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 acre distintivo . Está clasificado 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 importante reactivo de laboratorio y químico industrial. [7] [8]
Debido a que se produjo a partir de sal gema según los métodos de Johann Rudolph Glauber , los alquimistas europeos históricamente llamaron al ácido clorhídrico espíritus de sal o acidum salis (ácido de sal). Ambos nombres todavía se utilizan, especialmente en otros idiomas , como alemán : Salzsäure , holandés : Zoutzuur , sueco : Saltsyra , finlandés : Suolahappo , español : Salfumán , turco : Tuz Ruhu , polaco : kwas solny , húngaro : sósav , checo : kyselina. solná , y chino :盐酸( yánsuān ).
Al HCl gaseoso se le llamó aire ácido marino . El nombre ácido muriático tiene el mismo origen ( muriático significa "perteneciente a la salmuera o la sal", de ahí que muriato significa clorhidrato ), y este nombre todavía se usa a veces. [1] [9] El nombre de ácido clorhídrico fue acuñado por el químico francés Joseph Louis Gay-Lussac en 1814. [10]
A principios del siglo X, el médico y alquimista persa Abu Bakr al-Razi ( c. 865 –925, 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 tropezado con un método primitivo para producir ácido clorhídrico, [12] como quizás se manifiesta en la siguiente receta de su Kitāb al-Asrār ("El Libro de los Secretos"):
Tome partes iguales de sal dulce, sal amarga, sal de Ṭabarzad , sal de Andarānī , sal india, sal de Al-Qilī y sal de orina. Después de agregar un peso igual de sal amoniacal bien cristalizada, disolver con humedad y destilar (la mezcla). Se destilará sobre agua fuerte, que partirá la piedra ( sakhr ) instantáneamente. [13]
Sin embargo, parece que en la mayoría de sus experimentos al-Razi ignoró los productos gaseosos y se concentró en los cambios de color que podrían efectuarse en el residuo. [14] Según Robert P. Multhauf , el cloruro de hidrógeno se produjo muchas veces sin un reconocimiento claro de que, disolviéndolo en agua, se podía producir ácido clorhídrico. [15]
Basándose en los experimentos de al-Razi, el De aluminibus et salibus ("Sobre alumbre y sales"), un texto árabe de los siglos XI o XII atribuido falsamente a al-Razi y traducido al latín por Gerardo de Cremona (1144-1187), describió el calentamiento de metales con diversas sales, lo que en el caso del mercurio daba como resultado la producción de cloruro de mercurio (II) (sublimado corrosivo). [16] En este proceso, el ácido clorhídrico en realidad comenzó a formarse, pero inmediatamente reaccionó con el mercurio para producir un 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 cuando los metales se eliminan del proceso de calentamiento de los vitriolos, los alumbre , y sales, los ácidos minerales fuertes se pueden destilar directamente. [17]
Un invento importante que resultó 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 el oro. Esto se describió por primera vez en De invente veritatis ("Sobre el descubrimiento de la verdad", después de c. 1300 ), del pseudo-Geber , donde se preparaba agua regia añadiendo cloruro de amonio al ácido nítrico. [18] El hecho de que el agua regia normalmente se defina como una mezcla de ácido nítrico y ácido clorhídrico no significa que el ácido clorhídrico se haya descubierto antes o simultáneamente con el agua regia . El aislamiento del ácido clorhídrico se produjo unos 300 años después. La producción de ácido clorhídrico en sí (es decir, como sustancia aislada y no mezclada con ácido nítrico) dependía del uso de aparatos de refrigeración más eficientes, que sólo se desarrollarían en los siglos siguientes. [19]
Desde el punto de vista de la historia occidental de la química, el ácido clorhídrico fue el último de los tres ácidos minerales conocidos cuyo método de producción apareció en la literatura. [20] Las recetas para su elaboración comenzaron a aparecer a finales del siglo XVI. Las primeras recetas 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 Estados Unidos) 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 ha resumido así el resultado de sus esfuerzos: [22]
El primer ejemplo claro de la preparación de ácido clorhídrico aparece en los escritos de Della Porta (1589 y 1608), Libavius (1597), pseudo-Basil (1604), van Helmont (1646) y Glauber (1648). Se encuentran referencias anteriores menos convincentes 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 hay duda de que la pseudo-albahaca precede a Glauber, pero este último tiene el mérito indiscutible de haber indicado la forma de producir el ácido que luego adoptaría la industria química para operaciones a gran escala.
— Ladislao Reti, ¿Qué edad tiene el ácido clorhídrico?
El conocimiento de ácidos minerales como el ácido clorhídrico sería de importancia clave 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 del compuesto. naturaleza de los cuerpos. [23]
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 barata a gran escala de carbonato de sodio (ceniza de sosa). En este proceso Leblanc , la sal común se convierte en carbonato de sodio, utilizando ácido sulfúrico, piedra caliza y carbón, liberando cloruro de hidrógeno como subproducto. Hasta la Ley británica de álcalis de 1863 y legislación similar en otros países, el exceso de HCl a menudo se expulsaba al aire. Una de las primeras excepciones fue Bonnington Chemical Works , donde, en 1830, se empezó a capturar el HCl y el ácido clorhídrico producido se utilizó para fabricar sal amoniacal ( cloruro de amonio ). [24] Después de la aprobación de la ley, los productores de carbonato de sodio 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 sin un subproducto de ácido clorhídrico. Dado que el ácido clorhídrico ya se había consolidado como un producto químico importante en numerosas aplicaciones, el interés comercial inició otros métodos de producción, algunos de los cuales todavía se utilizan en la actualidad. Después del año 2000, el ácido clorhídrico se produce principalmente absorbiendo el subproducto cloruro de hidrógeno de la producción industrial de compuestos orgánicos. [25] [26] [7]
El cloruro de hidrógeno gaseoso es un compuesto molecular con un enlace covalente entre los átomos de hidrógeno y cloro. En soluciones acuosas la disociación es completa, con formación de iones cloruro e iones hidrógeno hidratados ( iones hidronio ). [27] Un estudio combinado de IR, Raman, rayos X y difracción de neutrones de ácido clorhídrico concentrado mostró que el ion hidronio forma complejos unidos por enlaces de hidrógeno con otras moléculas de agua. [28] (Ver Hydronium para una discusión más detallada sobre este tema).
Teóricamente se estima que el valor p K a del ácido clorhídrico en solución acuosa es −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.
Las propiedades físicas del ácido clorhídrico, como los puntos de ebullición y fusión , la densidad y el pH , dependen de la concentración o molaridad del HCl en la solución acuosa. Van desde los del agua en concentraciones muy bajas, cercanas al 0% de HCl, hasta valores para el ácido clorhídrico fumante de 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 punto de ebullición constante al 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 [H 3 O]Cl (68% HCl), [H 5 O 2 ]Cl (51% HCl), [H 7 O 3 ]Cl ( 41 % HCl), [H 3 O]Cl·5H 2 O (25 % HCl) y hielo (0 % HCl). También hay un punto eutéctico metaestable al 24,8% entre el hielo y la cristalización de [H 7 O 3 ]Cl. [33] Son todas sales de hidronio .
El ácido clorhídrico suele prepararse industrialmente disolviendo cloruro de hidrógeno en agua. El cloruro de hidrógeno se puede generar de muchas maneras y, por lo tanto, existen varios precursores del ácido clorhídrico. La producción a gran escala de ácido clorhídrico casi siempre está integrada con la producción a escala industrial de otros productos químicos , como en el proceso cloro-álcali que produce hidróxido , hidrógeno y cloro, este último puede combinarse para producir HCl. [31] [32]
El cloruro de hidrógeno se produce combinando cloro e hidrógeno :
Como la reacción es exotérmica , la instalación se denomina horno de HCl o quemador de HCl. El gas cloruro de hidrógeno resultante se absorbe en agua desionizada , dando como resultado ácido clorhídrico químicamente puro. Esta reacción puede dar un producto muy puro, por ejemplo para uso en la industria alimentaria.
El ácido clorhídrico se produce en soluciones de hasta un 38% de HCl (grado concentrado). Son químicamente posibles concentraciones más altas, de hasta poco más del 40%, pero la tasa de evaporación es tan alta que el almacenamiento y la manipulación requieren precauciones adicionales, como presurización y enfriamiento. Por lo tanto, el grado industrial a granel es del 30% al 35%, optimizado para equilibrar la eficiencia del transporte y la pérdida de producto por evaporación. En Estados Unidos, las soluciones de entre 20% y 32% se venden como ácido muriático. Las soluciones para uso doméstico en EE. UU., principalmente de limpieza, suelen tener entre un 10% y un 12%, y se recomienda encarecidamente diluirlas antes de usarlas. En el Reino Unido, donde se vende como "aguardiente de sal" 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 oscila entre el 5% y el 32%.
Los principales productores a nivel mundial incluyen a Dow Chemical con 2 millones de toneladas anuales (Mt/año), calculadas como gas HCl, Georgia Gulf Corporation , Tosoh Corporation , Akzo Nobel y Tessenderlo con 0,5 a 1,5 Mt/año cada una. La producción mundial total, a efectos de comparación expresada como HCl, se estima en 20 Mt/año, de las cuales 3 Mt/año proceden de síntesis directa y el resto como producto secundario de síntesis orgánicas y similares. Con diferencia, la mayor parte del ácido clorhídrico es consumida de forma cautiva por el productor. El tamaño del mercado mundial abierto se estima en 5 Mt/año. [25]
El ácido clorhídrico es un ácido inorgánico fuerte que se utiliza en muchos procesos industriales, como el refinado de metales. La aplicación determina a menudo la calidad requerida del producto. [25] El cloruro de hidrógeno, no el ácido clorhídrico, se utiliza más ampliamente en la química orgánica industrial, por ejemplo, para el cloruro de vinilo y el dicloroetano . [8]
Una de las aplicaciones más importantes del ácido clorhídrico es el decapado del acero, para eliminar el óxido o las incrustaciones de óxido de hierro del hierro o el acero antes del procesamiento posterior, como extrusión , laminado , galvanizado y otras técnicas. [25] [7] El HCl de calidad técnica en una concentración típica del 18 % es el agente decapante más utilizado para el decapado de calidades de acero al carbono .
El ácido gastado se ha reutilizado durante mucho tiempo como soluciones de cloruro de hierro (II) (también conocido como cloruro ferroso), pero los altos niveles de metales pesados en el licor 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 gastado. El proceso de regeneración más común es el proceso de pirohidrólisis, aplicando la siguiente fórmula: [25]
Mediante la recuperación del ácido gastado, se establece un circuito ácido cerrado. [7] El subproducto de óxido de hierro (III) del proceso de regeneración es valioso y se utiliza en una variedad de industrias secundarias. [25]
Al igual que su uso para el decapado, el ácido clorhídrico se utiliza para disolver muchos metales, óxidos metálicos y carbonatos metálicos. Las conversiones suelen representarse en ecuaciones simplificadas:
Estos procesos se utilizan para producir cloruros metálicos para análisis o producción posterior. [31] [32] [7]
El ácido clorhídrico se puede utilizar para regular la acidez ( pH ) de las soluciones.
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 industrias menos exigentes, el ácido clorhídrico de calidad técnica es suficiente para neutralizar los flujos de residuos y controlar el pH de las piscinas. [7]
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 Ca 2+ de soluciones acuosas , produciendo agua desmineralizada . El ácido se utiliza para enjuagar los cationes de las resinas. [25] Na + se reemplaza por H + y Ca 2+ por 2 H + .
Los intercambiadores de iones y el agua desmineralizada se utilizan en todas las industrias químicas, en la producción de agua potable y en muchas industrias alimentarias. [25]
De los ácidos minerales fuertes comunes en la química, el ácido clorhídrico es el ácido monoprótico que tiene menos probabilidades 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 no reactivo y no tóxico. Las soluciones de ácido clorhídrico de concentración intermedia son bastante estables durante el almacenamiento, manteniendo sus concentraciones a lo largo del tiempo. Estos atributos, más el hecho de que está disponible como reactivo puro , hacen del ácido clorhídrico un excelente reactivo acidificante. También es económico.
El ácido clorhídrico es el ácido preferido en la valoración para determinar la cantidad de bases . Los valorantes ácidos fuertes dan resultados más precisos debido a un punto final más distinto. El ácido clorhídrico azeotrópico o de "ebullición constante" (aproximadamente 20,2%) se puede utilizar como estándar primario en el análisis cuantitativo , aunque su concentración exacta depende de la presión atmosférica cuando se prepara. [34]
El ácido clorhídrico se utiliza para una gran cantidad de aplicaciones a pequeña escala, como el procesamiento del cuero, la limpieza del hogar [35] y la construcción de edificios. [7] La producción de petróleo puede estimularse inyectando ácido clorhídrico en la formación rocosa de un pozo de petróleo , disolviendo una porción de la roca y creando una estructura de poros grandes. La acidificación de los pozos de petróleo 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 cálcico, por ejemplo, en calderas para descalcificar y para limpiar mortero de ladrillos. Cuando se usa en ladrillos, la reacción con el mortero solo continúa hasta que todo el ácido se ha convertido, produciendo cloruro de calcio , dióxido de carbono y agua:
Muchas reacciones químicas que involucran ácido clorhídrico se aplican en la producción de alimentos, ingredientes alimentarios y aditivos alimentarios . Los productos típicos incluyen aspartamo , fructosa , ácido cítrico , lisina , proteína vegetal hidrolizada como potenciador alimentario y en la producción de gelatina . Se puede aplicar ácido clorhídrico de calidad alimentaria (extrapuro) cuando sea necesario para el producto final. [25] [7]
El ácido gástrico es una de las principales secreciones del estómago. Se compone principalmente de ácido clorhídrico y acidifica el contenido del estómago a un pH de 1 a 2. [36] [37] Los iones de cloruro (Cl − ) e hidrógeno (H + ) se secretan por separado en la región del fondo del estómago en la parte superior del estómago. estómago por las células parietales de la mucosa gástrica hacia una red secretora llamada canalículos antes de ingresar a 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 tanto, las hace susceptibles a la degradación por enzimas digestivas como la pepsina . El pH bajo también activa el precursor de la enzima pepsinógeno en la enzima activa pepsina mediante autoescisión. Después de salir del estómago, el ácido clorhídrico del quimo es neutralizado en el duodeno por el bicarbonato . [36]
El estómago mismo está protegido del ácido fuerte por la secreción de una capa mucosa espesa y por la amortiguación inducida por secretina con bicarbonato de sodio . Cuando estos mecanismos fallan, se pueden desarrollar acidez de estómago o úlceras pépticas . Los fármacos de las clases de 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]
Al ser un ácido fuerte, el ácido clorhídrico es corrosivo para los tejidos vivos y muchos materiales, pero no para el caucho. Normalmente, se utilizan guantes protectores de goma y equipo de protección relacionado cuando se manipulan soluciones concentradas. [8]
Los vapores o nieblas son un peligro respiratorio, que puede mitigarse parcialmente mediante el uso de un respirador equipado con cartuchos diseñados específicamente para capturar ácido clorhídrico. El ácido en el aire es irritante para los ojos y puede requerir el uso de gafas protectoras o una mascarilla. [ cita necesaria ]
El ácido clorhídrico ha sido incluido 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 . [41] [42]
