Chlorovodík

Rozbalit box

Obsah boxu

Chlorovodík (chemický vzorec HCl) je bezbarvý, ostře páchnoucí, toxický a korozivní plyn, který se skládá z jednoho atomu vodíku a jednoho atomu chloru. Je to molekula s polární kovalentní vazbou. Při kontaktu s vodní parou ve vzduchu tvoří bílé mlhy kyseliny chlorovodíkové. Jeho vodný roztok je známý jako kyselina chlorovodíková a jedná se o velmi silnou kyselinu.

Chlorovodík a kyselina chlorovodíková jsou klíčové chemikálie v průmyslu i v laboratořích. Mají široké uplatnění od chemické syntézy přes zpracování kovů až po regulaci pH. V přírodě je chlorovodík součástí sopečných plynů a je také hlavní složkou žaludečních šťáv u většiny obratlovců, včetně člověka.

📜 Historie

První zmínky o látce, která je dnes známá jako kyselina chlorovodíková, pocházejí od alchymistů v 9. století, zejména od perského lékaře a alchymisty Džábira ibn Hajjána (Gebera), který ji získával zahříváním kuchyňské soli (chlorid sodný) s vitriolem (kyselina sírová).

V 17. století připravil německý chemik Johann Rudolf Glauber čistý plynný chlorovodík reakcí kuchyňské soli s koncentrovanou kyselinou sírovou. Tuto metodu, známou jako Mannheimský proces, pojmenoval spiritus salis (duch soli).

Složení chlorovodíku bylo definitivně objasněno na počátku 19. století. Chemici jako Carl Wilhelm Scheele a Joseph Priestley s ním experimentovali. V roce 1810 britský chemik Humphry Davy prokázal, že se skládá pouze z vodíku a chloru, čímž vyvrátil tehdejší teorii Antoina Lavoisiera, že všechny kyseliny musí obsahovat kyslík.

🧪 Fyzikální a chemické vlastnosti

Fyzikální vlastnosti

Chlorovodík je za normálních podmínek bezbarvý plyn s charakteristickým štiplavým a dráždivým zápachem. Je těžší než vzduch. Jeho teplota tání je −114,2 °C a teplota varu −85,05 °C.

Jednou z nejvýznamnějších vlastností chlorovodíku je jeho mimořádná rozpustnost ve vodě. Při 20 °C se ve 100 ml vody rozpustí přibližně 72 g plynného HCl. Tento proces je silně exotermický, což znamená, že se při něm uvolňuje značné množství tepla. Nasycený vodný roztok obsahuje přibližně 42 % HCl a je znám jako "dýmavá" kyselina chlorovodíková, protože na vlhkém vzduchu uvolňuje bílé páry (mlhu) tvořené drobnými kapičkami kyseliny.

Chemické vlastnosti

Molekula HCl je tvořena polární kovalentní vazbou mezi atomem vodíku a elektronegativnějším atomem chloru. Díky této polaritě je chlorovodík velmi reaktivní.

Ve vodném roztoku se chlorovodík chová jako silná kyselina, protože téměř stoprocentně disociuje na vodíkový kationt (H⁺, který se okamžitě váže na vodu za vzniku oxoniového kationtu H₃O⁺) a chloridový aniont (Cl⁻).

HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻

Jako silná kyselina reaguje s mnoha látkami:

S zásadami a hydroxidy tvoří chloridy a vodu (neutralizace). Např. s hydroxidem sodným: HCl + NaOH → NaCl + H₂O.
S neušlechtilými kovy (např. zinek, železo, hořčík) reaguje za vzniku chloridu kovu a uvolnění plynného vodíku. Např. se zinkem: 2 HCl + Zn → ZnCl₂ + H₂.
S oxidy a uhličitany kovů reaguje za vzniku příslušných chloridů.

⚙️ Výroba

Chlorovodík se vyrábí v průmyslovém měřítku několika způsoby.

Přímá syntéza

Nejčistší chlorovodík se získává přímou syntézou z prvků – spalováním plynného vodíku v atmosféře plynného chloru. Reakce je silně exotermická a probíhá v speciálních hořácích.

H₂ + Cl₂ → 2 HCl

Tato metoda je často využívána v provozech chloralkalické elektrolýzy, kde jsou vodík i chlor dostupné jako produkty elektrolýzy solanky.

Organická syntéza

Velké množství chlorovodíku vzniká jako vedlejší produkt při chloraci uhlovodíků. Například při výrobě vinylchloridu pro PVC nebo jiných chlorovaných organických sloučenin.

R−H + Cl₂ → R−Cl + HCl

Tento chlorovodík může být buď znovu použit v jiných procesech (např. oxychloraci), nebo rozpuštěn ve vodě na kyselinu chlorovodíkovou.

Mannheimský proces

Historicky významná metoda, která se stále používá pro výrobu síranu sodného, je reakce chloridu sodného (kuchyňské soli) s koncentrovanou kyselinou sírovou za vysoké teploty (450–550 °C).

2 NaCl + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2 HCl

Laboratorní příprava

V laboratoři se plynný chlorovodík obvykle připravuje kápáním koncentrované kyseliny sírové na chlorid sodný.

NaCl + H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl

Uvolněný plyn se následně suší průchodem přes koncentrovanou kyselinu sírovou.

💡 Využití

Chlorovodík jako plyn i jako kyselina chlorovodíková má široké spektrum využití.

Výroba kyseliny chlorovodíkové: Většina vyrobeného plynného HCl se rozpouští ve vodě za vzniku kyseliny chlorovodíkové, která se používá k moření oceli, čištění kovů, úpravě pH, regeneraci iontoměničů a v potravinářství.
Chemický průmysl: Používá se při výrobě anorganických chloridů, jako je chlorid železitý (používaný při čištění odpadních vod) nebo chlorid vápenatý.
Organická syntéza: Je klíčový v hydrochloračních reakcích, například při výrobě vinylchloridu a dichlorethanu, prekurzorů pro PVC. Dále se používá při výrobě polykarbonátů a polyuretanů.
Polovodičový průmysl: Vysoce čistý chlorovodík se používá k leptání křemíkových waferů a čištění reaktorů při epitaxi.
Farmaceutický průmysl: Používá se k výrobě hydrochloridových solí léků, které jsou často stabilnější a lépe rozpustné ve vodě než volné báze.

🌍 Výskyt v přírodě

Chlorovodík se v přírodě vyskytuje v malých množstvích. Je významnou složkou plynů uvolňovaných při sopečných erupcích.

Nejznámější biologický výskyt je v žaludku většiny obratlovců. Parietální buňky žaludeční sliznice produkují kyselinu chlorovodíkovou, která vytváří v žaludku vysoce kyselé prostředí (pH 1,5 až 3,5). Tato kyselina má dvě hlavní funkce:

Pomáhá denaturovat proteiny, čímž usnadňuje jejich trávení enzymem pepsinem.
Zabíjí většinu bakterií a jiných mikroorganismů přítomných v potravě, čímž chrání tělo před infekcemi.

☣️ Bezpečnost a toxicita

Chlorovodík je vysoce toxický a korozivní plyn. Při vdechnutí způsobuje silné podráždění a poškození dýchacích cest, kašel, dušnost a v závažných případech může vést k edému plic. Přípustný expoziční limit v pracovním prostředí je velmi nízký.

Kontakt s kůží nebo očima, zejména ve formě koncentrované kyseliny chlorovodíkové, způsobuje vážné chemické popáleniny. Při práci s chlorovodíkem nebo jeho roztoky je nezbytné používat odpovídající osobní ochranné pracovní prostředky, včetně ochrany dýchacích cest (respirátor), ochranných brýlí, chemicky odolných rukavic a oděvu.

Přestože je nehořlavý, může reagovat s mnoha kovy za vzniku extrémně hořlavého plynného vodíku, což může ve směsi se vzduchem vytvořit výbušnou atmosféru.

🧑‍🔬 Pro laiky

Představte si chlorovodík jako neviditelný plyn s velmi ostrým, štiplavým zápachem, který vás okamžitě donutí zadržet dech. Je to v podstatě "suchá" verze kyseliny solné (chlorovodíkové), kterou možná znáte z drogerie na čištění.

**Plyn vs. Kyselina:** Je důležité rozlišovat mezi plynným chlorovodíkem (HCl) a kyselinou chlorovodíkovou (HCl ve vodě). Je to podobné jako rozdíl mezi krystalky cukru a sladkou vodou. Plyn je základní látka, kyselina je její roztok.
**Kyselina v našem těle:** Překvapivě je tato silná chemikálie nezbytná pro náš život. Naše žaludeční stěny produkují zředěnou kyselinu chlorovodíkovou, která nám pomáhá trávit jídlo a ničí škodlivé bakterie, které sníme. Naše tělo je na to chytře uzpůsobeno a žaludeční sliznice je proti této kyselině odolná.
**Průmyslový pracant:** V průmyslu je chlorovodík jako univerzální nástroj. Používá se k čištění kovů před jejich dalším zpracováním, k výrobě plastů jako je PVC (např. na okenní rámy nebo trubky) a jako základní surovina pro mnoho dalších chemikálií.

Šablona:Aktualizováno