Хлорная кислота — это минеральная кислота с формулой HClO4 . Это оксокислота хлора . Обычно встречающаяся в виде водного раствора, эта бесцветная кислота является более сильной, чем серная , азотная и соляная кислоты . Она является мощным окислителем в горячем состоянии, но водные растворы до примерно 70% по весу при комнатной температуре, как правило, безопасны, проявляя только сильные кислотные свойства и не обладая окислительными свойствами. Хлорная кислота полезна для приготовления солей перхлората , особенно перхлората аммония , важного компонента ракетного топлива . Хлорная кислота является опасно едкой и легко образует потенциально взрывоопасные смеси. [4]
Хлорная кислота была впервые синтезирована (вместе с перхлоратом калия ) австрийским химиком Фридрихом фон Штадионом и названа «кислородсодержащей хлорной кислотой » в середине 1810-х годов. Французский фармацевт Жорж-Симон Серуллас ввел современное обозначение вместе с открытием ее твердого моногидрата (который он, однако, принял за ангидрид). [5]
Хлорная кислота производится в промышленности двумя способами. Традиционный метод использует высокую растворимость перхлората натрия в воде (209 г/100 мл воды при комнатной температуре). Обработка таких растворов соляной кислотой дает хлорную кислоту, осаждающую твердый хлорид натрия:
Концентрированную кислоту можно очистить путем перегонки . Альтернативный путь, который является более прямым и позволяет избежать солей, заключается в анодном окислении водного хлора на платиновом электроде. [6] [7]
Его можно перегнать из раствора перхлората калия в серной кислоте. [8] Обработка перхлората бария серной кислотой осаждает сульфат бария , оставляя хлорную кислоту. Его также можно получить, смешивая азотную кислоту с перхлоратом аммония и кипяча при добавлении соляной кислоты. Реакция дает закись азота и хлорную кислоту из-за параллельной реакции с участием иона аммония и может быть значительно сконцентрирована и очищена путем выпаривания оставшейся азотной и соляной кислот.
Безводная хлорная кислота является нестабильной маслянистой жидкостью при комнатной температуре. Она образует по крайней мере пять гидратов , некоторые из которых были охарактеризованы кристаллографически . Эти твердые вещества состоят из аниона перхлората , связанного водородными связями с центрами H 2 O и H 3 O + . [9] Примером является перхлорат гидроксония . Хлорная кислота образует азеотроп с водой, состоящий из примерно 72,5% хлорной кислоты. Эта форма кислоты стабильна неограниченно долго и коммерчески доступна. Такие растворы гигроскопичны . Таким образом, если оставить ее открытой на воздухе, концентрированная хлорная кислота разбавляется, поглощая воду из воздуха.
Дегидратация хлорной кислоты дает ангидрид дихлоргептоксида : [10]
Хлорная кислота в основном производится как предшественник перхлората аммония , который используется в ракетном топливе. Рост ракетной техники привел к увеличению производства хлорной кислоты. Ежегодно производится несколько миллионов килограммов. [6] Хлорная кислота является одним из наиболее проверенных материалов для травления жидкокристаллических дисплеев и критически важных электронных приложений, а также для добычи руды и обладает уникальными свойствами в аналитической химии. [11] Кроме того, она является полезным компонентом при травлении хрома. [12]
Хлорная кислота, суперкислота , является одной из самых сильных кислот Бренстеда-Лоури . То, что ее p K a ниже −9, подтверждается тем фактом, что ее моногидрат содержит дискретные ионы гидроксония и может быть выделен в виде стабильного кристаллического твердого вещества, сформулированного как [H 3 O + ][ ClO–
4]. [13] Самая последняя оценка его водного p K a составляет−15,2 ± 2,0 . [3] Он обеспечивает сильную кислотность с минимальными помехами, поскольку перхлорат слабо нуклеофилен (что объясняет высокую кислотность HClO 4 ). Другие кислоты некоординирующих анионов , такие как фторборная кислота и гексафторфосфорная кислота, подвержены гидролизу, тогда как хлорная кислота — нет. Несмотря на опасности, связанные со взрывоопасностью ее солей, кислота часто является предпочтительной в определенных синтезах. [14] По аналогичным причинам она является полезным элюентом в ионообменной хроматографии . Она также используется при электрополировке или травлении алюминия, молибдена и других металлов.
В геохимии хлорная кислота способствует разложению образцов силикатных минералов для анализа, а также для полного разложения органических веществ. [15]
Учитывая ее сильные окислительные свойства, хлорная кислота подлежит тщательному регулированию, поскольку она может бурно реагировать с металлами и легковоспламеняющимися веществами, такими как дерево, пластик и масла. [16] Работы с хлорной кислотой должны проводиться в вытяжных шкафах с возможностью промывки, чтобы предотвратить накопление окислителей в воздуховодах.
20 февраля 1947 года в Лос-Анджелесе, Калифорния, 17 человек погибли и 150 получили ранения в результате катастрофы на заводе O'Connor Plating Works . Ванна, состоящая из более чем 1000 литров 75% хлорной кислоты и 35% уксусного ангидрида по объему, которая использовалась для электрополировки алюминиевой мебели, взорвалась. Органические соединения были добавлены в перегретую ванну, когда железную стойку заменили на покрытую ацетобутиратом целлюлозы ( пластик Tenit-2 ). Через несколько минут ванна взорвалась. [17] [18] Завод O'Connor Electro-Plating, 25 других зданий и 40 автомобилей были разрушены, а 250 близлежащих домов получили повреждения.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ); Собрание томов , т. 5, стр. 1106.