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Ácido clorhídrico

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El ácido clorhídrico o, como es todavía ocasionalmente llamado, ácido muriático, es una disolución acuosa del gas cloruro de hidrógeno (HCl). Es muy corrosivo y ácido. Se emplea comúnmente como reactivo químico y se trata de un ácido fuerte que se disocia completamente en disolución acuosa. Una disolución concentrada de ácido clorhídrico tiene un pH de menos de 1; una disolución de HCl 1 M da un pH de 0.

A temperatura ambiente, el cloruro de hidrógeno es un gas incoloro a ligeramente amarillento, corrosivo, no inflamable, más pesado que el aire, de olor fuertemente irritante. Cuando se expone al aire, el cloruro de hidrógeno forma vapores corrosivos densos de color blanco. El cloruro de hidrógeno puede ser liberado por volcanes.

El cloruro de hidrógeno tiene numerosos usos. Se usa, por ejemplo, para limpiar, tratar y galvanizar metales, curtir cueros, y en la refinación y manufactura de una amplia variedad de productos. El cloruro de hidrógeno puede formarse durante la quema de muchos plásticos. Cuando entra en contacto con el agua, forma ácido clorhídrico. Tanto el cloruro de hidrógeno como el ácido clorhídrico son corrosivos.

HistoriaEditar sección

El ácido clorhídrico fue obtenido por primera vez por el alquimista Jabir ibn Hayyan (también conocido como Geber), alrededor del año 800, mezclando sal común con vitriol (ácido sulfúrico).

Archivo:Jabir ibn Hayyan.jpg

En la Edad Media, el ácido clorhídrico era conocido entre los alquimistas europeos como espíritu de sal o acidum salis.

En el siglo diecisiete, Johann Rudolf Glauber, de Karlstadt am Main, Alemania, utilizó sal (cloruro de sodio) y ácido sulfúrico para preparar sulfato sódico, liberando gas cloruro de hidrógeno. Joseph Priestley, de Leeds, Inglaterra preparó cloruro de hidrógeno puro en 1772, y Humphry Davy de Penzance demostró que su composición química contenia hidrógeno y cloro.

Durante la Revolución Industrial en Europa, la demanda por sustancias alcalinas, tales como la sosa (carbonato de sodio), se incrementó, y el nuevo proceso industrial para su obtención desarrollado por el francés Nicolás Leblanc permitió la producción a gran escala con bajos costos. En el proceso Leblanc, se convierte sal en sosa, utilizando ácido sulfúrico, piedra caliza y carbón, liberando cloruro de hidrógeno como producto de desecho. Hasta 1863 éste era liberado a la atmósfera. Un acta de ese año obligó a los productores de sosa a absorber este gas en agua, produciendo así ácido clorhídrico a escala industrial.

A comienzos del siglo veinte, cuando el proceso Leblanc fue sustituido por el proceso Solvay, que no permitía obtener ácido clorhídrico como el primero, éste ya era un producto químico utilizado de manera frecuente en numerosas aplicaciones. El interés comercial llevó al desarrollo de otros procesos de obtención, que se utilizan hasta el día de hoy, y que son descritos más abajo. Actualmente, la mayoría del ácido clorhídrico se obtiene absorbiendo el cloruro de hidrógeno liberado en la producción industrial de compuestos orgánicos.

QuímicaEditar sección

El cloruro de hidrógeno es un ácido monoprótico, lo que significa que puede disociarse sólo una vez para ceder un ion H+ (un protón). En soluciones acuosas, este protón se une a una molécula de agua para dar un ion hidrónio, H3O+:

HCl + H2O → H3O+ + Cl

El otro ion formado es Cl, el ion cloruro. El ácido clorhídrico puede entonces ser usado para preparar sales llamadas cloruros, como el cloruro de sodio. El ácido clorhídrico es un ácido fuerte, ya que se disocia casi completamente en agua.

Los ácidos monopróticos tienen una constante de disociación ácida, Ka, que indica el nivel de disociación en agua. Para ácidos fuertes como el HCl, el valor de Ka es alto. Al agregar cloruros, como el NaCl, a una solución acuosa de HCl, el valor de pH prácticamente no cambia, lo que indica que el ion Cl es una base conjugada notablemente débil, y que HCl está casi completamente disociado en soluciones acuosas. Por lo tanto, para soluciones de ácido clorhídrico de concentración relativamente altas, se puede asumir que la concentración de H+ es igual a la de HCl.

Archivo:Titration.gif

De los siete ácidos fuertes comunes en la química, todos ellos inorgánicos, el ácido clorhídrico es el ácido monoprótico con menor tendencia a provocar reacciones redox que puedan interferir con otras reacciones. Es uno de los ácidos fuertes menos peligrosos de manipular; y a pesar de su acidez, produce el relativamente poco reactivo y no tóxico ion cloruro. Sus soluciones de concentraciones intermedias son bastante estables, manteniendo sus concentraciones con el paso del tiempo. Estos atributos, sumados al hecho de que se encuentra disponible como un reactivo puro, lo hacen un excelente reactivo acidificante, y titulador ácido (para determinar la cantidad de base en una titulación). Es comúnmente utilizado en el análisis químico y para digerir muestras para análisis. Soluciones concentradas de este ácido pueden utilizarse para disolver algunos metales, formando cloruros metálicos oxidados y gas hidrógeno.

Propiedades físicas

Las propiedades físicas del ácido clorhídrico, tales como puntos de fusión y ebullición, densidad, y pH dependen de la concentración o molaridad de HCl en la solución ácida.

Conc. (m/m)
c : kg HCl/kg 
Conc. (m/v)
c : kg HCl/m3
Densidad
ρ : kg/l
Molaridad
M
 pH 
Viscosidad
η : mPa·s
Calor
específico

s : kJ/(kg·K)
Presión
de vapor

PHCl : Pa
Punto de
ebullición

b.p.
Punto de
fusión

m.p.
10% 104.80 1.048 2.87 M -0.5 1.16 3.47 0.527 103 °C -18 °C
20% 219.60 1.098 6.02 M -0.8 1.37 2.99 27.3 108 °C -59 °C
30% 344.70 1.149 9.45 M -1.0 1.70 2.60 1,410 90 °C -52 °C
32% 370.88 1.159 10.17 M -1.0 1.80 2.55 3,130 84 °C -43 °C
34% 397.46 1.169 10.90 M -1.0 1.90 2.50 6,733 71 °C -36 °C
36% 424.44 1.179 11.64 M -1.1 1.99 2.46 14,100 61 °C -30 °C
38% 451.82 1.189 12.39 M -1.1 2.10 2.43 28,000 48 °C -26 °C
La temperatura y presión de referencia para la tabla anterior son respectivamente 20 °C and 1 atmósfera (101 kPa).

Síntesis Editar sección

El clorhídrico (HCl) se obtiene en el laboratorio por adición de ácido sulfúrico (H2SO4) a sal (NaCl):

2 NaCl + H2SO4 -> Na2SO4 + 2 HCl

En la industria química se forman grandes cantidades de clorhídrico en las reacciones orgánicas de cloración de las sustancias orgánicas con cloro elemental:

R-H + Cl2 -> R-Cl + HCl

Otro método de producción a gran escala es el utilizado por la industria cloro-alcali, en la cual se electroliza una solución de sal común, produciendo cloro, hidróxido de sodio e hidrógeno. El gas cloro así obtenido puede ser combinado con el gas hidrógeno, formando gas HCl químicamente puro. Ya que la reacción es exotérmica, las instalaciones en las que se realiza son conocidas como horno de HCl.

Cl2 + H2 → 2 HCl

También es posible su síntesis directamente a partir de los elementos pero este proceso no suele ser económicamente viable.

En agua se disuelven hasta 38 g/100 ml aunque a baja temperatura se pueden formar cristales de HCl·H2O con un contenido del 68 % de HCl. La disolución forma un azeótropo con un contenido del 20,2 % de HCl en masa y un punto de ebullición de 108,6 ºC.

El ácido clorhídrico que se encuentra en el mercado suele tener una concentración del 38 % o del 25 %. Soluciones de una concentración de algo mas del 40 % son químicamente posibles, pero la taza de evaporación en ellas es tan alta que se tienen que tomar medidas de almacenamiento y manipulación extras. En el mercado es posible adquirir soluciones para uso doméstico de una concentración de entre 10 y 12 %, utilizadas principalmente para la limpieza.

Propiedades fisicoquímicas del clorhídrico (gas) Editar sección

Peso molecular: 36,454 g/mol

Punto de fusión: -25 ºC

Punto de ebullición: 85 ºC

Número CAS: 7647-01-0

pH: <1 (20°C)

Aplicaciones Editar sección

El clorhídrico se utiliza sobre todo como ácido barato fuerte y volátil. El uso más conocido es el de desincrustante para eliminar residuos de caliza (carbonato cálcico: CaCO2). En este aplicación se transforma el carbonato cálcico en cloruro cálcico más soluble y se liberan dióxido de carbono (CO2) y agua:

CaCO3 + 2 HCl -> CaCl2 + CO2 + H2O

En química orgánica se aprovecha el clorhídrico a veces en la síntesis de cloruros orgánicos - bien por sustitución de un grupo hidroxilo de un alcohol o por adición del clorhídrico a un alqueno aunque a menudo estas reacciones no transcurren de una manera muy selectiva.

Otra importante aplicación del ácido clorhídrico de alta calidad es en la regeneración de resinas de intercambio iónico. El intercambio catiónico suele utilizarse para remover cationes como Na+ y Ca2+ de soluciones acuosas, produciendo agua demineralizada.

Na+ es reemplazado por H3O+
Ca2+ es reemplazado por 2 H3O+

En la industria alimentaria se utiliza por ejemplo en la producción de la gelatina disolviendo con ella la parte mineral de los huesos.

En metalúrgia a veces se utiliza para disolver la capa de óxido que recubre un metal, previo a procesos como galvanizado, extrusión, u otras técnicas.

También es un producto de partida en la síntesis de policloruro de aluminio o de cloruro férrico (FeCl3):

Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O


Efectos nocivosEditar sección

El cloruro de hidrógeno es irritante y corrosivo para cualquier tejido con el que tenga contacto. La exposición breve a bajos niveles produce irritación de la garganta. La exposición a niveles más altos puede producir respiración jadeante, estrechamiento de los bronquiolos, coloración azul de la piel, acumulación de líquido en los pulmones e incluso la muerte. La exposición a niveles aún más altos puede producir hinchazón y espasmos de la garganta y asfixia. Alguna gente puede sufrir una reacción inflamatoria al cloruro de hidrógeno. Esta condición es conocida como síndrome de malfuncionamiento reactivo de las vías respiratorias (RADS, por las siglas en inglés), que es un tipo de asma causado por ciertas sustancias irritantes o corrosivas.

La mezcla del ácido con agentes oxidantes de uso común, como la lavandina (hipoclorito de sodio, NaClO) o permanganato de potasio (KMnO4), produce el tóxico gas cloro.

Dependiendo de la concentración, el cloruro de hidrógeno puede producir desde leve irritación hasta quemaduras graves de los ojos y la piel. La exposición prolongada a bajos niveles puede causar problemas respiratorios, irritación de los ojos y la piel y descoloramiento de los dientes.

Concentración
en masa
Clasificación Frases R
10%–25% Irritante (Xi) R36/37/38
>25% Corrosivo (C) R34 R37

A pesar de estas características los jugos gástricos en el estómago humano contienen aproximadamente el 3 % de ácido clorhídrico. Allí ayuda a coagular las proteínas y desempeña un papel importante como coenzima de la pepsina en su digestión. También ayuda en la hidrólisis de los polisacáridos presentes en la comida. Es secretado por las células parietales. Éstas contienen una extensiva red de secreción desde donde se secreta el HCl hacia el lumen del estómago.

Diversos mecanismos previenen el daño del epitelio del tracto digestivo por este ácido:

  • Reguladores negativos de su salida.
  • Una gruesa capa mucosa que cubre al epitelio.
  • Bicarbonato de sodio secretado por las células epiteliales gástricas y el páncreas.
  • La estructura del epitelio.
  • Un abastecimiento sanguíneo adecuado.
  • Prostaglandinas (con múltiples efectos: estimulan las secreciones mucosas y de bicarbonato, mantienen la integridad de la barrera epitelial, permiten el adecuado flujo sanguíneo, estimulan la reparación de las membranas de la mucosa dañadas).

Cuando por alguna razón estos mecanismos fallan, pirosis o úlceras pueden ocurrir. Drogas llamadas inhibidores de bombas de protones previenen que el cuerpo produzca exceso de ácido en el estómago, mientras que los antiácidos pueden neutralizar el ácido existente.

También puede ocurrir que no se produzca suficiente cantidad de ácido clorhídrico en el estómago. Estos cuadros patológicos son conocidos por los términos hipoclorhidria y aclorhidria. Pueden conducir a una gastroenteritis.

El ácido clorhídrico en contacto con ciertos metales puede desprender hidrógeno pudiendo formar atmósferas explosivas en el ambiente, esto puede ocurrir por ejemplo cuando se usa en los trabajos de decapado de metales.

Véase tambiénEditar sección

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