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L'acide chlorhydrique, également connu sous le nom d'acide muriatique ou d'esprit de sel, est une solution aqueuse de chlorure d'hydrogène (HCl).
L'acide chlorhydrique est une solution incolore dotée d'une odeur piquante caractéristique.
Il est classé comme un acide fort.
L'acide chlorhydrique est un composant de l'acide gastrique dans le système digestif de la plupart des espèces animales, y compris l'homme.
L'acide chlorhydrique est un réactif de laboratoire et un produit chimique industriel important.
CAS No: 7647-01-0
Nom chimique: Acide chlorhydrique
Synonymes: HCL; Chlorure d'hydrogène; chlorane; Solution volumétrique d'acide chlorhydrique 6N; Itaconic; solution de chlorure d'hydrogène; Acide chlorhydrique; Acide chlorhydrique, 36.5-38.0 pour cent; Hydrochlorure; Hydrogenchlorid
Numéro CB: CB7421538
Formule moléculaire: ClH
Poids de la formule: 36.46
Fichier MOL: 7647-01-0.mol
Propriétés de l'acide chlorhydrique
Point de fusion: -35 degrés Celsius
Point d'ébullition: supérieur à 100 degrés Celsius (lit. )
Densité: 1.2 g/mL à 25 degrés Celsius (lit. )
Densité de vapeur: 1.3 (par rapport à l'air)
Pression de vapeur: 613 psi (à 21.1 degrés Celsius)
Indice de réfraction: 1.3535
Point d'éclair: 10 degrés Celsius (test en vase clos Tag)
Température de stockage: Conserver entre +2 degrés Celsius et +25 degrés Celsius.
Solubilité: Soluble dans H2O
Forme: Liquide
pKa: -7 (à 25 degrés Celsius)
Couleur: Jaune clair
Gravité spécifique: 1.19
Odeur: Odeur vive et irritante détectable entre 0.25 et 10 ppm
pH: 3.01 (solution 1 mM); 2.04 (solution 10 mM); 1.08 (solution 100 mM);
Limite d'explosivité: 2-13.4 pour cent (v/v) dans le 2-propanol)
Source biologique: Synthétique
Solubilité dans l'eau: Miscible
Sensibilité: Sensible à l'air et à la lumière
Merck: 14,4780
Étymologie
Parce qu'il était produit à partir de sel gemme selon les méthodes de Johann Rudolph Glauber, l'acide chlorhydrique était historiquement appelé par les alchimistes européens esprit de sel ou acidum salis (acide de sel).
Les deux noms sont encore utilisés, en particulier dans d'autres langues, comme par exemple en allemand: Salzsäure.
Le HCl gazeux était appelé air d'acide marin.
Le nom d'acide muriatique a la même origine (muriatique signifie « relatif à la saumure ou au sel », d'où muriate signifie chlorhydrate), et ce nom est encore parfois utilisé.
Le nom d'acide chlorhydrique a été inventé par le chimiste français Joseph Louis Gay-Lussac en 1814.
Histoire
Au début du dixième siècle, le médecin et alchimiste persan Abu Bakr al-Razi (v. 865–925, en latin: Rhazes) a mené des expériences avec du sel ammoniac (chlorure d'ammonium) et du vitriol (sulfates hydratés de divers métaux), qu'il a distillés ensemble, produisant ainsi le gaz chlorure d'hydrogène.
Ce faisant, al-Razi a peut-être trébuché sur une méthode primitive de production d'acide chlorhydrique, comme en témoigne peut-être la recette suivante tirée de son Kitāb al-Asrār (« Le Livre des Secrets »):
Prenez des parts égales de sel doux, de sel amer, de sel Ṭabarzad, de sel Andarānī, de sel de l'Inde, de sel d'Al-Qilī et de sel d'urine.
Après avoir ajouté un poids égal de bon sel ammoniac cristallisé, dissolvez par l'humidité et distillez (le mélange).
Il se distillera une eau forte, qui fendra la pierre (sakhr) instantanément.
Cependant, il apparaît que dans la plupart de ses expériences, al-Razi n'a pas tenu compte des produits gazeux, se concentrant plutôt sur les changements de couleur qui pouvaient être effectués dans le résidu.
Selon Robert P. Multhauf, le chlorure d'hydrogène a été produit de nombreuses fois sans qu'on reconnaisse clairement qu'en le dissolvant dans l'eau, de l'acide chlorhydrique pouvait être produit.
11e–13e siècle
S'inspirant des expériences d'al-Razi, le De aluminibus et salibus (« Sur les aluns et les sels »), un texte arabe du onzième ou douzième siècle faussement attribué à al-Razi et traduit en latin par Gérard de Crémone (1144–1187), décrivait le chauffage des métaux avec divers sels, qui dans le cas du mercure se traduisait par la production de chlorure de mercure(II) (sublimé corrosif).
Dans ce processus, de l'acide chlorhydrique commençait en réalité à se former, mais il réagissait immédiatement avec le mercure pour produire du sublimé corrosif.
Les alchimistes latins du treizième siècle, pour qui le De aluminibus et salibus était l'un des principaux ouvrages de référence, étaient fascinés par les propriétés chlorantes du sublimé corrosif, et ils découvrirent bientôt que lorsque les métaux sont éliminés du processus de chauffage des vitriols, des aluns et des sels, des acides minéraux forts peuvent être directement distillés.
14e–15e siècle
Eau régale
Une invention importante qui a résulté de la découverte des acides minéraux est l'eau régale, un mélange d'acide nitrique et d'acide chlorhydrique dans une proportion de 1:3, capable de dissoudre l'or.
Cela a été décrit pour la première fois dans le De inventione veritatis du pseudo-Geber (« Sur la découverte de la vérité », après environ 1300), où l'eau régale était préparée en ajoutant du chlorure d'ammonium à de l'acide nitrique.
Le fait que l'eau régale soit généralement définie comme un mélange d'acide nitrique et d'acide chlorhydrique ne signifie pas que l'acide chlorhydrique a été découvert avant ou simultanément avec l'eau régale.
L'isolement de l'acide chlorhydrique a eu lieu environ 300 ans plus tard.
La production d'acide chlorhydrique lui-même (c'est-à-dire en tant que substance isolée plutôt que déjà mélangée à l'acide nitrique) dépendait de l'utilisation d'appareils de refroidissement plus efficaces, qui ne se développeraient qu'au cours des siècles suivants.
16e–17e siècle
Du point de vue de l'histoire occidentale de la chimie, l'acide chlorhydrique a été le dernier des trois acides minéraux bien connus dont la méthode de production est apparue dans la littérature.
Les recettes pour sa production ont commencé à apparaître à la fin du seizième siècle.
Les recettes les plus anciennes pour la production d'acide chlorhydrique se trouvent dans la Magiae naturalis (« Magie naturelle ») de Giovanni Battista Della Porta (1535–1615) et dans les œuvres d'autres chimistes contemporains comme Andreas Libavius (v. 1550–1616), Jean Beguin (1550–1620) et Oswald Croll (v. 1563–1609).
Parmi les historiens qui ont écrit à ce sujet figurent les chimistes allemands Hermann Franz Moritz Kopp (1845) et Edmund Oscar von Lippmann (1938), l'ingénieur des mines (et futur président des États-Unis) Herbert Hoover avec son épouse la géologue Lou Henry Hoover (1912), le chimiste néerlandais Robert Jacobus Forbes (1948), la chimiste américaine Mary Elvira Weeks (1956) et les chimistes britann situés F. Sherwood Taylor (1957) et J. R. Partington (1960).
Le chimiste italien Ladislao Reti a résumé ainsi le résultat de leurs efforts:
Le premier exemple clair de préparation d'acide chlorhydrique apparaît dans les écrits de Della Porta (1589 et 1608), Libavius (1597), pseudo-Basile (1604), van Helmont (1646) et Glauber (1648).
Des références antérieures moins convaincantes se trouvent dans le Plichto de Rosetti (1540) et chez Agricola (1558).
Quant à la première méthode pratique de préparation à partir de vitriol et de sel commun, il ne fait aucun doute que le pseudo-Basile précède Glauber, mais ce dernier a le mérite incontestable d'avoir indiqué la voie de production de l'acide qui sera plus tard adoptée par l'industrie chimique pour les opérations à grande échelle.
Dissolution des métaux
La connaissance des acides minéraux tels que l'acide chlorhydrique allait être d'une importance capitale pour les chimistes du dix-septième siècle comme Daniel Sennert (1572–1637) et Robert Boyle (1627–1691), qui utilisèrent leur capacité à dissoudre rapidement les métaux dans leurs démonstrations de la nature composite des corps.
Développements industriels
Pendant la révolution industrielle en Europe, la demande de substances alcalines a augmenté.
Un nouveau procédé industriel mis au point par Nicolas Leblanc d'Issoudun, en France, a permis une production de carbonate de sodium (cendres de soude) à grande échelle et bon marché.
Dans ce procédé Leblanc, le sel commun est converti en cendres de soude à l'aide d'acide sulfurique, de calcaire et de charbon, libérant du chlorure d'hydrogène comme sous-produit.
Jusqu'à l'Alkali Act britannique de 1863 et à des législations similaires dans d'autres pays, l'excès de HCl était souvent rejeté dans l'air.
Une exception précoce a été la Bonnington Chemical Works où, en 1830, le HCl a commencé à être capturé et l'acide chlorhydrique produit a été utilisé pour la fabrication de sel ammoniac (chlorure d'ammonium).
Après le passage de la loi, les producteurs de cendres de soude ont été obligés d'absorber les gaz résiduels dans l'eau, produisant de l'acide chlorhydrique à l'échelle industrielle.
Au 20e siècle, le procédé Leblanc a été efficacement remplacé par le procédé Solvay, sans sous-produit d'acide chlorhydrique.
Puisque l'acide chlorhydrique était déjà pleinement établi comme un produit chimique important dans de nombreuses applications, l'intérêt commercial a initié d'autres méthodes de production, dont certaines sont encore utilisées aujourd'hui.
Depuis 2000, l'acide chlorhydrique est principalement fabriqué en absorbant le chlorure d'hydrogène sous-produit de la production industrielle de composés organiques.
Propriétés chimiques
Le chlorure d'hydrogène gazeux est un composé moléculaire doté d'une liaison covalente entre les atomes d'hydrogène et de chlore.
Dans les solutions aqueuses, la dissociation est complète, avec la formation d'ions chlorure et d'ions hydrogène hydratés (ions hydronium).
Une étude combinée par IR, Raman, rayons X et diffraction de neutrons de l'acide chlorhydrique concentré a montré que l'ion hydronium forme des complexes liés par liaison hydrogène avec d'autres molécules d'eau.
(Voir Hydronium pour une discussion plus approfondie de cette question. )
La valeur du pKa de l'acide chlorhydrique en solution aqueuse est estimée théoriquement à -5.9.
Une solution de chlorure d'hydrogène dans l'eau se comporte comme un acide fort: la concentration des molécules de HCl est effectivement nulle.
Le chlorure d'hydrogène gazeux est un composé moléculaire avec une liaison covalente entre les atomes d'hydrogène et de chlore.
Dans les solutions aqueuses, la dissociation est complète, avec la formation d'ions chlorure et d'ions hydrogène hydratés (ions hydronium).
Une étude combinée par IR, Raman, rayons X et diffraction de neutrons de l'acide chlorhydrique concentré a montré que l'ion hydronium forme des complexes liés par liaison hydrogène avec d'autres molécules d'eau.
(Voir Hydronium pour une discussion plus approfondie de cette question. )
La valeur du pKa de l'acide chlorhydrique en solution aqueuse est estimée théoriquement à -5.9.
Une solution de chlorure d'hydrogène dans l'eau se comporte comme un acide fort: la concentration de molécules de HCl est effectivement nulle.
Propriétés physiques
Les propriétés physiques de l'acide chlorhydrique, telles que les points d'ébullition et de fusion, la densité et le pH, dépendent de la concentration ou de la molarité du HCl dans la solution aqueuse.
Elles vont de celles de l'eau à de très faibles concentrations proches de 0 pour cent de HCl à des valeurs pour l'acide chlorhydrique fumant à plus de 40 pour cent de HCl.
L'acide chlorhydrique, en tant que mélange binaire (à deux composants) de HCl et d'H2O, présente un azéotrope à ébullition constante à 20.2 pour cent de HCl et 108.6 degrés Celsius (381.8 K ; 227.5 degrés Fahrenheit).
Il existe quatre points eutectiques de cristallisation constante pour l'acide chlorhydrique, entre la forme cristalline de [H3O]Cl (68 pour cent de HCl), [H5O2]Cl (51 pour cent de HCl), [H7O3]Cl (41 pour cent de HCl), [H3O]Cl.5H2O (25 pour cent de HCl) et la glace (0 pour cent de HCl).
Il existe également un point eutectique métastable à 24.8 pour cent entre la glace et la cristallisation de [H7O3]Cl.
Ce sont tous des sels d'hydronium.
Production
L'acide chlorhydrique est généralement préparé industriellement en dissolvant du chlorure d'hydrogène dans de l'eau.
Le chlorure d'hydrogène peut être généré de nombreuses manières, de sorte que plusieurs précurseurs de l'acide chlorhydrique existent.
La production à grande échelle d'acide chlorhydrique est presque toujours intégrée à la production à l'échelle industrielle d'autres produits chimiques, comme dans le procédé chloralcali qui produit de l'hydroxyde, de l'hydrogène et du chlore, ce dernier pouvant être combiné pour produire du HCl.
Le chlorure d'hydrogène est produit en combinant du chlore et de l'hydrogène:
Cl2 + H2 -> 2 HCl
La réaction étant exothermique, l'installation est appelée four à HCl ou brûleur à HCl.
Le gaz chlorure d'hydrogène 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.
Production
L'acide chlorhydrique peut être produit par plusieurs méthodes.
Il est obtenu par la réaction du chlorure de sodium et de l'acide sulfurique dans une cornue en fonte à température élevée.
Bien que la réaction commence à 150 degrés Celsius, la réaction complète se produit à environ 600 degrés Celsius:
2NaCl + H2SO4 -> Na2SO4 + 2HCl
L'acide chlorhydrique est également fabriqué par le procédé Hargreaves, dans lequel un mélange de sel, de dioxyde de soufre, d'oxygène et d'eau est chauffé à des températures élevées, comprises entre 430 et 540 degrés Celsius.
La réaction est exothermique et devient autonome:
4NaCl + SO2 + O2 + 2H2O -> 2Na2SO4 + 4HCl
L'acide chlorhydrique peut être produit par hydrolyse de chlorures métalliques tels que le chlorure de titane(IV):
TiCl4 + 2H2O -> TiO2 + 4HCl
HCl de haute pureté pour le commerce
Marché industriel
L'acide chlorhydrique est produit en solutions jusqu'à 38 pour cent de HCl (qualité concentrée).
Des concentrations plus élevées allant jusqu'à un peu plus de 40 pour cent sont chimiquement possibles, mais le taux d'évaporation est alors si élevé que le stockage et la manipulation nécessitent des précautions supplémentaires, telles que la pressurisation et le refroidissement.
La qualité industrielle en vrac se situe donc entre 30 pour cent et 35 pour cent, optimisée pour équilibrer l'efficacité du transport et la perte de produit par évaporation.
Aux États-Unis, des solutions comprises entre 20 pour cent et 32 pour cent sont vendues sous le nom d'acide muriatique.
Les solutions à usage domestique aux États-Unis, principalement pour le nettoyage, sont généralement de 10 pour cent à 12 pour cent, avec de fortes recommandations de diluer avant utilisation.
Au Royaume-Uni, où il est vendu sous le nom de « Spirits of Salt » pour le nettoyage domestique, la puissance est la même que celle de la qualité industrielle américaine.
Dans d'autres pays, comme l'Italie, l'acide chlorhydrique pour le nettoyage domestique ou industriel est vendu sous le nom d'« Acido Muriatico », et sa concentration varie de 5 pour cent à 32 pour cent.
Les principaux producteurs mondiaux comprennent Dow Chemical avec 2 millions de tonnes par an (Mt/an), calculées en gaz HCl, Georgia Gulf Corporation, Tosoh Corporation, Akzo Nobel et Tessenderlo à hauteur de 0.5 à 1.5 Mt/an chacun.
La production mondiale totale, exprimée en HCl à des fins de comparaison, est estimée à 20 Mt/an, dont 3 Mt/an issues de la synthèse directe, et le reste en tant que produit secondaire issu de synthèses organiques et similaires.
De loin, la majeure partie de l'acide chlorhydrique est consommée de manière captive par le producteur.
La taille du marché mondial ouvert est estimée à 5 Mt/an.
Applications
L'acide chlorhydrique est un acide inorganique fort qui est utilisé dans de nombreux procédés industriels tels que le raffinage des métaux.
L'application détermine souvent la qualité requise du produit.
Le chlorure d'hydrogène, et non l'acide chlorhydrique, est plus largement utilisé en chimie organique industrielle, par exemple pour le chlorure de vinyle et le dichloroéthane.
Recherche sur la synthèse du phosphate de zinc-ammonium en utilisant des boues de déchets galvaniques comme source de zinc: cette étude explore une nouvelle approche utilisant une solution d'acide chlorhydrique dans le processus de synthèse visant à valoriser les déchets.
L'article démontre une stratégie chimique qui améliore la récupération des ressources, contribuant de manière significative à la minimisation des déchets dans les pratiques industrielles (Morgovan et al. , 2024).
Capteur de conductivité sans contact utilisant du papier humide comme absorbant pour la détection in situ du gaz dioxyde de carbone généré: l'étude intègre des solutions d'acide chlorhydrique dans le développement d'un nouveau capteur de conductivité sans contact rentable.
Ce capteur utilise un système simple à base de papier pour le suivi in situ des gaz, fournissant un outil important dans la surveillance et l'analyse environnementales
Décapage de l'acier
L'une des applications les plus importantes de l'acide chlorhydrique est le décapage de l'acier, pour éliminer la rouille ou la calamine d'oxyde de fer du fer ou de l'acier avant les traitements ultérieurs, tels que l'extrusion, le laminage, la galvanisation et d'autres techniques.
Le HCl de qualité technique à une concentration typique de 18 pour cent est l'agent de décapage le plus couramment utilisé pour le décapage des nuances d'acier au carbone.
Fe3O4 + Fe + 8 HCl -> 4 FeCl2 + 4 H2O
L'acide usé a longtemps été réutilisé sous forme de solutions de chlorure de fer(II) (également connu sous le nom de chlorure ferreux), mais les niveaux élevés de métaux lourds dans la liqueur de décapage ont réduit cette pratique.
L'industrie du décapage de l'acier a mis au point des procédés de régénération de l'acide chlorhydrique, tels que le grillage par pulvérisation ou le procédé de régénération du HCl en lit fluidisé, qui permettent de récupérer le HCl de la liqueur de décapage usée.
Le procédé de régénération le plus courant est le procédé de pyrohydrolyse, appliquant la formule suivante:
4 FeCl2 + 4 H2O + O2 -> 8 HCl + 2 Fe2O3
Par la récupération de l'acide usé, une boucle d'acide fermée est établie.
Le sous-produit oxyde de fer(III) du processus de régénération est précieux, utilisé dans une variété d'industries secondaires.
Production de composés inorganiques
Tout comme son utilisation pour le décapage, l'acide chlorhydrique est utilisé pour dissoudre de nombreux métaux, oxydes métalliques et carbonates métalliques.
Les conversions sont souvent représentées dans des équations simplifiées:
Zn + 2 HCl -> ZnCl2 + H2
NiO + 2 HCl -> NiCl2 + H2O
CaCO3 + 2 HCl -> CaCl2 + CO2 + H2O
Ces procédés sont utilisés pour produire des chlorures métalliques pour l'analyse ou la production ultérieure.
Contrôle du pH et neutralisation
L'acide chlorhydrique peut être utilisé pour réguler l'acidité (pH) des solutions.
HO− + HCl -> H2O + Cl−
Dans l'industrie exigeant de la pureté (alimentaire, pharmaceutique, eau potable), de l'acide chlorhydrique de haute qualité est utilisé pour contrôler le pH des flux d'eau de traitement.
Dans l'industrie moins exigeante, de l'acide chlorhydrique de qualité technique suffit pour neutraliser les flux de déchets et contrôler le pH des piscines.
Régénération des échangeurs d'ions
De l'acide chlorhydrique de haute qualité est utilisé dans la régénération des résines échangeuses d'ions.
L'échange de cations est largement utilisé pour éliminer des ions tels que Na+ et Ca2+ des solutions aqueuses, produisant de l'eau déminéralisée.
L'acide est utilisé pour rincer les cations des résines.
Na+ est remplacé par H+ et Ca2+ par 2H+.
Les échangeurs d'ions et l'eau déminéralisée sont utilisés dans toutes les industries chimiques, la production d'eau potable et de nombreuses industries alimentaires.
Utilisation en laboratoire
Parmi les acides minéraux forts courants en chimie, l'acide chlorhydrique est l'acide monoprotique le moins susceptible de subir une réaction d'oxydoréduction interférente.
L'acide chlorhydrique est l'un des acides forts les moins dangereux à manipuler; malgré son acidité, il contient l'ion chlorure non réactif et non toxique.
Les solutions d'acide chlorhydrique de concentration intermédiaire sont assez stables au stockage, maintenant leurs concentrations au fil du temps.
Ces attributs, ainsi que le fait qu'il soit disponible sous forme de réactif pur, font de l'acide chlorhydrique un excellent réactif acidifiant.
L'acide chlorhydrique est également peu coûteux.
L'acide chlorhydrique est l'acide préféré dans le titrage pour déterminer la quantité de bases.
Les titrants d'acides forts donnent des résultats plus précis en raison d'un point final plus distinct.
L'acide chlorhydrique azéotropique, ou à « ébullition constante » (environ 20.2 pour cent), peut être utilisé comme étalon primaire en analyse quantitative, bien que sa concentration exacte dépende de la pression atmosphérique lors de sa préparation.
Autre
L'acide chlorhydrique est utilisé pour un grand nombre d'applications à petite échelle, telles que le traitement du cuir, le nettoyage domestique et la construction de bâtiments.
La production de pétrole peut être stimulée en injectant de l'acide chlorhydrique dans la formation rocheuse d'un puits de pétrole, dissolvant une partie de la roche et créant une structure à grands pores.
L'acidification des puits de pétrole est un procédé courant dans l'industrie de production pétrolière de la mer du Nord.
L'acide chlorhydrique a été utilisé pour dissoudre le carbonate de calcium, par exemple pour détartrer les bouilloires et pour nettoyer le mortier des briques.
Lorsqu'il est utilisé sur la maçonnerie, la réaction avec le mortier ne se poursuit que jusqu'à ce que tout l'acide ait été converti, produisant du chlorure de calcium, du dioxyde de carbone et de l'eau:
CaCO3 + 2 HCl -> CaCl2 + CO2 + H2O
De nombreuses réactions chimiques impliquant l'acide chlorhydrique sont appliquées dans la production d'aliments, d'ingrédients alimentaires et d'additifs alimentaires.
Les produits typiques comprennent l'aspartame, le fructose, l'acide citrique, la lysine, l'hydrolysat de protéines végétales comme exhausteur de goût, et dans la production de gélatine.
De l'acide chlorhydrique de qualité alimentaire (extra-pur) peut être appliqué lorsque cela est nécessaire pour le produit final.
Produits de préparation de l'acide chlorhydrique et matières premières
Matières premières:
Chlorure d'hydrogène anhydre
Acide chlorhydrique industriel
Azote
Compresseur
Chlorure de sodium
Chlore
Oxygène
Hydrogène
Chlorure de potassium
Carbonate de sodium.
