Hidroklorik asit

Hidroklorik asit, hidrojen ve klor elementlerinden oluşan, oda sıcaklığı ve normal basınçta gaz halinde olan hidrojen klorürün sulu çözeltisine verilen ad. Halk arasında tuz ruhu olarak da bilinir. 9. yüzyılda simyacı Cabir bin Hayyan tarafından keşfedildi ve sonrasında simya alanında kullanıldı. Sanayi Devrimi sırasında, sanayideki önemi keşfedilen asit, önce Leblanc işlemi, sonrasında Solvay işlemi ile sanayi alanında üretilmeye başladı. Hidroklorik asit, tarihte yeni kolaylıkların keşfinde önemli roller üstlendi. Günümüzde PVC'den demir-çeliğe, organik madde üretiminden gıda sektörüne kadar hemen hemen tüm alanlarda hidroklorik asit kullanılmaktadır.
Hidroklorik asit, sağladığı kolaylıkların yanında, zehirli bir maddedir ve insan dokuları başta olmak üzere çoğu yüzeye büyük tahribat verir. Bu nedenle bu asit ile çalışılırken güvenlik önlemleri en üst düzeyde tutulmalıdır. Asit, toksik olmasının yanında, gözler ve deri için tahriş edicidir, deride yanıklara neden olmaktadır ve solunum sistemi için tahriş edici özellik taşımaktadır. Hidroklorik asidi elde edebilmek için öncelikle hidrojen klorür gazınının elde edilmesi gerekir.
Tarihçe
Hidroklorik asit, ilk defa MS 800'lerde Cabir bin Hayyan adlı simyacı tarafından, sofra tuzunun sülfürik asit ("vitriol") ile karıştırılmasıyla elde edildi. Cabir, keşfettiklerini derleyerek daha sonraları 20 farklı kitapta topladı. Bu 20 kitap, yüzyıllar boyunca hem simyanın hem de asitlerin temel kitapları arasında yer aldı. Cabir'ın keşiflerinden biri de, hidroklorik asit ve nitrik asitin karışımıyla hazırlanan kral suyudur. Kral suyu, uzun yıllar boyunca, simyada önemli bir yer edindi.
Orta Çağ'da hidroklorik asit, Avrupa'da acidum salis veya tuz ruhu adıyla bilinmekteydi. Türkiye'de de kullanılan tuz ruhu tabiri bugün sadece temizlik amaçlı alanlarda kullanılır. Yine Avrupa'da kullanılan bir başka kullanım olan muryatik asit terimi, (muriatic İngilizcede; salamura veya tuz ile ilgili olan anlamına gelmektedir) günümüzde hala kullanılmaktadır. 17. yüzyılda Johann Rudolf Glauber adlı Alman kimyacı, Mannheim işlemi'nde sodyum klorür tuzunu ve sülfürik asiti kullanarak sodyum sülfat ve hidrojen klorür gazı çıkarmayı başardı. İngiliz bilim insanı Joseph Priestley de 1772 yılında saf hidrojen klorür elde etmeyi başardı. Yine bir başka İngiliz kimyacı Humphry Davy, asit özelliğinin hidrojenin varlığından ileri geldiğini saptayarak asitlerle anhidritlerin farklı olduğu sonucuna vardı.
Sanayi Devrimi sürecinde, sodyum karbonat (soda) gibi alkaliler ve yan ürünlerine olan talebin sonucu Nicolas Leblanc adındaki Fransız kimyacı, bu alandaki sanayi dalları için girişimde bulundu. Leblanc işlemine göre kireç taşı, kömür ve sülfürik asit kullanarak tuzun alkali olabileceği söz konusuydu. 1863'teki Alkali Yasası'na ve başka Avrupa ülkelerindeki bilim adamlarınca ilan edilen benzer yasalara göre, tepkimeye giren aşırı hidrojen klorür, havaya karışmaktaydı.
20. yüzyılın başında Leblanc işlemi, yerini hidroklorik asit yan ürünleri olmaksızın Solvay işlemi'ne bıraktı. Bu işlem, Leblanc işlemine göre çok daha ucuz ve çok daha kolay elde edilebilir bir yöntemdi. Başta 20. yüzyıldaki sanayi dallarında görülen aşırı talep artışı olmak üzere, zamanla hidroklorik asit, sanayinin birçok alanında önemli yer edinmeye başladı. 1988'den beri hidroklorik asit, Birleşmiş Milletler'in Narkotik örgütleri tarafından 2. Tablo göstergeci olarak, narkotik teşhislerinde kullanılmaktadır.
Kimyasal özellikler
Hidrojen klorür, güçlü bir asittir. Moleküler yapısı oldukça basit olan hidrojen klorür, bir klor atomu ile bir hidrojen atomundan meydana gelir ve formülü HCl'dir. Hidrojen klorür, oda sıcaklığında bir litre suda, yaklaşık 450 litre gibi çok yüksek oranda çözünür. Öbür asitler gibi, renkli ayıraçla "asit rengi" denilen bir renk verir; sözgelimi turnusolu kırmızıya, heliantini pembeye, bromofenolu sarıya boyar ve fenolftaleinle renksiz bir sıvı verir. Sodyum karbonat ve amonyak gibi bazlara, belirgin bir etki yapar. Belirli hacimde hidroklorik asit bulunan bir cam tüpe, bir sodyum karbonat çözeltisi azar azar döküldüğünde, tüpe daldırılacak bir termometre, sıcaklığın hızla yükseldiğini gösterir; çözelti, su bütünüyle yok oluncaya kadar ısıtılırsa, sodyum klorür (sofra tuzu) katı halde çöker. İçinde amonyak bulunan bir şişenin ağzına hidroklorik asit taşıyan bir şişe yaklaştırılırsa, beyaz renkte ve bol miktarda amonyum klorür dumanları oluşur. Bu tepkimeyle, bir ortamda söz konusu maddelerin bulunup bulunmadığı belirlenir. Hidroklorik asit, suya damlatıldığında H+ iyonu vermektedir.
Hidroklorik asit tipik bir asit özelliği olarak çinko, demir, magnezyum ya da alüminyum gibi birçok metale etki ederek, hidrojen açığa çıkarır. Bakır, bu asitle ancak havanın oksijeni eşliğinde tepkimeye girer; ama hidrojen açığa çıkmaz. Altın ve platin hidroklorik asitle tepkimeye girmezlerse de, aşağı yukarı bütün metallere etki eden kral suyu (3 mol hidroklorik asit - 1 mol nitrik asit) karışımında çözünürler. Metal oksitler genellikle hidroklorik asitte çözünmeye uğrarlar. Hidroklorik asidin pas giderici rolü, bu olaya dayanır.
Karbonatlar, hidroklorik asitle şiddetli bir tepkime gerçekleştirirler ve karbondioksit açığa çıkar. Öbür tuzlar hidroklorik asitle tepkimeye girerler; sözgelimi gümüş nitrat, hidroklorik asitle tepkimeye girdiğinde, beyaz renkte gümüş klorür çökeleği verir; çökelek, ışık aldığında morarır (bu tepkimeden, kimyasal çözümlemeyle söz konusu maddelerin tanınmasında yararlanılır).
Hidroklorik asit, pas giderici olarak kullanılmasının yanı sıra, organik bileşiklere etki ettirilerek klorlu ürünlerin (çözücüler, plastik maddeler) elde edilmesinde yararlanılır.
Fiziksel özellikler
Hidroklorik asidin, kaynama sıcaklığı, erime sıcaklığı, yoğunluğu ve pH değeri gibi fiziksel özellikleri, asit çözeltisindeki HCl'in konsantrasyonu veya molaritesine bağlıdır.
Yukarıdaki sıcaklık ve basınç değerleri 20 C ve 1 atmosfer basıncına göre (101.325 kPa) esas alınmıştır.
Üretim
Hidroklorik asit, hidrojen klorür adlı maddenin, suda çözülmesiyle elde edilir. Aynı doğrultuda, hidrojen klorürün elde edilmesi de birkaç farklı yöntemle gerçekleşebilir. Özellikle büyük ölçekli hidrojen klorür üretimlerinde, hemen hemen her zaman, madde başka maddelerle karıştırılarak elde edilir.
piyasa adı tuz ruhu ve diğer adı ise Klorhidrik asittir.
AlCl3 + 3HClO -> Al(ClO4)3 + 3HCl
Endüstriyel pazarlama
Hidroklorik asit, kütlece %38 oranında HCl içeren çözeltiler içinde elde edilir. Kimyasal olarak 40%'a kadarlık bir derişimde üretim yapmak söz konusudur. Ancak böyle durumlarda buharlaşma oranı yüksek olacağından, asidin depolanması ve saklanması fazladan paraya mal olmaktadır. Ayrıca böyle depo ortamlarının sağlanması için uygun basınç ve sıcaklık değerlerinin sağlanması gerekmektedir. Günümüzde en uygun solüsyon derişimi %30 ile %34 arasında olanıdır. Böylelikle düşük taşıma ve düşük depolama ücretleri ortaya çıkmaktadır. Ev ortamında, -özellikle temizlik amaçlı- hidroklorik asit üretiminde ortalama derişim %10 - 12 arasındadır. Ancak buna rağmen kullanmadan önce asidin bulunduğu temizlik gerecinin su aracılığıyla seyreltilmesi gerekmektedir. Tuz ruhu adıyla satışı gerçekleştiren İngiltere'de ve birçok Avrupa ülkesinde, asidin kullanımı evdeki temizlik dışına çıkmamaktadır.
Dünyanın en büyük hidroklorik asit üreticilerinden Dow Chemical'ın yıllık asit üretimi 2 milyon tonu bulmaktadır. FMC, Georgia Gulf Corporation, Tosoh Corporation, Akzo Nobel ve Tessenderlo Total gibi diğer önemli firmalar da, yıllık 0.5 ila 1.5 milyon tonluk asit üretmektedir. Dünyada hidroklorik asidin açık pazarı yaklaşık olarak 5 milyon ton olarak belirlenmiştir.
Kullanım
Hidroklorik asit, çeşitli farklı iş alanlarında kullanımı bulunan bir tür inorganik asittir. Asidin derişimi, kullanıldığı iş sahasına göre değişkenlik göstermektedir. Hidroklorik asit, çeliğin dekapajı, organik bileşiklerin oluşturulması, inorganik maddelerin sanayi dallarında üretimi ve pH dengesinin sağlanması için birçok sanayi alt dalında kullanılmaktadır.
Çeliğin dekapajı
Hidroklorik asidin en önemli işlevlerinden birisi, çeliğin temizlenmesi amacıyla yapılan dekapaj işlemidir. Bu işlem öncesinde, diğer aşamalar için demir üzerindeki pas alınır. %18 derişimineki hidroklorik asit, demir üzerindeki karbonu ve pası almak için yeterlidir. Aşağıda bu işlemin formüle dökülmüş hali yer almaktadır.
Fe2O3+Fe + 6HCl - 3FeCl2 + 3H2O
Çelik dekapaj endüstrisi, kullanılmış dekapaj çözeltilerinden HCl'in geri kazanımını sağlayan; püskürtmeli kavurucu veya akışkan yataklı yenileme işlemi gibi teknikler geliştirmiştir. En çok bilinen yenileme işlemi, aşağıdaki formülle ifade edilebilen piro-hidroliz işlemidir:
4FeCl2+ 4H2O + O2 - 8HCl + 2Fe2O3
Organik bileşiklerin üretimi
Hidroklorik asidin kullanım alanlarından birisi de, PVC adlı madde için üretilen vinil klorür gibi organik bileşikler üretmektir. Bu alanda üretilen asitler asla satışa sunulmazlar. Kapalı bir sanayi içinde sadece organik bileşik üretimi için kullanılırlar. Hidroklorik asit aracılığıyla Bisfenol A, polikarbonatlar, aktif karbon ve askorbik asit gibi önemli kullanım alanları olan organik bileşikler üretilebilmektedir. Özellikle farmakoloji alanında kullanılacak bileşik ve ilaçların eldesinde ve teflonun üretiminde hidroklorik asidin önemli bir yeri bulunmaktadır. Özellikle I. Dünya Savaşı sırasında hidroklorik asitten elde edilerek kullanılan fosgen (COCl2) adlı organik madde, kimyasal silah olarak kullanılmıştır.
İnorganik bileşiklerin üretimi
Birçok inorganik bileşik, asit-baz tepkimeleri aracılığıyla üretilmektedir. Bu tepkimede yer alan asitlerde hidroklorik asidin yeri çok büyüktür. Demir klorür veya polialüminyum klorür gibi maddeler, bu sayede, sudan ayrışabilmektedir. Bu sayede, su arıtma tesislerinde pis sular temizlenebilmektedir. Demir klorit ve polialüminyum klorit maddeleri, su dezenfektesi dışında, kağıt üretimininde de önemli bir görev üstlenmektedir. Ayrıca pil, akü gibi ekipmanların üretilmesine bu asidin büyük bir yeri bulunmaktadır.
Fe2O3 + 6HCl - 2FeCl3 + 3H2O
pH Kontrolü ve nötrleştirme
Hidroklorik asit, bir solüsyondaki bazik (pH) değeri düşürmek için kullanılabilmektedir. Örneğin; içinde OH- iyonu barındıran bir çözeltiye hidroklorik asit damlatıldığında, çözeltideki baz, yerini suya ve H+ iyonuna bırakmaktadır. Bu yöntem sayesinde bir solüsyonun asitlik ve bazlık değerleriyle oynanabilmektedir. Bu da gıda, ilaç, havuz ve içme suyundaki pH değerlerini kontrol etmekte kullanılmaktadır. Aşağıda bu yöntemin formülleştirilmiş hali bulunmaktadır;
OH− +HCl - H2O +Cl−
İyon alışverişinin yenilenmesi
Yüksek kalitedeki hidroklorik asit, iyon alışverişini denetleme ve yenilemede kullanılmaktadır. Özellikle reçine gibi maddeler üzerinde oynanabilmektedir. Bu yöntem özellikle Na+ ve Ca2+ gibi iyonların su bazlı solüyonlardan ayırmak için kullanılmaktadır. Bu da, reçinelerin temizlenmesinde, içme suyu ve gıda sanayisinde büyük yarar sağlamaktadır.
Na+ maddesi, H3O+ ile yer değiştirir.
Ca2+ maddesi, 2H3O+ ile yer değiştirir.
Diğer
Hidroklorik asit, kimyadaki ara maddelerden biridir. Bu asit, birçok küçük çaplı sanayi dalında kullanılmaktadır. Deri işlemeciliği, ev temizliği, inşaat sanayisi bunların başında gelmektedir. Petrol araştırmalarında, kayaların içine hidroklorik asit enjekte edilerek, petrolün varlığı ve/veya kalitesi hakkında bilgi toplanabilmektedir. Asit, ayrıca gıda sektöründe katkı maddelerinin yapımında kullanılmaktadır. Özellikle yapay gıdalarda ve vitaminlerde üretim aşamasında hidroklorik asitten yararlanmaktadır.
Canlılardaki yeri
Gastrik asit, çoğu canlının midesinde yer alan önemli bir sindirim ekipmanıdır. Bu asit, hidroklorik asidin seyreltilmiş hali olarak tanımlanabilmektedir. Normal bir insanda, midedeki asidin pH değeri 1 ile 2 arasında değişebildiği gibi, mide özsuyunda %0,3 oranında hidroklorik asit yer almaktadır.
Gastrik asit, midede, mikroorganizmalara karşı bariyer görevi üstlenmektedir. Özellikle, yenilen yiyeceklerdeki bakteri oranını düşürmekte oldukça etkin rol üstlenmektedir. Düşük pH değeri, ayrıca pepsinozin adı verilen sindirim enzimini harekete geçirmekte kullanılmaktadır. Düşük pH değerine maruz kalan besinler, oniki parmak bağırsağına geldiğinde ortamdaki 6'lık pH değeri aracılığıyla tekrar eski hallerine dönmektedir.
Hidroklorik asit, kendi başına, mideyi delebilecek güçte bir asittir. Ancak midede yer alan kalın mukus tabakası, asidin mide epitellerine zarar vermesini engeller.
Güvenlik
Derişik hidroklorik asit, sıvı veya katı halde organizmalar için büyük tahribata neden olabilmektedir. Gaz halindeki bir miktar hidroklorik asidin solunumu, baştan sona tüm solunum sistemini tahrip edebilmektedir. Hidroklorik asit ile çalışılırken, eldiven ve koruyucu kıyafetlerin giyilmesi, hidroklorik asitten kaynaklanabilecek tahribatları düşürmekte önemlidir. Asit, sodyum hipoklorit (NaClO) ve permanganat (KMnO4) gibi maddelerle etkileştiğinde tepkimeye girer ve büyük tahribatlara yol açar.
Hidroklorik asidin vereceği tahribat, asidin derişimiyle alakalıdır. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki çevre birimlerine göre, hidroklorik asit, toksik maddeler arasında yer alır. Aşağıda Avrupa Birliği sınıflandırmasına göre oluşturulmuş tablo yer almaktadır;
Açıklama

[a]: R36/37/38: -gözler, solunum sistemi ve deri için tahriş edici-
[b]: R34: -yanıklara neden olur-
[c]: R37: -solunum sistemi için tahriş edici-