حمض الهيدروكلوريك Hydrochloric Acid

حمض الهيدروكلوريك   (Hydrochloric Acid (HCl 

حمض الهيدروكلوريك Hydrochloric acid (أو كما سماه جابر بن حيان روح الملح) هو حمض معدني قوي، وهو عبارة عن محلول مائي لغاز كلوريد الهيدروجين HCl؛ يعدّ حمض الهيدروكلوريك المكوّن الرئيس للعصارة الهضمية، والتي تساعد على استفادة الجسم من الغذاء.

تاريخياً يوجد لهذا الحمض عدّة أسماء، فكان يدعى ملح الحمض، وحمض المورياتيك، وروح الملح، لأنه كان ينتج من ملح الصخور والزاج الأخضر، وحضّره العالم جابر بن حيان أوّلاً، ووصفت طرق تحضيره في مدوّنات بازيليوس فالانتينوس في أوروبا في القرن الخامس عشر؛ كما وصفه أندرياس ليبافيوس أيضاً في القرن السادس عشر، واستخدمه عدد من الكيميائيين في أبحاثهم مثل جوزيف بريستلي وهمفري ديفي ويوهان رودولف غلاوبر؛ ثم ليقوم الأخير بإنتاجه من الملح الشائع وحمض الكبريت في القرن السابع عشر.

بدأ الإنتاج الرئيسي على نطاق واسع في الثورة الصناعية، حيث يستخدم حمض الهيدروكلوريك في الصناعة الكيميائية كمتفاعل كيميائي (مادة متفاعلة) على نطاق واسع في إنتاج المونوميرات المستخدمة لصناعة بلاستيك مثل الكلوريد متعدد الفاينيل (PVC) ومتعدد اليوريثان. كما أنّ له تطبيقات كثيرة على نطاق أصغر تشمل مواد التنظيف المنزلي وفي إنتاج الجيلاتين وفي إضافات الطعام وفي إزالة الترسّبات في الأنابيب المعدنية وفي معالجة الجلود.

يجب أن يتمّ التعامل مع حمض الهيدروكلوريك بحرص شديد مع اتخاذ احتياطات الأمان الملائمة حيث أنه سائل أكّال، ويطلق على أملاحه اسم الكلوريدات، وعندما يكون التفاعل مع قاعدة عضوية يشكل أملاح الهيدروكلوريدات.

الإكتشاف :

اكتشف حمض الهيدروكلوريك HCl جابر بن حيان في حوالي عام 800م؛ واستخدمه لتحضير الماء الملكي، وذلك بحلّ ملح النشادر في حمض النتريك (روح النتر)، ثم استخدم في العصور الوسطى حيث كان السعي الدؤوب لإيجاد حجر الفيلسوف. انتقلت معرفته بعد ذلك إلى القارة الأوروبية، حيث ورد في مدوّنات جابر الزائف المترجمة في القرن الثالث عشر. وصف أندرياس ليبافيوس في القرن السادس عشر طريقة تحضير حمض الهيدروكلوريك الحرّ من تسخين الملح في بواتق فخّارية. في حين أنّ آراء أخرى تقول أنّ بازيليوس فالانتينوس كان أوّل من وصف تحضير حمض الهيدروكلوريك الحرّ في القرن الخامس عشر، وذلك من تسخين ملح الطعام مع الزاج الأخضر.

الإنتاج Production :

يحضّر حمض الهيدروكلويك HCl من حلّ غاز كلوريد الهيدروجين في الماء، وبما أنّه يوجد عدّة طرق لتحضير ذلك الغاز، فإنّه توجد بالتالي طرق مختلفة متعدّدة لتحضير حمض الهيدروكلوريك. وينتج حالياً في الصناعات الكيميائية كناتج ثانوي خلال تحضير الكيمياويات الأخرى.

التحضير المباشر:

يتمّ تحليل الملح كهربياً وينتج الكلور الحر وكلوريد الصوديوم والهيدروجين؛ ثمّ تجرى إعادة اتحاد الكلور النقي مع الهيدروجين ويتمّ تكوين غاز كلوريد الهيدروجين النقي. وذلك التفاعل تفاعل طارد للحرارة.

${\displaystyle \mathrm {H_{2}+Cl_{2}\rightarrow 2\;HCl} }$

غاز كلوريد الهيدروجين الناتج يتمّ إذابته في ماء منزوع الأيونات حيث ينتج حمض الهيدروكلوريك النقي.

أمّا مخبرياً فيمكن تحضير غاز كلوريد الهيدروجين من تفاعل حمض الكبريتيك مع كلوريد الصوديوم:

${\displaystyle \mathrm {NaCl+H_{2}SO_{4}\longrightarrow NaHSO_{4}+HCl_{(g)}} }$

ثم يركّز الغاز الناتج ويمرّر في الماء لتحضير الحمض.

ويقدّر حجم السوق العالمي المفتوح بـ 5 طنّ مكعّب سنوياً. يمكن أن يتمّ إنتاج حمض الهيدروكلوريك بمحلول يصل تركيزه إلى 38% (محلول مركّز). تعدّ التراكيز الأعلى التي تصل تقريباً حوالي 40% ممكنة كيميائياً، إلّا أنّ ضغط البخار سيكون بالتالي مرتفعاً، ممّا يصعّب من عملية تخزينه، وسيحتاج التعامل به احتراساً وحذراً أكبر. عملياً يتمّ الإنتاج بالكمّيات الصناعية بتراكيز تتراوح بين 30% - 35%، وذلك بشكل يحقّق التوازن بين كفاءة النقل وبين الحفاظ على المنتج من التبخّر. يباع حمض الهيدروكلوريك في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة لأغراض الاستخدمات المنزلية (غالباً لأغراض التنظيف) بتراكيز بين 10% إلى 12%.

الخواص الكيميائيية والفيزيائية:

حمض الهيدروكلوريك سائل عديم اللون وذو رائحة لاذعة كريهة. (عندما يكون الحمض ذو لون أصفر فهذا يعني أنّه يحتوي على شوائب من معادن مذابة فيه). حمض الهيدروكلوريك ذو توصيل رديء للتيّار الكهربائي.

حمض الهيدروكلوريك

ملاحظة:

إنّ الخواص الفيزيائية لحمض الهيدروكلوريك HCl مثل درجات الغليان والانصهار والكثافة ودرجة الحموضة وغيرها تعتمد على التركيز  في المحلول المائي. يمكن أن تمتدّ قيم التركيز انطلاقاً من الماء الحاوي على تراكيز قليلة جداً تقترب قيمتها إلى صفر% من حمض الهيدروكلوريك، وصولاً إلى قيم تراكيز مرتفعة من حمض الهيدروكلوريك المدخِّن تقريباً تركيز 40% من الحمض.

الخصائص الكيميائية و الفيزيائية
الصيغة الجزيئية	HCl
المظهر	عديم اللون
الكتلة المولية	36.46 غ/مول
الكثافة	1.19 غ/سم3 (محلول 37%)
درجة الغليان	48 درجة مئوية

الإستخدامات Application :

حمض الهيدروكلوريك حمض لاعضوي قوي ويستخدم في عمليات صناعية عدّة منها صقل المعادن وتنقيتها. وعادة ما يكون التطبيق هو المحدّد لجودة المنتج المطلوب.

تنظيف سطح الفولاذ Pickling of steel :

من أهمّ التطبيقات التي يستخدم فيها حمض الهيدروكلوريك في الصناعة هي عملية الصقل الحمضي للفولاذ (التخليل) لإزالة الصدأ أو قشرة أكاسيد الحديد من على السطح قبل القيام بعمليات لاحقة، مثل البثق أو الدرفلة أو الغلفنة أو أيّ معالجات صناعية أخرى. عادةً ما تستخدم محاليل من حمض الهيدروكلوريك بتركيز 18% وبجودة تقنية كافية لأغراض صقل الفولاذ الكربوني بدرجاته.

${\displaystyle \mathrm {Fe_{2}O_{3}\ +\ Fe\ +\ 6\ HCl\ \longrightarrow \ 3\ FeCl_{2}\ +3\ H_{2}O} }$

يمكن نظرياً إعادة تدوير حمض الهيدروكلوريك من محلول كلوريد الحديد الثنائي، إّلا أنّ النسبة المرتفعة من الفلزّات الثقيلة في المحاليل المستخدمة في الصقل قلّلت من هذه الممارسة. يمكن أن تتمّ عملية إعادة التدوير من حيث المبدأ بأسلوب التحلّل المائي  بأسلوب حراري بوجود أكسجين الهواء وفق المعادلةالتالية:

${\displaystyle \mathrm {4\ FeCl_{2}\ +\ 4\ H_{2}O\ +\ O_{2}\ \longrightarrow \ 8\ HCl\ +2\ Fe_{2}O_{3}} }$

وبذلك يتمّ الاسترداد وفق دائرة مغلقة للحمض. أمّا الناتج الثانوي من أكسيد الحديد الثلاثي من عملية إعادة التدوير فهو هام وذو قيمة، بحيث يستخدم في صناعات ثانوية متنوّعة.

إعادة تنشيط المبادلات الأيونية Regeneration of ion exchangers:

من تطبيقات حمض الهيدروكلوريك عالي الجودة هو إعادة تنشيط راتنجات المبادلات الأيونية. تعدّ المبادلات الكاتيونية واسعة الاستخدام لإزالة الأيونات مثل أيونات الصوديوم ⁺Na والكالسيوم ²⁺Ca لإنتاج مياه خالية من المعادن؛ ويستخدم الحمض لإزالة الكاتيونات من على الراتنج (الريزين)، فتحلّ أيونات الهيدروجين محلّ الصوديوم أو الكالسيوم وفق النسب الكيميائية.

تستخدم كلّ من المبادلات الأيونية والمياه غير المعدنية في الكثير من الصناعات الكيميائية والغذائية وفي إنتاج مياه الشرب.

إنتاج المركّبات العضوية Production of organic compounds:

من بين التطبيقات الرئيسية الأخرى لحمض الهيدروكلوريك استخدامه في إنتاج المركّبات العضوية، مثل كلوريد الفاينيل وثنائي كلورو الإيثان من أجل تحضير بولي فاينيل كلوريد PVC. يعدّ هذا غالباً لسدّ حاجات المنتجين بحيث يستهلك حمض الهيدروكلوريك المنتَج محلّياً الذي لا يصل فعلياً للسوق المفتوح. من المركّبات العضوية الأخرى المنتَجة باستخدام حمض الهيدروكلوريك كلّ من: ثنائي الفينول أ لتحضير متعدد الكربونات، والكربون المنشَّط وحمض الأسكوربيك، كذلك في تحضير مجموعة كبيرة من المنتجات الصيدلانية.

${\displaystyle \mathrm {2\ H_{2}C=CH_{2}\ +\ 4\ HCl\ +\ O_{2}\ \longrightarrow \ 2\ ClCH_{2}CH_{2}Cl\ +\ 2\ H_{2}O} }$

يستخدم حمض الهيدروكلوريك في الصناعات الدوائية عادةَ من أجل تحضير أملاح الهيدروكلوريد للمكوّنات الفعالة القاعدية ضعيفة الانحلال في الماء، مثل سيبروفلوكساسين وسيتالوبرام وكلينبوتيرول وكليندامايسين؛ مما يسهّل من تعاطي العقار.

إنتاج المركّبات غير العضوية Production of inorganic compounds:

يمكن إنتاج العديد من المركّبات انطلاقاً من حمض الهيدروكلوريك عبر تفاعل حمض-قاعدة نمطي، ينتج منه مركّبات غير عضوية من الكلوريدات، وهذا يشمل كيميائيات معالجة الماء مثل كلوريد الحديد الثلاثي وكلوروهيدرات الألومنيوم.

${\displaystyle \mathrm {Fe_{2}O_{3}\ +\ 6\ HCl\ \longrightarrow \ 2\ FeCl_{3}\ +\ 3\ H_{2}O} }$

يستخدم كلّ من المركبين المذكورين كعوامل تندّف وتخثير في معالجة مياه الصرف الصحي وإنتاج المياه الصالحة للشرب وصناعة الورق.

من المركّبات غير العضوية الأخرى المنتَجة باستخدام حمض الهيدروكلوريك كلّ من ملح كلوريد الكالسيوم المستخدم في رش الطرقات لإذابة الجليد، وكلوريد النيكل الثنائي للتلبيس الكهربائي (الطلي)، وكلوريد الزنك للجلفنة ولصناعة البطاريات.

${\displaystyle \mathrm {CaCO_{3}\ +\ 2\ HCl\ \longrightarrow \ CaCl_{2}\ +\ CO_{2}\ +\ H_{2}O} }$

ضبط pH الوسط pH control and neutralization:

يستخدم حمض الهيدروكلوريك لضبط حموضة الوسط (pH) في المحاليل.

${\displaystyle \mathrm {OH^{-}\ +\ HCl\ \longrightarrow \ H_{2}O\ +\ Cl^{-}} }$

يستخدم حمض الهيدروكلوريك ذو الجودة العالية في الصناعات التي تتطلّب نقاوة (مثل الصناعات الغذائية والصيدلانية وفي صتاعة مياه الشرب) للتحكّم بدرجة الحموضة لمجاري مياه العملية. أمّا في الصناعات الأقلّ تطلّباً فيستخدم حمض الهيدروكلوريك ذو الجودة التقنية، إذ يفي بالغرض لمعادلة مجاري الفضلات والتحكّم بدرجة حموضة برك السباحة.

أخرى Other:

يستخدم حمض الهيدروكلوريك لعدد واسع من التطبيقات الصغيرة مثل معالجة الجلود، وتنقية الملح، ومستحضرات التنظيف المنزلية، والصناعات الإنشائية. كذلك يستخدم في استخراج النفط حيث يحقن حمض الهيدروكلوريك من أجل إذابة جزء من الصخر والحصول على البنية المسامية؛ وهذه العملية من تحميض الآبار الصخرية شائعة في استخراج نفط بحر الشمال.

يستخدم حمض الهيدروكلوريك لإذابة كربونات الكالسيوم، مثلاَ في إزالة الترسبات في المراجل والغلّايات. كما يستخدم أيضاَ في التطبيقات الإنشائية لإزالة الملاط من بناء الآجر. عند استخدامه على بناء الآجر يحدث التفاعل التالي:

${\displaystyle \mathrm {CaCO_{3}\ +\ 2\ HCl\ \longrightarrow \ CaCl_{2}\ +\ CO_{2}\ +\ H_{2}O} }$

هناك عدّة تفاعلات كيميائية تتضمّن حمض الهيدروكلوريك، ويتم تطبيقها في الصناعات الغذائية مثل تحضير المضافات الغذائية. تشمل المنتجات النموذجية في هذا السياق: الأسبارتام والفركتوز وحمض الليمون (حمض الستريك) واللايسين وفي إنتاج الجيلاتين. يمكن إضافة حمض الهيدروكلوريك ذي النقاوة الكبيرة في الصناعات الغذائية عند الحاجة للمنتج النهائي. ولذلك الغرض فللحمض رمز خاص به وهو E 507.

احتياطات الأمان Safety :

يمكن لحمض الهيدروكلوريك عالي التركيز أن يشكّل ضباباً (يوصف حينئذ بحمض الهيدروكلوريك المدخَّن). لكلّ من المحلول والضباب تأثير أكّال على أنسجة الإنسان، حيث يمكن أن يؤذي أعضاء التنفّس والعين والجلد والأمعاء بشكل مستديم وبأثر غير عكسي. في حال انسكاب الحمض على الجلد يتسبّب بحروق جلدية تتراوح درجتها حسب تركيزه.

عند خلط حمض الهيدروكلوريك مع مواد كيميائية مؤكسدة شائعة مثل هيبوكلوريت الصوديوم (المبيّض) أو بيرمنغنات البوتاسيوم ينتج غاز الكلور السام:

${\displaystyle \mathrm {NaClO\ +2\ HCl\ \longrightarrow \ H_{2}O\ +\ NaCl\ +\ Cl_{2}} }$

${\displaystyle \mathrm {KMnO_{4}\ +\ 16\ HCl\ \longrightarrow \ 2\ MnCl_{2}\ +\ 8\ H_{2}O\ +\ 2\ KCl\ +\ 5\ Cl_{2}} }$

تختلف الاحتياطات المتّبعة أثناء التعامل مع المادة باختلاف الكمّية والظروف المحيطة. فعند التعامل بحمض الهيدروكلوريك يجب أخذ الحيطة والحذر، واستعمال واقيات الأعين والقفّازات بالإضافة إلى اللباس الواقي والساحبات الهوائية. عند تعرّض الملابس لامتصاص الحمض يجب أن يمدّد بكمّيات وافرة من الماء ومن ثم الإسراع بطرحها. وعند تعرّض الجلد أو العيون لرذاذ الحمض يتمّ معالجتها مباشرة بالغسل بكمّيات وافرة من الماء و بشكل مطوّل مع استمرار المراقبة الطبية. صنّفت وكالة حماية البيئة الأمريكية حمض الهيدروكلوريك كمادّة سامّة.

السمية :

آكال للجلد (99.91%)
مضر للعينين  (22.55%)
سمية حادة  (47.67%)

المراجع :

https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrochloric_acid

https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Hydrochloric-acid