Хлорная кислота – минеральная кислота с формулой HClO4 . Это бесцветное соединение, обычно встречающееся в виде водного раствора, является более сильной кислотой, чем серная кислота , азотная кислота и соляная кислота . В горячем состоянии он является мощным окислителем , но водные растворы с концентрацией примерно до 70% по массе при комнатной температуре, как правило, безопасны, поскольку проявляют только сильные кислотные свойства и не имеют окислительных свойств. Хлорная кислота полезна для получения перхлоратных солей, особенно перхлората аммония , важного компонента ракетного топлива . Хлорная кислота опасно коррозионна и легко образует потенциально взрывоопасные смеси. [4]
Хлорная кислота была впервые синтезирована (вместе с перхлоратом калия ) австрийским химиком Фридрихом фон Стадионом и названа «кислородной хлорной кислотой» в середине 1810-х годов. Французский фармацевт Жорж-Симон Серуллас ввел современное обозначение вместе с открытием его 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, выпадающую в осадок твердого хлорида натрия:
Концентрированную кислоту можно очистить перегонкой . Альтернативный путь, более прямой и не допускающий использования солей, предполагает анодное окисление водного хлора на платиновом электроде. [6] [7]
Обработка перхлората бария серной кислотой приводит к осаждению сульфата бария , оставляя хлорную кислоту. Его также можно получить путем смешивания азотной кислоты с перхлоратом аммония и кипячения с добавлением соляной кислоты. В результате реакции образуются закись азота и хлорная кислота в результате одновременной реакции с участием иона аммония , и ее можно концентрировать и значительно очищать путем выпаривания оставшихся азотной и соляной кислот.
Безводная хлорная кислота представляет собой нестабильную маслянистую жидкость при комнатной температуре. Он образует по крайней мере пять гидратов , некоторые из которых охарактеризованы кристаллографически . Эти твердые вещества состоят из перхлорат -аниона, связанного водородными связями с центрами H 2 O и H 3 O + . [8] Примером является перхлорат гидроксония . Хлорная кислота образует с водой азеотроп , состоящий примерно на 72,5% из хлорной кислоты. Эта форма кислоты стабильна неопределенно долго и коммерчески доступна. Такие растворы гигроскопичны . Таким образом, если оставить ее на воздухе, концентрированная хлорная кислота разбавляется, поглощая воду из воздуха.
Дегидратация хлорной кислоты дает ангидрид дихлоргептоксида : [9]
Хлорная кислота в основном производится как прекурсор перхлората аммония , который используется в ракетном топливе. Развитие ракетной техники привело к увеличению производства хлорной кислоты. Ежегодно производится несколько миллионов килограммов. [6] Хлорная кислота является одним из наиболее проверенных материалов для травления жидкокристаллических дисплеев и критической электроники, а также для добычи руды и обладает уникальными свойствами в аналитической химии. [10] Кроме того, это полезный компонент при травлении хрома. [11]
Хлорная кислота, суперкислота , является одной из самых сильных кислот Бренстеда-Лоури . О том, что его p K a ниже -9, свидетельствует тот факт, что его моногидрат содержит дискретные ионы гидроксония и может быть выделен в виде стабильного кристаллического твердого вещества, сформулированного как [H 3 O + ][ ClO–
4]. [12] Самая последняя оценка его водного p K a равна−15,2 ± 2,0 . [3] Он обеспечивает сильную кислотность с минимальным вмешательством, поскольку перхлорат является слабонуклеофильным ( 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, в некоторых синтезах часто отдают предпочтение кислоте. [13] По тем же причинам это полезный элюент в ионообменной хроматографии.
Он также используется для электрополировки или травления алюминия, молибдена и других металлов.
Учитывая ее сильные окислительные свойства, хлорная кислота подлежит строгим правилам, поскольку она может бурно реагировать с металлами и легковоспламеняющимися веществами, такими как древесина, пластмассы и масла. [14] Работы, проводимые с хлорной кислотой, должны проводиться в вытяжных шкафах с возможностью промывки во избежание накопления окислителей в воздуховодах.
20 февраля 1947 года в Лос-Анджелесе, штат Калифорния, 17 человек погибли и 150 получили ранения в результате катастрофы на заводе O'Connor Plating Works . Взорвалась ванна, состоящая из более чем 1000 литров 75% хлорной кислоты и 35% уксусного ангидрида , которая использовалась для электрополировки алюминиевой мебели. Органические соединения добавляли в ванну для перегрева при замене железной стойки на решетку, покрытую ацетобутиратом целлюлозы ( пластик Тенит-2 ). Через несколько минут ванна взорвалась. [15] [16] Гальванический завод О'Коннора, 25 других зданий и 40 автомобилей были разрушены, а 250 близлежащих домов были повреждены.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ); Коллективный том , том. 5, с. 1106