Υδροχλωρικό οξύ

Ιστορία

Το υδροχλωρικό οξύ ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά γύρω στο 800 μ.Χ. από τον αλχημιστή Γιαμπίρ ιμπν Χαϊάν ο οποίος ανακάτεψε μαγειρικό αλάτι (χλωριούχο νάτριο) με βιτριόλι (θειικό οξύ). Ο Γιαμπίρ ανακάλυψε πολλές σπουδαίες χημικές ενώσεις και κατέγραψε τις ανακαλύψεις τους σε περισσότερα από είκοσι βιβλία. Έτσι, η γνώση για το υδροχλωρικό οξύ και τα άλλα αντιδραστήρια διατηρήθηκε για εκατοντάδες χρόνια. Η ανακάλυψη από το Γιαμπίρ του βασιλικού νερού που αποτελείται από υδροχλωρικό και νιτρικό οξύ, ενδιέφερε πάρα πολύ τους αλχημιστές που έψαχναν για τη φιλοσοφική λίθο.

Κατά το Μεσαίωνα, το υδροχλωρικό οξύ ήταν γνωστό στους Ευρωπαίους αλχημιστές ως σπίρτο του άλατος. Το αέριο HCl ονομαζόταν θαλασσινό οξύ του αέρα. Αξιοσημείωτη παραγωγή υδροχλωρικού οξέος καταγράφηκε από τον Βασίλειο Βαλεντίνο (Basilius Valentinus), αλχημιστή του μοναστηριού των Βενεδικτίνων Σανκτ Πέτερ (Sankt Peter) στην Ερφούρτη της  Γερμανίας, κατά το 15ο αιώνα. Το 17ο αιώνα, ο Γκλάουμπερ από το Κάρλσταντ (Karlstadt) της Γερμανίας, χρησιμοποίησε χλωριούχο νάτριο και θειικό οξύ για την παρασκευή του θειικού νατρίου, απελευθερώνοντας αέριο υδροχλώριο. Το 1772 ο Άγγλος χημικός Πρίστλεϋ από το Λήντς (Leeds) παρασκεύασε καθαρό υδροχλώριο και το 1818 ο επίσης Άγγλος χημικός Ντέϊβυ από το Πένζενς (Penzance) απέδειξε ότι το υδροχλώριο αποτελείται από υδρογόνο και χλώριο.

Κατά τη διάρκεια της βιομηχανικής επανάστασης στην Ευρώπη, η ζήτηση για αλκαλικές ουσίες αυξήθηκε. Μία νέα βιομηχανική διαδικασία του Γάλλου Νικολά Λεμπλάν (Nicolas Leblanc) επέτρεψε τη φθηνή και σε μεγάλη κλίμακα παραγωγή του ανθρακικού νατρίου (σόδας). Στη μέθοδο  Leblanc, το κοινό αλάτι μαζί με θειικό οξύ, ασβεστόλιθο και άνθρακα, μετατρεπόταν σε ανθρακικό νάτριο απελευθερώνοντας υδροχλώριο στην ατμόσφαιρα ως παραπροϊόν. Το 1863 θεσπίστηκε νόμος στην Αγγλία και σε άλλες χώρες που υποχρέωνε τους παραγωγούς σόδας να μην ελευθερώνουν το υδροχλώριο στον αέρα αλλά να το διοχετεύουν στο νερό. Έτσι ξεκίνησε η παραγωγή υδροχλωρικό οξύ σε βιομηχανική κλίμακα.

Τον 20ό αιώνα, η μέθοδος Leblanc αντικαταστάθηκε από τη μέθοδο Σολβέ (Solvay) κατά την οποία δεν παράγεται υδροχλωρικό οξύ ως παραπροϊόν. Επειδή όμως το υδροχλωρικό οξύ είχε ήδη αποκτήσει μεγάλο ενδιαφέρον ως χημικό προϊόν, επινοήθηκαν άλλες μέθοδοι παραγωγής του, μερικές από τις οποίες εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται και σήμερα. Μετά το 2000, το υδροχλωρικό οξύ, παράγεται κυρίως από τη διοχέτευση σε νερό του του παραπροϊόντος υδροχλωρίου από τη βιομηχανική παραγωγή οργανικών ενώσεων.

Προέλευση

Το αέριο υδροχλώριο βρίσκεται στη φύση σε μικρά ποσά στα αέρια των ηφαιστείων. Το υδατικό διάλυμα υπάρχει στο γαστρικό υγρό των θηλαστικών. Τα άλατά του (π.χ. NaCl) είναι πολύ διαδεδομένα στη φύση κυρίως στο θαλασσινό νερό αλλά και σαν ορυκτά (Αλίτης, συλβίνης, καρναλίτης κ.ά)

Βιομηχανική παραγωγή υδροχλωρικού οξέος

Το υδροχλωρικό οξύ παρασκευάζεται με διάλυση του αέριου υδροχλωρίου σε νερό. Μεγάλης κλίμακας παραγωγή υδροχλωρικού οξέος γίνεται συνήθως σε συμπαραγωγή με άλλα χημικά προϊόντα.

Το υδροχλωρικό οξύ παράγεται σε διαλύματα μέχρι και 38 % σε HCl. Παραγωγή διαλυμάτων μεγαλύτερων συγκεντρώσεων (μέχρι λίγο πάνω από το 40 %) είναι εφικτή από χημικής άποψης, αλλά ο ρυθμός εξάτμισης είναι τόσο υψηλός που η αποθήκευση και ο χειρισμός του οξέος χρειάζονται επιπλέον προφυλάξεις, όπως εφαρμογή πίεσης και χαμηλής θερμοκρασίας. Μαζική βιομηχανική παραγωγή γίνεται για συγκεντρώσεις 30% έως 34% έτσι ώστε να είναι εύκολη η μεταφορά του οξέος και ο περιορισμός απωλειών από τους ατμούς του αέριου HCl. Διαλύματα για οικιακή καθαριστική χρήση είναι περιεκτικότητας 14 % - 16 %. 

Οι κυριότερες βιομηχανίες παραγωγής υδροχλωρικού οξέος σε παγκόσμιο επίπεδο είναι η Dow Chemical και η Georgia Gulf Corporation των Η.Π.Α., η Κινέζικη FMC, η Tosoh Corporation από την Ιαπωνία, η Ολλανδική Akzo Nobel και η Βελγική Tessenderlo. Η συνολική παγκόσμια παραγωγή, εκφρασμένη ως HCl, εκτιμάται σε 20 εκατομμύρια τόνους/έτος από τους οποίους τα 3 εκατομμύρια προέρχονται από άμεση σύνθεση και το υπόλοιπο από δευτερογενείς διεργασίες.

Αζεοτροπικό μίγμα

Το υδροχλωρικό οξύ σχηματίζει με το νερό δυαδικό (δηλ. δύο συστατικών) αζεοτροπικό μίγμα που αποστάζει με αναλογία 20.22 % w/w σε HCl στους 108.58 °C. Έτσι, αν βράσουμε σε πίεση 1 Atm μίγμα HCl-H₂O οποιασδήποτε σύστασης, θα μείνει στη φιάλη βρασμού διάλυμα 20.22 % w/w σε HCl. Το διάλυμα αυτό θα αποστάζει στους 108.58 °C, χωρίς μεταβολή στη σύσταση και στο σημείο βρασμού του. Από διάλυμα, λοιπόν, περιεκτικότητας > 20.22 % μπορεί να αποχωριστεί με απόσταξη καθαρό HCl, ενώ από διαλύματα μικρότερης περιεκτικότητας θα αποχωριστεί καθαρό νερό. Επειδή το αζεοτροπικό αυτό σύστημα HCl-H₂O έχει σταθερό σημείο βρασμού και σύσταση, χρησιμοποιείται ως πρότυπο διάλυμα για την παρασκευή διαλυμάτων διαφόρων συγκεντρώσεων απαραίτητων στην ογκομετρική ανάλυση, παρόλο που η ακριβής συγκέντρωση του διαλύματος εξαρτάται από την ατμοσφαιρική πίεση κατά τη στιγμή της παρασκευής του διαλύματος.

Υπάρχουν τέσσερα σταθερά ευτηκτικά σημεία για το υδροχλωρικό οξύ μεταξύ του πάγου (που είναι 0 % σε HCl) και ισάριθμων κρυσταλλικών μορφών : HCl·H₂O (68% HCl), HCl·2H₂O (51% HCl), HCl·3H₂O (41% HCl) και HCl·6H₂O (25% HCl).

Τρόφιμα

Πολλές χημικές αντιδράσεις που εμπλέκουν το υδροχλωρικό οξύ εφαρμόζονται στην παραγωγή τροφίμων, συστατικών τροφίμων και πρόσθετων. Τα τρόφιμα στα οποία χρησιμοποιείται το οξύ είναι η ασπαρτάμη, η φρουκτόζη, το κιτρικό οξύ, η λυσίνη, διάφορες υδρολυόμενες φυτικές πρωτεΐνες κ.ά. Χρησιμοποιείται επίσης ως ρυθμιστής οξύτητας (E507) στα τυροκομικά και στη μπύρα χωρίς να έχουν αναφερθεί παρενέργειες.

Άλλες χρήσεις

Το υδροχλωρικό οξύ χρησιμοποιείται σε μεγάλο αριθμό εφαρμογών μικρής κλίμακας όπως η επεξεργασία δερμάτων, ο οικιακός καθαρισμός και η κατασκευή κτιρίων. Χρησιμοποιείται επίσης στην παρασκευή φωσφορικού οξέος, χλωριούχου αμμωνίου, λιπασμάτων, χρωμάτων και τεχνητού μεταξιού και ακόμα για τον καθαρισμό μεμβρανών σε μονάδες αφαλάτωσης, για την παραγωγή συνθετικού καουτσούκ από την επεξεργασία ισοπρένιου. Οι διαδικασίες άντλησης πετρελαίου μπορούν να βελτιωθούν με εγχύσεις υδροχλωρικού οξέος στα πετρώματα που περιβάλλουν τα πετρελαϊκά κοιτάσματα. Έτσι διαλύεται ένα μέρος των βράχων και μεγαλώνει η δομή του κοιτάσματος.

Το υδροχλωρικό οξύ στους ζωικούς οργανισμούς

Το γαστρικό υγρό αποτελεί μια από τις κυριότερες εκκρίσεις των κυττάρων των τοιχωμάτων του στομάχου των θηλαστικών. Στον άνθρωπο αποτελείται κυρίως από υδροχλωρικό οξύ (περίπου 5000 ppm) και από χλωριούχο κάλιο και νάτριο. Το pH του γαστρικού υγρού είναι από 1 έως 2.

Το γαστρικό υγρό ενεργεί ως φραγμός έναντι μικροοργανισμών για την πρόληψη των λοιμώξεων και παίζει σημαντικό ρόλο στην πέψη των τροφών. Το χαμηλό pH του μετουσιώνει τις πρωτεΐνες των τροφών και έτσι διευκολύνει την πέψη τους από πεπτικά ένζυμα όπως η πεψίνη. Μετά την απομάκρυνση από το στομάχι, το υδροχλωρικό οξύ εξουδετερώνεται στο δωδεκαδάκτυλο από όξινο ανθρακικό νάτριο.

Το ίδιο το στομάχι προστατεύεται από το ισχυρό οξύ εκκρίνοντας ένα παχύ, προστατευτικό στρώμα βλέννας που αποτελείται από ρυθμιστικό διάλυμα σεκρετίνης-όξινου ανθρακικού νατρίου. Αν οι παραπάνω μηχανισμοί δε λειτουργούν σωστά, προκαλούνται πεπτικά έλκη και καούρες.