chlorhydrique.

Les utilisations historiques du chlorure d'hydrogène au 20e siècle comprennent les hydrochlorations d' alcynes dans la production des monomères chlorés chloroprène et chlorure de vinyle , qui sont ensuite polymérisés pour fabriquer respectivement du polychloroprène ( néoprène ) et du polychlorure de vinyle (PVC). Dans la production de chlorure de vinyle, l' acétylène (C 2 H 2 ) est chloré en ajoutant du HCl à travers la triple liaison de la molécule C 2 H 2 , transformant la triple en une double liaison , produisant du chlorure de vinyle.

Le "procédé à l'acétylène", utilisé jusqu'aux années 1960 pour fabriquer du chloroprène , commence par joindre deux molécules d' acétylène , puis ajoute du HCl à l'intermédiaire joint à travers la triple liaison pour le convertir en chloroprène, comme indiqué ici :

Synthèse du chloroprène.svg

Ce "procédé à l'acétylène" a été remplacé par un procédé qui ajoute du Cl 2 à la double liaison de l'éthylène à la place, et l'élimination ultérieure produit du HCl à la place, ainsi que du chloroprène.

Sécurité

Le chlorure d'hydrogène forme de l'acide chlorhydrique corrosif au contact de l'eau présente dans les tissus corporels. L' inhalation des vapeurs peut causer la toux , l' étouffement , l' inflammation du nez, de la gorge, et supérieure des voies respiratoires , et dans les cas graves, un œdème pulmonaire , système circulatoire échec, et la mort. Le contact avec la peau peut provoquer des rougeurs, des douleurs et de graves brûlures chimiques . Le chlorure d'hydrogène peut causer de graves brûlures aux yeux et des lésions oculaires permanentes.

La US Occupational Safety and Health Administration et le National Institute for Occupational Safety and Health ont établi des limites d'exposition professionnelle pour le chlorure d'hydrogène à un plafond de 5 ppm (7 mg/m 3 ) et ont compilé des informations détaillées sur les problèmes de sécurité au travail du chlorure d'hydrogène.

Voir également

Les références

Liens externes