염화수소

Hydrogen chloride
이 기사는 가스에 관한 것입니다. 수용액은 염산을 참고하세요.

염화수소
Skeletal formula of hydrogen chloride with a dimension
치수를 갖는 염화수소 골격식
Space-filling model of hydrogen chloride with atom symbols
원자기호를 갖는 염화수소의 공간채움 모델
이름
IUPAC 이름
염화수소[1]
체계적 IUPAC 이름
클로란[2]
기타이름
염산가스
염산가스
염산염
식별자
3D 모델(Jsmol)
1098214
ChEBI
CHEMBL
켐스파이더
ECHA 인포카드 100.028.723 Edit this at Wikidata
EC 번호
  • 231-595-7
322
KEGG
MeSH 염산+산
펍켐 CID
RTECS 번호
  • MW4025000
유니아이
UN 번호 1050
  • InChI=1S/HCl/h1H ☒N
    Key: VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N checkY
  • InChI=1/HCl/h1H
    Key: VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYAT
  • 클
특성.
HCl
어금니 질량 36.46g/mol
외모 무색기체
냄새 따끔따끔한
밀도 1.49g/L[3]
융점 −114.22 °C (−173.60 °F; 158.93 K)
끓는점 −85.05 °C (−121.09 °F; 188.10 K)
823 g/L (0 °C)
720 g/L (20 °C)
561 g/L (60 °C)
용해도 메탄올, 에탄올, 에테르에 용해되는
증기압 4352 kPa (at 21.1 °C)[4]
산도(pKa) -3.0;[5] -5.9(±0.4)[6]
기본도(pKb) 17.0
공액산 클로로늄
켤레베이스 염화물
1.0004456 (gas)
1.254(액체)
점성 0.311 cP (−100 °C)
구조.
선형의
1.05 D
열화학
0.7981J/(K·g)
186.902 J/(K·mol)
−92.31 kJ/mol
−95.31 kJ/mol
약리학
A09AB03 (WHO) B05XA13 (WHO)
유해성
산업안전보건(OHS/OSH):
주요 위험요소
 독성, 부식성
GHS 라벨링:
GHS05: Corrosive GHS06: Toxic
위험
H280, H314, H331
P261, P280, P305+P351+P338, P310, P410+P403
NFPA704(파이어다이아몬드)
NFPA 704 four-colored diamondHealth 3: Short exposure could cause serious temporary or residual injury. E.g. chlorine gasFlammability 0: Will not burn. E.g. waterInstability 1: Normally stable, but can become unstable at elevated temperatures and pressures. E.g. calciumSpecial hazard ACID: Acid
3
0
1
산성의
치사량 또는 농도(LD, LC):
238mg/kg(쥐, 경구)
3124ppm(쥐, 1시간)
1108ppm(mouse,1시간)
LCLo(최저 발행량)
 1300ppm(인간, 30분)
4416ppm(rabbit,30분)
4416ppm(guinea돼지, 30분)
3000ppm(사람,5분)[8]
NIOSH(미국 건강 노출 한도):
PEL(허용)
 C 5 ppm (7 mg/m3)[7]
REL(권장)
 C 5 ppm (7 mg/m3)[7]
IDLH(즉시 위험)
 50ppm[7]
SDS(Safety Data Sheet) JT 베이커 MSDS
관련 화합물
관련 화합물
 불화수소
브로민화수소
요오드화수소
아스타타이드 수소
달리 명시된 경우를 제외하고는 표준 상태(25°C [77°F], 100kPa)에 있는 재료에 대한 데이터가 제공됩니다.

염화수소 화합물은 화학식을 갖습니다. HCl과 같은 HCl은 할로겐화수소입니다. 상온에서는 무색의 기체로 대기 중의 수증기와 접촉하면 희뿌연 염산 연기를 형성합니다. 염화수소 가스와 염산은 기술과 산업에서 중요합니다. 염화수소의 수용액인 염산도 일반적으로 HCl이라는 수식이 붙습니다.

리액션

pH 종이를 붉게 물들이는 염산 연기는 산성임을 보여줍니다.

염화수소는 수소 원자 H와 염소 원자 Cl이 극성 공유 결합으로 연결된 이원자 분자입니다. 염소 원자는 수소 원자보다 훨씬 더 전기적으로 음성적이기 때문에 이 결합이 극성을 띠게 됩니다. 결과적으로, 분자는 염소 원자에서 음의 부분 전하(δ-)와 수소 원자에서 양의 부분 전하(δ+)를 갖는 큰 쌍극자 모멘트를 갖습니다. HCl은 극성이 높기 때문에 물(및 다른 극성 용매)에 매우 잘 녹습니다.

접촉2 시 HO와 HCl은 가역적인 화학 반응을 통해 수소 양이온 [HO3]+와 염화− 음이온 Cl을 형성합니다.

HCl + HO → [HO] + Cl

이렇게 만들어진 용액을 염산이라고 하며, 강산입니다. 산 해리 또는 이온화 상수 K가a 크다는 것은 HCl이 물에서 실질적으로 완전히 해리 또는 이온화된다는 것을 의미합니다. 물이 없어도 염화수소는 산의 역할을 할 수 있습니다. 예를 들어, 염화수소는 메탄올과 같은 다른 용매에 용해될 수 있습니다.

HCl + CH3OH → [CH3OH2]+ + Cl−

염화수소는 분자나 이온을 양성자화할 수 있으며 무수(물이 없는) 조건이 필요한 화학 반응을 위한 산 촉매 역할도 할 수 있습니다.

염화수소는 산성을 띠기 때문에 특히 습기가 있을 때 부식성 물질입니다.

구조 및 특성

77 K. DCl 분말의 중성자 회절에 의해 결정된 고체 DCl의 구조는 중수소 핵이 수소 핵보다 검출하기 쉽기 때문에 HCl 대신에 사용되었습니다. 확장 가능한 선형 구조는 점선으로 표시됩니다.

동결된 HCl은 98.4 K에서 상전이를 겪습니다. 동결된 물질의 X선 분말 회절은 이 전이 동안 물질이 직교 구조에서 입방 구조로 변한다는 것을 보여줍니다. 두 구조 모두 염소 원자는 면 중심 배열로 되어 있습니다. 그러나 수소 원자를 찾을 수 없었습니다.[10] 분광 및 유전체 데이터 분석, DCl(염화수소)의 구조 결정 등을 통해 HCl은 HF와 마찬가지로 고체 내에서 지그재그 사슬을 형성한다는 것을 알 수 있습니다(오른쪽 그림 참조).[11]

일반적인 용매에 대한 HCl(g[12]/L)의 용해도
온도(℃) 0 20 30 50
물. 823 720 673 596
메탄올 513 470 430
에탄올 454 410 381
에테르 356 249 195
적외선(IR) 흡수 스펙트럼
염소의 동위원소 조성으로 인한 IR 스펙트럼의 한 쌍

왼쪽에 표시된 기체 염화수소의 적외선 스펙트럼은 2886cm(파장 ~3.47 µm) 정도의 날카로운 흡수선으로 구성되어 있습니다. 실온에서 거의 모든 분자는 지면 진동 상태 v = 0입니다. 고조파를 포함하여 진동 에너지는 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

HCl 분자를 v = 0에서 v = 1 상태로 촉진하기 위해 약 ν = ν + 2x ν = 2880 cm의 적외선 흡수를 기대할 수 있습니다. 그러나 Q-분지에 해당하는 이 흡수는 대칭에 의해 금지되어 있기 때문에 관찰되지 않습니다. 대신 분자의 회전 상태가 동시에 변하기 때문에 두 세트의 신호(P- 및 R-브랜치)가 보입니다. 양자역학적 선택 규칙 때문에 특정 회전 전이만 허용됩니다. 상태들은 회전 양자수 J = 0, 1, 2, 3, ... 선택 규칙들에 의해 특징지어집니다. δJ는 ±1의 값만을 취할 수 있습니다.

회전 상수 B의 값은 진동 1 ν보다 훨씬 작기 때문에 분자를 회전하는 데 훨씬 적은 양의 에너지가 필요합니다. 일반적인 분자의 경우 마이크로파 영역 안에 있습니다. 그러나 HCl 분자의 진동 에너지는 흡수를 적외선 영역 내에 배치하여 이 분자의 진동 전이를 나타내는 스펙트럼을 가스 셀이 있는 적외선 분광계를 사용하여 쉽게 수집할 수 있습니다. 후자는 HCl 흡수가 이 물질에 대한 투명도 창에 있기 때문에 석영으로 만들 수도 있습니다.

자연적으로 풍부한 염소는 Cl과 Cl의 두 동위원소로 구성되어 있으며 약 3:1의 비율로 이루어져 있습니다. 스프링 상수는 거의 동일하지만 HCl과35 HCl의37 서로 다른 감소된 질량은 회전 에너지에 측정 가능한 차이를 유발하므로 3:1의 동일한 비율로 가중치가 부여된 각 흡수 라인의 정밀 검사에서 이중선이 관찰됩니다.

생산.

산업적 규모로 생산되는 대부분의 염화수소는 염산 생산에 사용됩니다.[13]

역사적 경로

17세기 독일 칼슈타트 암 마인 출신의 요한 루돌프 글라우버는 만하임 공정에서 황산나트륨의 제조에 염화나트륨염과 황산을 사용하여 염화수소를 방출했습니다. 영국 리즈의 조셉 프리스틀리는 1772년에 순수한 염화수소를 준비했고,[14] 1808년까지 영국 펜잔스의 험프리 데이비는 그 화학 조성이 수소와 염소를 포함한다는 것을 증명했습니다.[15]

직접합성

HCloven 내부의 불꽃

염화수소는 염소와 수소를 결합하여 생성됩니다.

Cl2 + H2 → 2 HCl

반응이 발열성이기 때문에 HCl 오븐 또는 HCl 버너라고 합니다. 생성된 염화수소 가스는 탈이온수에 흡수되어 화학적으로 순수한 염산이 됩니다. 이 반응은 예를 들어 식품 산업에서 사용하기 위해 매우 순수한 제품을 제공할 수 있습니다.

반응은 또한 청색광에 의해 유발될 수 있습니다.[16]

유기합성

염화수소의 산업적 생산은 종종 클로로아세트산 및 PVC 뿐만 아니라 테프론, 프레온 및 기타 CFC와 같은 염소화 및 불소화 유기 화합물의 형성과 통합됩니다. 종종 이러한 염산 생산은 현장에서 포획된 염산 사용과 통합됩니다. 화학 반응에서 탄화수소의 수소 원자는 염소 원자로 대체되고, 이때 방출된 수소 원자는 염소 분자의 예비 원자와 재결합하여 염화수소를 형성합니다. 불소화는 이후 염소 치환 반응으로 다시 염화수소를 생성합니다.

RH + Cl2 → RCl + HCl
RCl + HF → RF + HCl

생성된 염화수소는 직접 재사용되거나 물에 흡수되어 기술적 또는 산업적 등급의 염산이 생성됩니다.

실험실 방법

염산을 황산 또는 무수 염화칼슘으로 탈수하여 HCl 발생기에서 실험실용 염화수소를 소량 생성할 수 있습니다. 또는 황산과 염화나트륨의 반응에 의해 HCl이 생성될 수 있습니다.[17]

NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl

이 반응은 상온에서 일어납니다. 발전기에 NaCl이 남아 있고 200°C 이상으로 가열된 경우 반응이 더 진행됩니다.

NaCl + NaHSO4 → HCl + Na2SO4

이러한 발전기가 작동하려면 시약이 건조해야 합니다.

염화수소는 염화인, 티오닐 클로라이드(SOCl2) 및 아실 클로라이드와 같은 특정 반응성 클로라이드 화합물의 가수분해에 의해 제조될 수도 있습니다. 예를 들어 차가운 물을 서서히 5염화인5(PCL)에 떨어뜨려 HCl을 얻을 수 있습니다.

PCl5 + H2O → POCl3 + 2 HCl

적용들

대부분의 염화수소는 염산 생산에 사용됩니다. 염화비닐과 많은 알킬 염화물의 생산에도 사용됩니다.[13] 트리클로로실란은 HCl을 사용하여 생산됩니다.

Si + 3 HCl → HSiCl3 + H2

역사

900년경, 자비르 이븐 하이얀(라틴어: Geber)과 페르시아 의사이자 연금술사인 아부 바크르 알 라지(c. 865–925, 라틴어: Razes)는 살모늄니악(염화암모늄)으로 실험을 하고 있었는데, 이것을 vitriol(다양한 금속의 수화된 황산염)과 함께 증류하면 염화수소가 생성됩니다.[18] 그의 실험 중 하나에서 알라지가 염산을 생산하는 원시적인 방법을 우연히 발견했을 가능성이 있습니다.[19] 그러나 이러한 초기 염화물 염 실험에서는 대부분 기체 상태의 생성물이 버려졌고, 화학적 용도로 사용할 수 있다는 사실이 밝혀지기 전에 여러 차례 염화수소가 생성되었을 가능성이 있는 것으로 보입니다.[20]

그러한 최초의 용도 중 하나는 수은의 합성이었습니다.II) 염화물(부식 승화물), 알루미늄 및 염화암모늄을 사용하거나 유리질 및 염화나트륨을 사용하여 수은을 가열하는 것으로부터 생성되는 것이 Dealinibus et salibus("Alums and salts")에 처음 기술된, 11세기 또는 12세기 아랍어 텍스트는 아부 바크르 알 라지에게 거짓으로 귀속되었고 크레모나의 제라르(Gerard of Cremona, 1144–1187)에 의해 라틴어로 번역되었습니다.[21]

또 다른 중요한 발전은 의사 게버가 질산에 염화암모늄을 첨가함으로써 금을 녹일 수 있는 강한 용매(즉, 수경)를 만들 수 있다는 것을 발견한 것입니다.[22]

혼합되지 않은 염산을 제조할 수 있는 과정이 16세기 후반에 발견된 후,[23] 이 새로운 산(당시에는 소금의 정신 또는 산성 염산이라고 알려짐)이 해양 산성 공기라고 불리는 증기성 염화 수소를 방출한다는 것이 인식되었습니다. 17세기에 요한 루돌프 글라우버는 황산나트륨을 제조하기 위해 소금(염화나트륨)과 황산을 사용하여 염화수소 가스를 방출했습니다(위의 생산 참조). 1772년 칼 빌헬름 셸레도 이 반응을 보고했고 때때로 그 발견에 공을 돌립니다. 조셉 프리스틀리는 1772년에 염화수소를 준비했고, 1810년에 험프리 데이비는 그것이 수소와 염소로 구성되어 있다는 것을 증명했습니다.[24]

산업혁명 기간 동안 소다회와 같은 알칼리성 물질에 대한 수요가 증가했고, 니콜라스 르블랑은 소다회를 생산하기 위한 새로운 산업 규모의 공정을 개발했습니다. 르블랑 공정에서는 황산, 석회석, 석탄을 사용하여 소금을 소다회로 전환하여 부산물로 염화수소를 제공했습니다. 처음에는 이 가스를 공기로 배출했지만 1863년 알칼리법에 의해 이러한 배출이 금지되었기 때문에 소다회 제조업체는 HCl 폐가스를 물에 흡수하여 산업적 규모로 염산을 생산했습니다. 이후 하그리브스 공정이 개발되었는데, 전체적으로 발열 반응에서 황산 대신 이산화황, 물, 공기를 사용하는 것을 제외하면 르블랑 공정과 유사합니다. 20세기 초에 Leblanc 공정은 HCl을 생성하지 않는 솔베이 공정으로 효과적으로 대체되었습니다. 하지만 염산 생산의 단계로 염화수소 생산이 계속되었습니다.

20세기에 염화수소의 역사적인 용도는 염소화 단량체 클로로프렌과 염화비닐을 생산할 때 알킨의 염산염화를 포함하며, 이들은 이후 중합되어 각각 폴리클로로프렌(Neoprene)과 폴리염화비닐(PVC)을 만듭니다. 염화비닐 제조에서 아세틸렌(CH22)은 CH22 분자의 삼중 결합을 가로질러 HCl을 첨가하여 염산염화하여 삼중 결합을 이중 결합으로 만들어 염화비닐을 생성합니다.

1960년대까지 클로로프렌을 만드는 데 사용된 "아세틸렌 공정"은 두 개의 아세틸렌 분자가 결합하는 것으로 시작하여 삼중 결합을 가로질러 결합된 중간체에 HCl을 첨가하여 다음과 같이 클로로프렌으로 전환합니다.

이 "아세틸렌 과정"은 대신 에틸렌의 이중 결합에2 Cl을 첨가하는 과정으로 대체되었으며, 이후 제거하면 클로로프렌뿐만 아니라 HCl이 생성됩니다.

안전.

염화수소는 신체 조직에서 발견되는 물과 접촉하여 부식성 염산을 형성합니다. 매연을 흡입하면 기침, 질식, 코, 목, 상기도의 염증이 발생하고 심할 경우 폐부종, 순환계 장애, 사망 등의 원인이 될 수 있습니다. 피부 접촉은 발적, 통증, 심각한 화학 화상을 유발할 수 있습니다. 염화수소는 눈에 심한 화상과 영구적인 눈 손상을 일으킬 수 있습니다.

미국 산업 안전 보건국과 국립 산업 안전 보건 연구소는 염화 수소의 작업장 노출 한도를 5ppm(7mg/m3)으로 설정하고 [25]염화 수소 작업장 안전 문제에 대한 광범위한 정보를 수집했습니다.[26]

참고 항목

참고문헌

  1. ^ "hydrogen chloride (CHEBI:17883)". Chemical Entities of Biological Interest (ChEBI). UK: European Bioinformatics Institute.
  2. ^ Favre, Henri A.; Powell, Warren H., eds. (2014). Nomenclature of Organic Chemistry: IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013. Cambridge: The Royal Society of Chemistry. p. 131. ISBN 9781849733069.
  3. ^ Haynes, William M. (2010). Handbook of Chemistry and Physics (91 ed.). Boca Raton, Florida, USA: CRC Press. p. 4–67. ISBN 978-1-43982077-3.
  4. ^ 염화수소. 가스 백과사전. 에어 리퀴드
  5. ^ 팁, E.(2002)[1] 캠브리지 대학 출판부, 2004
  6. ^ Trummal, A., Lipping, L., Kaljurand, I., Koppel, I. A., Leito, I. "물 속의 강산과 Dimethyl Sulfoxide" J. Phys. 켐. A. 2016, 120, 3663-3669. doi:10.1021/acs.jpca.6b02253
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  9. ^ Ouellette, Robert J.; Rawn, J. David (2015). Principles of Organic Chemistry. Elsevier Science. pp. 6–. ISBN 978-0-12-802634-2.
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  11. ^ Sándor, E.; Farrow, R. F. C. (1967). "Crystal Structure of Solid Hydrogen Chloride and Deuterium Chloride". Nature. 213 (5072): 171–172. Bibcode:1967Natur.213..171S. doi:10.1038/213171a0. S2CID 4161132.
  12. ^ 염산 – 화합물 요약. 펍켐
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  20. ^ Multhauf 1966, p. 142, 노트 79.
  21. ^ Multhauf 1966, pp. 160–163.
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  23. ^ Multhauf 1966, p. 208, 노트 29; cf. p. 142, 노트 79.
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  25. ^ CDC – 화학 물질 위험에 대한 NIOSH 포켓 가이드
  26. ^ "Hydrogen Chloride". CDC - NIOSH Workplace Safety and Health Topic. 5 March 2012. Retrieved 15 July 2016.

외부 링크

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