Axit clohydric

Từ nguyên

Axit clohydric được các nhà giả kim thuật châu Âu gọi là dung dịch muối (spirits of salt) hay acidum salis (axit muối). Cả hai tên vẫn còn đang sử dụng, đặc biệt là trong các ngôn ngữ ngoài tiếng Anh như tiếng Đức: Salzsäure và tiếng Hà Lan: Zoutzuur. Khí HCl được gọi là khí axit biển (marine acid air). Tên cũ là axit muriatic (muriatic acid) có cùng nguồn gốc (muriatic nghĩa là "liên quan đến nước muối hay muối"), và tên gọi này thỉnh thoảng vẫn còn được sử dụng.

Lịch sử

Không có nhiều tài liệu rõ ràng cho thấy axit clohydric được điều chế vào thời kỳ Trung cổ. Có vẻ như nguồn đầu tiên đề cập đến việc điều chế vào thế kỷ XV và XVI, nhưng vẫn còn là vấn đề tranh cãi. Một số tác giả vẫn giữ quan điểm rằng axit này được Basil Valentine, thầy tu dòng Be-ne-dict Đức, phát hiện vào thế kỷ XV, bằng cách nung muối ăn (NaCl) và axit sulfuric (H₂SO₄) lục. Nước cường toan, một hỗn hợp giữa axit nitric và axit clohydric đã được mô tả bởi nhà giả kim thuật châu Âu thế kỷ XIII Pseudo-Geber (Paul of Taranto).
Vào thế kỷ XVII, Johann Rudolf Glauber ở Karlstadt am Main, Đức, đã sử dụng muối ăn và axit sulfuric để điều chế natri sulfat Na₂SO₄ bằng phản ứng Mannheim giải phóng khí hiđro clorua. Joseph Priestley ở Leeds, Anh đã tạo ra hiđro chlorua tinh khiết năm 1772, và vào năm 1818 Humphry Davy ở Penzance, Anh đã chứng minh rằng thành phần hóa học bao gồm hiđro và clo. Phản ứng Mannheim được mô tả như sau:
2 NaCl + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2 HCl 
Trong suốt thời kỳ cách mạng công nghiệp ở châu Âu, nhu cầu kiềm tăng, một phương pháp điều chế công nghiệp do Nicolas Leblanc (ở Issoundun, France) đề xuất đã cho phép sản xuất natri cacbonat (Na₂CO₃ - tro soda) với số lượng lớn và giá rẻ. Theo công nghệ Leblanc, muối ăn được chuyển thành tro soda từ axit sulfuric và than, đồng thời giải phóng hiđro clorua. Trước khi có đạo luật Alkali 1863 ở Anh và các chính sách tương tự ở các quốc gia khác, lượng HCl dư được thải vào không khí. Sau khi thông qua đạo luật, các nhà sản xuất tro soda dùng nước để hấp thụ khí này, đồng thời sản xuất axit clohiđric theo quy mô công nghiệp.
Trong thế kỷ XX, công nghệ Leblanc được thay thế hoàn toàn bởi công nghệ Solvay không tạo ra sản phẩm axit clohiđric. Vì axit clohiđric đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nên nhu cầu thương mại cần có các phương pháp khác để sản xuất nó, một số trong các phương pháp này vẫn còn được sử dụng cho đến ngày nay. Sau năm 2000, axit clohiđric hầu hết được sản xuất bằng cách hấp thụ khí hiđro clorua từ việc sản xuất các hợp chất hữu cơ công nghiệp.
Từ năm 1988, axit clohiđric được liệt vào bảng II chất tiền chế, Công ước Liên Hợp Quốc về Chống vận chuyển trái phép ma túy và các chất hướng thần 1998 (Table II precursor under the 1988 United Nations Convention Against Illicit Traffic in Narcotic Drugs and Psychotropic Substances) do nó được sử dụng trong việc điều chế heroin, cocain, và methamphetamine.

Điều chế và sản xuất

Axit clohiđric được sản xuất với nồng độ lên đến 38% HCl (nồng độ phần trăm). Các mức nồng độ cao hơn khoảng 40% có thể được sản xuất về mặt hóa học nhưng sau đó tốc độ bay hơi cao dẫn đến mức việc cất giữ và sử dụng cần có những khuyến cáo đặc biệt, như trong môi trường áp suất và nhiệt độ thấp. Axit clohiđric trong công nghiệp thường sử dụng loại 30% đến 34%, nhằm tối ưu hóa trong việc vận chuyển và giảm thất thoát khí HCl ở dạng bay hơi. Các dung dịch sử dụng cho mục đích gia đình ở Hoa Kỳ, hầu hết là làm vệ sinh, thì có nồng độ nằm trong khoảng 10% đến 12%, với những khuyến cáo pha loãng trước khi dùng. Ở Anh, chất này được bán ở dạng "Spirits of Salt" dùng cho làm vệ sinh trong nhà, với độ axit tương tự như cấp công nghiệp ở Mỹ.
Hầu hết axit clohiđric được sản xuất ở Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản ở dạng sản phẩm phụ theo phương pháp clo hóa chất hữu cơ. Các nhà sản xuất chính trên thế giới gồm Dow Chemical, FMC, Georgia Gulf, Tập đoàn Tosoh, Akzo Nobel, và Tessenderlo. Trong đó, Dow Chemical sản xuất 2 triệu tấn hàng năm tính theo khí HCl; và các công ty còn lại sản xuất từ 0,5 đến 1,5 triệu tấn/mỗi năm. Tổng sản lượng trên thế giới, tính theo HCl, ước tính 20 triệu tấn/năm, với 3 triệu tấn/năm từ việc tổng hợp trực tiếp, và phần còn lại là sản phẩm phụ từ các quá trình tổng hợp hữu cơ và tương tự. Cho đến nay hầu hết axit clohiđric được tiêu thụ chủ yếu bởi các nhà sản xuất sử dụng làm nguyên liệu, phụ liệu để sản xuất các chế phẩm khác. Thị trường thế giới tiêu thụ khoảng 5 triệu tấn/năm.
Axit clohiđric được sản xuất/điều chế theo các quy trình sau:

Ứng dụng

Axit clohiđric là một axit mạnh được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Ứng dụng thường để xác định chất lượng sản phẩm theo yêu cầu.

Ứng dụng khác

Axit HCl có nhiều ứng dụng ở quy mô nhỏ như: xử lý da, vệ sinh nhà cửa, và xây dựng nhà. Trong khai thác dầu, axit HCl có thể được dùng để bơm vào trong tầng đá của giếng dầu nhằm hòa tan một phần đá hay còn gọi là "rửa giếng", và tạo các lỗ rỗng lớn hơn. Axit hóa giếng khoan là một quá trình phổ biến được sử dụng trong công nghiệp khai thác dầu biển Bắc. Khi trộn dung dịch axit clohydric đậm đặc và dung dịch axit nitric đậm đặc theo tỉ lệ mol 1:3 thì nó có khả năng hòa tan vàng và bạch kim. (xem nước cường toan).
Một số phản ứng hóa học liên quan đến axit HCl được ứng dung trong sản xuất thực phẩm, các thành phần thực phẩm và phụ gia thực phẩm. Các sản phẩm đặc trưng như aspartame, fructose, axit citric, lysine, thủy phân protein thực vật, và trong sản xuất gelatin. Axit HCl cấp thực phẩm (loại an toàn cho con người khi sử dụng) có thể được ứng dụng khi cần thiết trong sản phẩm cuối cùng.

Trong sinh vật

Axit gastric là một trong những chất chính tiết ra từ dạ dày. Nó chứa chủ yếu là axit clohydric và tạo môi trường axit trong dạ dày với pH từ 1 đến 2.
Các ion clo (Cl⁻) và hydro (H⁺) được tiết ra riêng biệt trong vùng đáy vị của dạ dày (stomach fundus) bởi các tế bào vách của niêm mạc dạ dày vào hệ tiết dịch gọi là tiểu quản (canaliculi) trước khi chúng đi vào lumen dạ dày.
Axit gastric giữ vai trò là một chất kháng lại các vi sinh vật để ngăn ngừa nhiễm trùng và là yếu tố quan trọng để tiêu hóa thức ăn. pH dạ dày thấp làm biến tính các protein và do đó làm chúng bị dễ phân hủy bởi các enzym tiêu hóa như pepsin. pH thấp cũng kích hoạt các tiền enzym pepsinogen thành enzyme pepsin hoạt hóa bởi sự tự phân cắt (self-cleavage). Sau khi ra khỏi dạ dày, axit clohhydric của dịch sữa bị natri bicacbonat vô hiệu hóa trong tá tràng.
Dạ dày tự nó được bảo vệ khỏi axit mạnh bằng cách tiết ra một lớp chất nhầy mỏng để bảo vệ, và bằng cách tiết ra dịch tiết tố để tạo ra lớp đệm natri bicacbonat. Loét dạ dày có thể xảy ra khi các cơ chế này bị hỏng. Các thuốc nhóm kháng histamine và ức chế bơm proton (proton pump inhibitor) có thể ức chế việc tiết axit trong dạ dày, và các chất kháng axit được sử dụng để trung hòa axit có mặt trong dạ dày.