كلوريد الهيدروجين

مركب كلوريد الهيدروجين له الصيغة الكيميائية HCl، وهو بذلك يُصنف ضمن هاليدات الهيدروجين . في درجة حرارة الغرفة ، يكون غازًا عديم اللون ، ويُنتج أبخرة بيضاء من حمض الهيدروكلوريك عند ملامسته لبخار الماء في الهواء . ^{[ 9 ]} يُعد غاز كلوريد الهيدروجين وحمض الهيدروكلوريك من المواد المهمة في التكنولوجيا والصناعة. ويُشار إلى حمض الهيدروكلوريك، وهو المحلول المائي لكلوريد الهيدروجين، بالصيغة HCl أيضًا.

كلوريد الهيدروجين جزيء ثنائي الذرة ، يتكون من ذرة هيدروجين (H) وذرة كلور (Cl) مرتبطتين برابطة تساهمية قطبية . ذرة الكلور أكثر كهرسلبية بكثير من ذرة الهيدروجين، مما يجعل هذه الرابطة قطبية. ونتيجة لذلك، يمتلك الجزيء عزم ثنائي قطب كبير، حيث تحمل ذرة الكلور شحنة جزئية سالبة (δ−) وذرة الهيدروجين شحنة جزئية موجبة (δ+). ^{[ 10 ]} وبسبب قطبيته العالية جزئيًا، فإن كلوريد الهيدروجين شديد الذوبان في الماء (وفي المذيبات القطبية الأخرى ).

عند التلامس ، يتحد H2O و HCl لتكوين كاتيونات الهيدرونيوم [ H3O _] ⁺ وأنيونات _{الكلوريد} Cl− ^:

HCl + _H₂O → [ H₃O _] ^{⁺ +} Cl⁻

يُسمى المحلول الناتج حمض الهيدروكلوريك ، وهو حمض قوي . ثابت تفكك الحمض أو تأينه، Ka _، كبير، مما يعني أن HCl يتفكك أو يتأين كليًا في الماء. يتأين كلوريد الهيدروجين أيضًا في مذيبات أخرى مثل الميثانول .

^HCl + _CH3OH → [ CH3OH2 _] ⁺ + Cl−_​​

في غياب هذه المذيبات القطبية، يعمل كلوريد الهيدروجين كحمض ضعيف.

البنية والخصائص

تم تحديد بنية DCl الصلب بواسطة حيود النيوترونات لمسحوق DCl عند درجة حرارة 77  كلفن. استُخدم DCl بدلاً من HCl لأن نواة الديوتيريوم أسهل في الكشف من نواة الهيدروجين. ويُشار إلى البنية الخطية الممتدة بالخطوط المتقطعة.

يخضع حمض الهيدروكلوريك المتجمد لتحول طوري عند 98.4 كلفن (-174.8 درجة مئوية؛ -282.5 درجة فهرنهايت) . يُظهر حيود الأشعة السينية لمسحوق المادة المتجمدة أن المادة تتغير من بنية معينية قائمة إلى بنية مكعبة خلال هذا التحول. في كلتا البنيتين، تترتب ذرات الكلور في ترتيب مركزي الوجوه . مع ذلك، لم يُعثر على ذرات الهيدروجين. ^{[ 11 ]} يشير تحليل البيانات الطيفية والعازلة، وتحديد بنية كلوريد الديوتيريوم (DCl)، إلى أن حمض الهيدروكلوريك يُشكل سلاسل متعرجة في الحالة الصلبة، كما هو الحال مع فلوريد الهيدروجين (انظر الشكل على اليمين). ^{[ 12 ]}   

قابلية ذوبان حمض الهيدروكلوريك (جم/لتر) في المذيبات الشائعة ^{[ 13 ]}

درجة الحرارة (°مئوية)	0	20	30	50
ماء	823	720	673	596
الميثانول	513	470	430
الإيثانول	454	410	381
الأثير	356	249	195

يتكون طيف الأشعة تحت الحمراء لغاز كلوريد الهيدروجين، الموضح على اليسار، من عدد من خطوط الامتصاص الحادة المتجمعة حول 2886  سم⁻¹ (طول الموجة ~3.47 ميكرومتر). عند درجة حرارة الغرفة، تكون جميع الجزيئات تقريبًا في الحالة الاهتزازية الأرضية v = 0. وبإضافة اللا توافقية ^، يمكن كتابة طاقة الاهتزاز على النحو التالي:   

${\displaystyle E_{\mathrm {v}}=h\nu _{e}\left(v+{\tfrac {1}{2}}\right)+hx_{e}\nu _{e}\left(v+{\tfrac {1}{2}}\right)^{2}}$

لترقية جزيء HCl من الحالة v  =  0 إلى الحالة v  =  1، نتوقع رؤية امتصاص للأشعة تحت الحمراء عند تردد ν₀ = νₑ + 2xe _νₑ = 2880 _سم⁻¹ . مع ذلك ^، _{لا يُرصد هذا الامتصاص الموافق للفرع Q لأنه ممنوعٌ بسبب التناظر. بدلاً} من ذلك، تُرى مجموعتان من الإشارات ( الفرعان P وR) نتيجةً لتغير متزامن في الحالة الدورانية للجزيئات. وبسبب قواعد الانتقاء الكمومي، لا يُسمح إلا بانتقالات دورانية محددة. تتميز هذه الحالات بالعدد الكمومي الدوراني J = 0، 1، 2، 3، ... وتنص قواعد الانتقاء على أن ΔJ لا يمكن أن يأخذ إلا القيمتين ±1.       

${\displaystyle E(J)_{\mathrm {rot} }=h\cdot B\cdot J(J+1)}$

قيمة ثابت الدوران B أصغر بكثير من قيمة ثابت الاهتزاز ν₀ _، مما يعني أن تدوير الجزيء يتطلب طاقة أقل بكثير؛ وبالنسبة لجزيء نموذجي، تقع هذه الطاقة ضمن نطاق الموجات الميكروية. مع ذلك، تقع طاقة اهتزاز جزيء HCl ضمن نطاق الأشعة تحت الحمراء، مما يسمح بجمع طيف يُظهر انتقالات الدوران والاهتزاز لهذا الجزيء بسهولة باستخدام مطياف الأشعة تحت الحمراء المزود بخلية غازية. ويمكن تصنيع هذه الخلية من الكوارتز، حيث يقع امتصاص HCl ضمن نطاق شفافية هذه المادة.

يتكون الكلور الموجود بوفرة طبيعية من نظيرين، ^35Cl و ³⁷ Cl، بنسبة تقريبية 3:1. في حين أن ثوابت الزنبرك متطابقة تقريبًا، فإن الكتل المختزلة المتباينة لـ H35Cl ^و H37Cl ^تسبب اختلافات قابلة للقياس في الطاقة الدورانية، وبالتالي تُلاحظ ثنائيات عند الفحص الدقيق لكل خط امتصاص، موزونة بنفس النسبة 3:1.

يُستهلك معظم كلوريد الهيدروجين في إنتاج حمض الهيدروكلوريك. كما يُستخدم في إنتاج كلوريد الفينيل والعديد من كلوريدات الألكيل . ^{[ 18 ]} يُنتج ثلاثي كلورو سيلان ، وهو مادة أولية للسيليكون فائق النقاء، من تفاعل كلوريد الهيدروجين مع السيليكون عند حوالي 300 درجة مئوية. ^{[ 19 ]}

Si + 3 HCl → HSiCl ₃ + H ₂

حوالي عام 900 ميلادي، كان مؤلفو الكتابات العربية المنسوبة إلى جابر بن حيان (باللاتينية: Geber) والطبيب والكيميائي الفارسي أبو بكر الرازي (حوالي 865-925 ميلادي، باللاتينية: Rhazes) يجرون تجارب على كلوريد الأمونيوم ( الملح الأمونياكي )، والذي ينتج عنه كلوريد الهيدروجين عند تقطيره مع كبريتات المعادن المائية ( الزاج ). ^{[ 20 ]} من المحتمل أن الرازي قد اكتشف، في إحدى تجاربه، طريقة بدائية لإنتاج حمض الهيدروكلوريك . ^{[ 21 ]} مع ذلك، يبدو أنه في معظم هذه التجارب المبكرة على أملاح الكلوريد ، تم التخلص من المنتجات الغازية، وربما تم إنتاج كلوريد الهيدروجين مرات عديدة قبل اكتشاف إمكانية استخدامه في الكيمياء. ^{[ 22 ]}

كان من أوائل هذه الاستخدامات تخليق كلوريد الزئبق (II) (الزئبق المتسامي المسبب للتآكل)، والذي وُصف إنتاجه من تسخين الزئبق إما مع الشب وكلوريد الأمونيوم أو مع الزاج وكلوريد الصوديوم لأول مرة في كتاب " De aluminibus et salibus " ("في الشب والأملاح")، وهو نص عربي من القرن الحادي عشر أو الثاني عشر نُسب خطأً إلى أبي بكر الرازي وترجمه إلى اللاتينية جيرارد الكريموني (1144-1187). ^{[ 23 ]}

ومن التطورات المهمة الأخرى اكتشاف جابر الزائف (في كتابه "De inventione veritatis "، "في اكتشاف الحقيقة"، بعد حوالي عام 1300) أنه بإضافة كلوريد الأمونيوم إلى حمض النيتريك ، يمكن إنتاج مذيب قوي قادر على إذابة الذهب (أي الماء الملكي ). ^{[ 24 ]}

بعد اكتشاف عملية تحضير حمض الهيدروكلوريك النقي في أواخر القرن السادس عشر، ^{[ 25 ]} لوحظ أن هذا الحمض الجديد (الذي كان يُعرف آنذاك باسم روح الملح أو حمض الملح ) يُطلق غاز كلوريد الهيدروجين، والذي كان يُسمى هواء حمض البحر . في القرن السابع عشر، استخدم يوهان رودولف غلاوبر الملح ( كلوريد الصوديوم ) وحمض الكبريتيك لتحضير كبريتات الصوديوم ، مُطلقًا غاز كلوريد الهيدروجين (انظر قسم الإنتاج أعلاه). في عام 1772، أبلغ كارل فيلهلم شيل أيضًا عن هذا التفاعل ، ويُنسب إليه أحيانًا اكتشافه. حضّر جوزيف بريستلي كلوريد الهيدروجين في عام 1772، وفي عام 1810 أثبت همفري ديفي أنه يتكون من الهيدروجين والكلور . ^{[ 26 ]}

خلال الثورة الصناعية ، ازداد الطلب على المواد القلوية مثل رماد الصودا ، فقام نيكولاس لوبلان بتطوير عملية جديدة لإنتاج رماد الصودا على نطاق صناعي. في عملية لوبلان ، يُحوّل الملح إلى رماد الصودا باستخدام حمض الكبريتيك والحجر الجيري والفحم، وينتج كلوريد الهيدروجين كمنتج ثانوي. في البداية، كان يُصرّف هذا الغاز إلى الهواء، ولكن قانون القلويات لعام 1863 حظر هذا التصريف، فقام منتجو رماد الصودا بامتصاص غاز كلوريد الهيدروجين في الماء، منتجين بذلك حمض الهيدروكلوريك على نطاق صناعي. لاحقًا، طُوّرت عملية هارجريفز ، وهي مشابهة لعملية لوبلان باستثناء استخدام ثاني أكسيد الكبريت والماء والهواء بدلًا من حمض الكبريتيك في تفاعل طارد للحرارة. في أوائل القرن العشرين، حلت عملية سولفاي محل عملية لوبلان فعليًا ، وهي عملية لا تُنتج كلوريد الهيدروجين. مع ذلك، استمر إنتاج كلوريد الهيدروجين كخطوة في إنتاج حمض الهيدروكلوريك.

تشمل الاستخدامات التاريخية لكلوريد الهيدروجين في القرن العشرين تفاعلات الهيدروكلورة للألكاينات لإنتاج المونومرات المكلورة ، الكلوروبرين وكلوريد الفينيل ، والتي تُبلمر لاحقًا لإنتاج البولي كلوروبرين ( نيوبرين ) وبولي فينيل كلوريد ( _PVC ) على التوالي. في إنتاج كلوريد الفينيل، يُهدرج الأسيتيلين ( C₂H₂ ₎ بإضافة حمض الهيدروكلوريك عبر الرابطة الثلاثية لجزيء _C₂H₂ ، مما يحول الرابطة الثلاثية إلى رابطة ثنائية _، وينتج كلوريد الفينيل .

تبدأ "عملية الأسيتيلين"، المستخدمة حتى الستينيات لصنع الكلوروبرين ، بربط جزيئين من الأسيتيلين ، ثم إضافة حمض الهيدروكلوريك إلى المركب الوسيط المرتبط عبر الرابطة الثلاثية لتحويله إلى كلوروبرين كما هو موضح هنا:

تم استبدال "عملية الأسيتيلين" هذه بعملية تضيف Cl ₂ إلى الرابطة المزدوجة للإيثيلين بدلاً من ذلك، ويؤدي الإزالة اللاحقة إلى إنتاج HCl بدلاً من ذلك، بالإضافة إلى الكلوروبرين.

يُكوّن كلوريد الهيدروجين حمض الهيدروكلوريك المُسبّب للتآكل عند ملامسته للماء الموجود في أنسجة الجسم. استنشاق أبخرته قد يُسبب السعال ، والاختناق ، والتهاب الأنف والحلق والجهاز التنفسي العلوي ، وفي الحالات الشديدة، قد يُسبب وذمة رئوية ، وفشلًا في الدورة الدموية ، والوفاة. ^{[ 27 ]} ملامسة الجلد له قد تُسبب احمرارًا، وألمًا ، وحروقًا كيميائية شديدة . كما قد يُسبب كلوريد الهيدروجين حروقًا شديدة في العين وتلفًا دائمًا فيها.

وضعت إدارة السلامة والصحة المهنية الأمريكية والمعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية  حدوداً للتعرض المهني لغاز كلوريد الهيدروجين بحد أقصى 5 جزء في المليون (7  ملغم/م ³ )، ^{[ 28 ]} وجمعتا معلومات شاملة حول مخاوف السلامة في مكان العمل المتعلقة بغاز كلوريد الهيدروجين. ^{[ 29 ]}

• حمض المعدة ، وهو حمض الهيدروكلوريك الذي يُفرز في المعدة للمساعدة في هضم البروتينات
• الكلوريد ، أملاح كلوريد الهيدروجين
• بروميد الهيدروجين
• هيدروكلوريد ، أملاح عضوية لحمض الهيدروكلوريك
• الهدرجة الكلورية ، تفاعل إضافة مع الألكينات

• بطاقة السلامة الكيميائية الدولية رقم 0163
• دليل تجارب Thames & Kosmos Chem C2000