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{{混同|塩素酸}} |
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}} |
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| IUPACName = [[クロラン]]の[[オキシダン]]溶液<ref>{{cite book|title=Nomenclature of Organic Chemistry: IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013| veditors = Favre HA, Powell WH |date=2014|publisher=The [[王立化学会]]|place=Cambridge|page=131}}</ref> |
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| Formula = HCl<sub>(aq)</sub> |
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| Appearance = 無色透明な液体、濃度の高いものは煙を発生させる |
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| MolarMass = 36.46 g mol<sup>−1</sup> (HCl) |
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| Odor = 独特な刺激臭 |
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| Density = 1.18g cm<sup>−3</sup> |
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| MeltingPt = 濃度に依存 – [[#物理的性質|表]]を見ること |
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| Appearance = 無色透明もしくは薄い黄色の液体 |
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| BoilingPt = 濃度に依存 – [[#物理的性質|表]]を見ること |
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| Solubility = 混和性 |
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| pKa = −5.9 (HCl gas)<ref name="Trummal 3663–3669">{{cite journal | author = Trummal A, Lipping L, Kaljurand I, Koppel IA, Leito I | title = Acidity of Strong Acids in Water and Dimethyl Sulfoxide | language = EN | journal = The Journal of Physical Chemistry A | volume = 120 | issue = 20 | pages = 3663–9 | date = May 2016 | pmid = 27115918 | doi = 10.1021/acs.jpca.6b02253 | bibcode = 2016JPCA..120.3663T }}</ref> |
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| MeltingPt = −27.32 °C (247 K)<br />38% 溶液 |
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| LogP = 0.00<ref name="chemsrc">{{Cite web|url=https://www.chemsrc.com/en/cas/7647-01-0_81412.html|title=Hydrochloric acid|website=www.chemsrc.com|accessdate=2021-09-24}}</ref> |
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| BoilingPt = 110 °C (383 K),<br />20.2% 溶液<br /> 48 °C (321 K),<br />38% 溶液 |
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| Viscosity = 1.9 mPa·s at 25 °C,<br />31.5% 溶液 |
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| |
| Section3 = |
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| Section4 = |
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| Section5 = |
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| Section4 = {{Chembox Thermochemistry |
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| Section6 = {{Chembox Pharmacology |
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| DeltaHf = −92.307 kJ mol<sup>−1</sup> |
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| ATCCode_prefix = A09 |
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| Entropy = 186.908 J mol<sup>−1</sup>K<sup>−1</sup> |
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| ATCCode_suffix = AB03 |
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| HeatCapacity = 29.12 J mol<sup>−1</sup>K<sup>−1</sup> |
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| ATC_Supplemental = {{ATC|B05|XA13}} |
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}} |
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}} |
|||
| Section7 = {{Chembox Hazards |
| Section7 = {{Chembox Hazards |
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| |
| GHSPictograms ={{GHS07}}{{GHS05}} |
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| GHSSignalWord = 危険<ref name="sigma">{{Sigma-Aldrich|sigald|id=258148|name=Hydrochloric acid|access-date=2022-03-22}}</ref> |
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| GHSPictograms ={{GHSp|GHS05}}{{GHSp|GHS07}} |
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| HPhrases = {{H-phrases|290|314|335}}<ref name="sigma" /> |
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| 主な危険性=腐食性 |
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| PPhrases = {{P-phrases|260|280|303+361+353|305+351+338}}<ref name="sigma" /> |
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| IngestionHazard=大いにあり。 |
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| NFPA-H = 3 |
|||
| InhalationHazard=大いにあり。 |
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| NFPA-F = 0 |
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| ExternalMSDS = [http://msds.chem.ox.ac.uk/HY/hydrochloric_acid.html External MSDS] |
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| NFPA-R = 1 |
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| 眼への危険性=大いにあり。 |
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| NFPA-S = ACID |
|||
| 皮膚への危険性=大いにあり。 |
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}} |
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| NFPA-H = 3 | NFPA-F = 0 | NFPA-R=1 | NFPA-O = ACID <!-- 32–38% solution--> |
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| MainHazards = 腐食性 |
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| 引火点= 無し |
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| Rフレーズ= {{R34}}, {{R37}} |
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| Sフレーズ= {{S26}}, {{S36}}, {{S45}} |
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| JP-PDSCL=劇物。<!-- 何故か表示されないようです。--> |
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| PEL= |
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| NOAEL= |
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| LD50= |
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| LC50= |
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|||
| Section8 = {{Chembox Related |
| Section8 = {{Chembox Related |
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| |
| OtherCompounds = {{Unbulleted list|[[フッ化水素酸]]|[[臭化水素酸]]|[[ヨウ化水素酸]]}} |
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}} |
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| Function = [[酸]] |
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| OtherFunctn = [[臭化水素酸]]<br />[[フッ化水素酸]]<br />[[ヨウ化水素酸]]<br />[[硫酸]] |
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}} |
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}} |
}} |
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[[ファイル:Hydrochloric acid 05.jpg|thumb|ガラス瓶入りの塩酸]] |
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'''塩酸'''(えんさん、hydrochloric acid)は、[[塩化水素]]([[化学式]]HCl)の[[水溶液]]。代表的な[[酸]]のひとつで、強い[[酸性]]を示す。 |
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'''塩酸'''(えんさん)とは[[塩化水素]]の[[水溶液]]であり[[強酸]]の一種である。本来は'''[[塩化水素]]酸'''と呼ぶべきものだが、歴史的な経緯から[[酸素]]を含む酸と同じように、塩酸と呼ばれている<ref>{{Cite web|和書|url=http://www.page.sannet.ne.jp/matukawa/ensan.htm|title=塩酸の名称についての疑問|date=2004-12-26|author=Matsukawa, T.|accessdate=2011-10-07}}</ref>。 刺激臭をもつ無色の液体。 |
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== 概要 == |
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本来は'''[[塩化水素]]酸'''と呼ぶべきものだが、歴史的な経緯から[[酸素]]を含む酸と同じように、塩酸と呼ばれている。<ref>{{cite web|url=http://www.page.sannet.ne.jp/matukawa/ensan.htm|title=塩酸の名称についての疑問|date=2004-12-26|author=Matsukawa, T.|accessdate=2011-10-07}}</ref> |
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塩酸は重要な実験用試薬および工業用化学物質とされているほか、動物においても消化に不可欠な[[胃酸]]の主成分となっている<ref name="G&E"/><ref name=Ullmann/>。 |
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塩酸の内、「'''濃塩酸'''」として市販されるものは、塩化水素の37[[濃度#質量パーセント濃度(質量分率)|質量%]] = 12 mol dm<sup>−3</sup>水溶液が一般的である。40質量%を越える溶液も調製可能だが、塩化水素の揮発が早く([[蒸気圧]]が高く)、保管・使用に際して温度や圧力などに特別の注意を要する。また、[[滴定]]用や[[医薬品]]として濃度調製された製品も販売されている。試薬として販売されている塩酸(約35%、特級や一級など)を適度に希釈した(薄めた)塩酸という意味で、通常「'''希塩酸'''」として流通している。常温常圧下で、濃度が約25%以上の塩酸には、発煙性がある。 |
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==語源== |
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日本では[[毒物及び劇物取締法]]により塩化水素原体および10%を超える製剤が、[[劇物]]に指定されている。 |
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世界で初めて高濃度の塩酸を製造した[[ヨハン・ルドルフ・グラウバー]]の方法に従って[[岩塩]]から製造されたため、ヨーロッパの錬金術師たちは''spirits of salt'' (塩の精霊) または ''acidum salis'' (塩の酸) と呼んでいた。 |
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日本語では、これを意味するオランダ語''Zoutzuur''或いはドイツ語''Salzsäure''を直訳して、「'''塩酸'''」と呼ばれるようになった。 |
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== 歴史 == |
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[[800年]]ごろ、[[錬金術師]][[ジャービル・イブン・ハイヤーン]](ラテン語名ゲベル)により[[食塩]]とヴィトリオール(vitriol、[[硫酸]]のことを示す)を混合することによって発見された。ジャービルは多くの化合物を発見・発明し、それらを20冊以上の本に著すことによって、塩酸や他の基本的な化合物に関する化学的知識を何百年にもわたって伝え続けた。彼が発明した塩酸と硝酸からなる金を溶かす液体、アクア・レギア(aqua regia、[[王水]])は[[賢者の石]]を捜し求める錬金術師たちに貢献した。 |
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英語では''hydrochloric acid''と呼ばれるが、これは[[1814年]]に[[フランス]]の化学者[[ジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサック]]によって造られた語である<ref>Gay-Lussac (1814) "Mémoire sur l'iode" (Memoir on iodine), ''Annales de Chemie'', '''91''' : 5–160. [https://books.google.com/books?id=Tao9AQAAMAAJ&pg=PA9#v=onepage&q&f=false From page 9:] ''" ... mais pour les distinguer, je propose d'ajouter au mot spécifique de l'acide que l'on considère, le mot générique de ''hydro''; de sorte que le combinaisons acide de hydrogène avec le chlore, l'iode, et le soufre porteraient le nom d'acide hydrochlorique, d'acide hydroiodique, et d'acide hydrosulfurique; ... "'' (... but in order to distinguish them, I propose to add to the specific suffix of the acid being considered, the general prefix ''hydro'', so that the acidic combinations of hydrogen with chlorine, iodine, and sulfur will bear the name hydrochloric acid, hydroiodic acid, and hydrosulfuric acid; ...)</ref>。 |
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中世、塩酸はヨーロッパの錬金術師たちに塩精 (spirit of salt) あるいはacidum salisとして知られていた。塩化水素ガスは海酸気 (marine acid air) と呼ばれた。系統的な命名法ができる前の古名muriatic acidも語源は同じである(muriatic は「海水や塩に由来する」という意味を持つ)。15世紀の[[ドイツ]]・[[エアフルト]]の錬金術師・[[ベネディクト会]]修道士であった[[バシリウス・バレンティヌス]]による製造が記録されている。 |
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==歴史== |
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17世紀にドイツ・カールシュタット (Karlstadt am Main) の[[ルドルフ・グラウバー]] (Johann Rudolf Glauber) は[[硫酸ナトリウム]]の合成に塩と硫酸を使い、塩化水素ガスを発生させた。[[イングランド]]・[[リーズ]]の[[ジョゼフ・プリーストリー]]は1772年に純粋な塩化水素を作り出し、イングランド・[[ペンザンス]]の[[ハンフリー・デービー]]は1818年に[[水素]]と[[塩素]]を含む化合物であることを示した。 |
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[[10世紀]]初頭、[[アル・ラーズィー]] は、[[塩化アンモン石]] ([[塩化アンモニウム]]) と硫酸塩を混合して[[蒸留]]を行う実験を行った。この実験により[[塩化水素]]ガスが生成されたが、アル・ラーズィーはほとんどの実験でこのガスを無視していた<ref>{{cite book|last=マルトゥフ|first=ロバート・P|author-link=ロバート・P・マルトゥフ|year=1966|title=The Origins of Chemistry|location=London|publisher=Oldbourne|oclc=977570829}} pp. 141-142.</ref>。 |
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[[11世紀]]から[[12世紀]]ごろ、この実験を元に記述された''De aluminibus et salibus'' (『[[ミョウバン]]と塩について』)では、金属のさまざまな[[塩 (化学)|塩]]の加熱について記述されており、[[水銀]]と塩を加熱すると[[塩化水銀(II)]] (昇汞) が生成されることが記載されていた<ref>{{harvnb|Multhauf|1966|pp=160–162}}</ref>。この反応では実際に塩酸が生成されるものの、すぐに水銀と反応して昇汞が生成される。 |
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ヨーロッパにおける[[産業革命]]の時代には[[炭酸ナトリウム|ソーダ灰]]などのアルカリの需要が増し、[[ニコラ・ルブラン]]によって新しい工業的合成法が開発され、安価な大量生産が可能になっていた。[[ルブラン法]]では硫酸、石灰石、石炭を用いて塩をソーダ灰に変換するため副生物として塩化水素を発生させるが、1863年に[[アルカリ法]]が制定されるまで全て大気中に放出されていた。同法の制定後、ソーダ灰の製造者は排ガスを水に吸収させることを義務付けられたため、工業規模で大量の塩酸が製造されることになった。 |
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[[13世紀]]ごろ、ラテンの錬金術師たちは先の文献に記述されていた昇汞の[[塩素化]]特性に魅了され、様々な実験を繰り返した。その結果、硫酸塩・ミョウバン・塩を加熱してから金属を取り除くと、強い[[無機酸]]を直接蒸留できることを発見した<ref>{{harvnb|Multhauf|1966|pp=162–163}}</ref>。 |
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20世紀初頭にはルブラン法はより効率的な[[ソルベー法]]に置き換えられ、副生物として塩酸を発生させることはなくなった。しかし、このとき塩酸は多くの用途を持つ重要な化合物となっていたため、新たな製造法が開発された。今日では[[イオン交換膜]]法による[[水酸化ナトリウム]]製造の際の副産物である[[塩素]]と[[水素]]とを反応させ、生成した塩化水素を水に溶かすことによって製造されている。また、[[炭化水素]]を塩素化する際の副生品としても得られる。(詳しくは製法の項を参照) |
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この無機酸の発見により[[14世紀]]ごろ、金を溶解できる[[王水]]が発明された。現在では王水は硝酸と塩酸を1:3の比率で混合することで作られることが広く知られているが、この時点では塩化アンモニウムと[[硝酸]]の加熱で作られており、塩酸の単離は行えていなかった<ref>{{Cite journal|last1=Karpenko|first1=Vladimír|last2=Norris|first2=John A.|year=2002|title=Vitriol in the History of Chemistry|journal=Chemické listy|volume=96|issue=12|pages=997–1005|url=http://www.chemicke-listy.cz/ojs3/index.php/chemicke-listy/article/view/2266}} p. 1002.</ref>。 |
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* イオン交換膜法(電気分解過程) |
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** [[カソード]]反応: <chem>2H2O{} + 2\mathit{e}^- -> H2{} + 2OH^-</chem> |
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** [[アノード]]反応: <chem>2Cl^- -> Cl2{} + 2\mathit{e}^-</chem> |
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*** (NaClはアノード室にのみ供給され、電気分解が進行した分、電荷バランスを合わせるためアノード室からカソード室にNa<sup>+</sup>が移動する) |
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* 量論反応過程 |
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** <chem>H2 + Cl2 -> 2HCl</chem> |
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* 全体 |
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** <chem>H2O + NaCl -> NaOH + HCl</chem> |
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塩酸単体の製造は[[16世紀]]後半に[[ジャンバッティスタ・デッラ・ポルタ]] 、[[アンドレアス・リバヴィウス]]、[[ジャン・ベガン]]らの著作により初めて報告された<ref>{{harvnb|Multhauf|1966|loc=p. 208, note 29; cf. p. 142, note 79}}</ref>。 |
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== 用途 == |
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医薬・農薬・調味料の合成など、工業的用途は極めて多岐に亘る。[[洗浄]]など日常用の用途には 10% から 12% の濃度の塩酸が販売されており、これを薄めて使用することが強く勧められている。例えば[[便所|トイレ]]用の洗剤としても用いられ、塩化水素10%未満を含有する塩酸を主成分としたものが一般家庭向けに市販されている。 |
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===産業の発展=== |
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[[高等学校]]までの[[理科]]、[[化学]]の実験において、[[水酸化ナトリウム]]とともによく使用される薬品である。小学校六年の理科の実験(水溶液の性質)においては、希塩酸が[[アンモニア水]]や水酸化ナトリウムと並ぶ代表的な試薬である。[[リトマス試験紙]]や[[ブロモチモールブルー|BTB溶液]]で性質を調べ、性質ごとに薬品を分けるなどの実験に使用される。また、中学校三年の理科Ⅰ分野の実験(中和と塩)では水酸化ナトリウムと中和させる実験、高等学校では酸・塩基・中和の実験などに使用される。 |
|||
[[18世紀]]ごろ、ヨーロッパでは[[産業革命]]によって、[[塩基性]]物質の需要が増加していた。[[ニコラ・ルブラン]]は塩化ナトリウムと硫酸を混合することで、[[炭酸ナトリウム]]を大量・安価に生産できる[[ルブラン法]]を発明した。 |
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: <chem>2NaCl\ + H2SO4 -> Na2SO4\ + 2HCl</chem> |
|||
この方法では副産物として、塩化水素ガスが放出される。当時この塩化水素は産業的に無価値であったため、大気中に放出されていた。しかし健康被害の増加により、イギリスでは{{仮リンク|1863年のアルカリ法|en|Alkali Act 1863}}によって大気放出が禁止された。各国もこの規制に続き、塩化水素の大気放出を禁止した<ref>{{cite journal| author = Ronalds BF |date=2019|title=Bonnington Chemical Works (1822-1878): Pioneer Coal Tar Company|journal=International Journal for the History of Engineering & Technology|volume=89|issue=1–2|pages=73–91|doi=10.1080/17581206.2020.1787807|s2cid=221115202}}</ref>。 |
|||
この法律の成立によって、発生した塩化水素ガスを水に吸収させる義務が生じたことで、工業的に塩酸が生産されることとなった<ref name="ceh">{{Cite book |title=Chemicals Economics Handbook |chapter=Hydrochloric Acid |publisher=[[SRIインターナショナル]] |year=2001 |pages=733.4000A–733.3003F}}</ref><ref name="aftalion">{{cite book | author = Aftalion F |title=A History of the International Chemical Industry |location=Philadelphia |publisher=University of Pennsylvania Press |year=1991 |isbn=978-0-8122-1297-6}}</ref>。 |
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[[20世紀]]には炭酸ナトリウムの製造は、塩化水素ガスが発生しない[[ソルベイ法]]によって置き換えられていった。 |
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[[水酸化物]]の[[中和 (化学)|中和]]や、[[酸化物]]などからの[[塩化物]]の合成にも利用される。{{quotation|例:<chem> HCl + KOH -> KCl + H2O</chem>|〔塩酸+[[水酸化カリウム]]→[[塩化カリウム]]+水〕}} |
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しかし塩酸はすでに多くの用途で重要な物質として用いられており、代替の製造方法によって製造される事となった。 |
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2000年現在、塩酸は主に[[塩酸#無機化合物の生産|工業用有機化合物の生産]]で副産物として生成される塩化水素を、水に吸収させることによって工業的に製造されている<ref name="ceh" /><ref name="aftalion" /><ref name="G&E">{{Greenwood&Earnshaw |pages=946–48}}</ref>。 |
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濃塩酸 3:[[硝酸|濃硝酸]] 1の体積比で混合したものは[[王水]]と呼ばれ、高い[[酸化|酸化力]]をもつため、[[金]]や[[白金]]など、酸に対する耐性の高い金属の塩類製造に用いられる。 |
|||
==構造と反応== |
|||
[[ヘロイン]]や[[コカイン]]の製造にも使われるため、[[麻薬及び向精神薬の不正取引の防止に関する国際連合条約|麻薬及び向精神薬不正取引防止条約]]においてテーブル II 前駆体に指定されている。 |
|||
塩酸は[[ヒドロニウム]]と[[塩化物イオン]]の塩である。 そのイオンは[[陽イオン]]は実際には他の[[水]]分子と結合していることがよくあるもののH<sub>3</sub>O<sup>+</sup> Cl<sup>-</sup>と書かれる<ref>{{cite book |last1 = Petrucci |first1 = Ralph H. |last2 = Harwood |first2 = William S. |last3 = Herring |first3 = F. Geoffrey |date=2002 |title = General chemistry: principles and modern applications |publisher=Prentice Hall |isbn = 978-0-13-014329-7 |pages=668–669}}</ref>。濃塩酸の[[赤外分光法]]、[[ラマン分光法]]、[[X線]]、および[[中性子回折]]を組み合わせた研究により、これらの溶液中のH<sup>+</sup><sub>(aq)</sub>の主要な形態はH<sub>5</sub>O<sub>2</sub><sup>+</sup>であり、いくつかの方法で、[[塩化物イオン]]とともに隣接する[[水分子]]に[[水素結合]]していることが明らかになった<ref>{{cite journal | author = Agmon N |date=January 1998 |title=Structure of Concentrated HCl Solutions |journal=The Journal of Physical Chemistry A |volume=102 |issue=1 |pages=192–199 |doi=10.1021/jp970836x |issn=1089-5639 |citeseerx=10.1.1.78.3695 |bibcode=1998JPCA..102..192A }}</ref>。(この問題についてのより深い議論については[[ヒドロニウム]]を参照すること) |
|||
===酸度=== |
|||
[[胃酸]]としてヒトなどの[[胃液]]にも含まれており、[[消化]]や[[殺菌]]の役割を果たしているが、[[ヘリコバクター・ピロリ]]など胃酸を局所的に中和して胃の内部で生息する[[細菌]]も存在する。 |
|||
強酸なので、塩化水素の''K''<sub>a</sub> ([[酸解離定数]]) は大きい。理論的な推定では、塩化水素のp''K''<sub>a</sub>は-5.9であることが示唆されている<ref name="Trummal 3663–3669"/>。ただし、塩化水素ガスと塩酸を区別することが重要である。[[水平化効果]]により、高濃度で挙動が理想から逸脱する場合を除いて、塩酸 (HCl水溶液) は、水中で利用可能な最強のプロトン供与体であるアクアプロトン (一般に''[[ヒドロニウムイオン]]''として知られる) と同じくらい酸性が強い。NaClなどの[[塩化物]]塩をHCl水溶液に添加してもpHへの影響はわずかであり、Cl<sup>-</sup>が非常に弱い共役塩基であること、HClが完全に解離していることが示される。 HClの希薄溶液は、水和したH<sup>+</sup>とCl<sup>-</sup>への完全な解離を想定して予測されたpHに近い値となっている<ref>{{cite journal | author = McCarty CG, Vitz E |date=May 2006 |title=pH Paradoxes: Demonstrating That It Is Not True That pH ≡ −log[H<sup>+</sup>] |journal=Journal of Chemical Education |language=en |volume=83 |issue=5 |pages=752 |doi=10.1021/ed083p752 |issn=0021-9584 |bibcode=2006JChEd..83..752M}}</ref>。 |
|||
== |
==物理的性質== |
||
{| class="wikitable" style="margin: 0 auto; text-align: center;" |
|||
化学的性質は[[塩化水素]]の項に詳しい。塩酸は強酸の水溶液である。水溶液としての性質を以下に挙げる。 |
|||
|- |
|||
* [[硫酸]]、[[硝酸]]と並ぶ一般的な[[強酸]]の一種であり、[[水素]]よりも[[イオン化傾向]]の大きい金属と反応し水素を発する。しかし、水素イオン([[水素イオン|プロトン]])を還元することができない、つまり水素よりもイオン化傾向の小さい[[銅]]、[[銀]]、[[プラチナ|白金]]、[[金]]などは希塩酸には溶解しない。 |
|||
! [[質量分率]] |
|||
** (例)亜鉛との反応 |
|||
! colspan=2| [[濃度]] |
|||
*** <chem> |
|||
! [[密度]] |
|||
2HCl + Zn -> ZnCl2 + H2 |
|||
! [[モル濃度]] |
|||
</chem> |
|||
! [[水素イオン指数|pH]] |
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* [[水酸化ナトリウム]]との中和により、[[塩化ナトリウム]]を生成(ほかの[[水酸化物]]でも同様の中和反応が起きる)。 |
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! [[粘度]] |
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** <chem> |
|||
! [[比熱容量]] |
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HCl + NaOH -> NaCl + H2O |
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! [[蒸気圧]] |
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</chem> |
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! [[沸点]] |
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* [[アルコール]]などの[[官能基]]を塩素に置換させる([[tert-ブチルアルコール|''tert''-ブチルアルコール]]の反応を例として挙げる)。 |
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! [[融点]] |
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** <chem> |
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|- |
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(CH3)3COH + HCl -> (CH3)3CCl + H2O |
|||
! kg HCl/kg |
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</chem> |
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! kg HCl/m<sup>3</sup> |
|||
* 高濃度の塩酸、揮発した塩化水素により[[アンモニア]]と反応して白煙([[塩化アンモニウム]])を生成する。 |
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! [[ボーメ度]] |
|||
** <chem> |
|||
! kg/L |
|||
HCl + NH3 -> NH4Cl |
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! mol/L |
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</chem> |
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! |
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! mPa·s |
|||
! kJ/(kg·K) |
|||
! kPa |
|||
! °C |
|||
! °C |
|||
|- |
|||
! 10% |
|||
| 104.80 || 6.6 || 1.048 || 2.87 || −0.5 || 1.16 || 3.47 || 1.95 || 103|| −18 |
|||
|- |
|||
! 20% |
|||
| 219.60 || 13 || 1.098 || 6.02 || −0.8 || 1.37 || 2.99 || 1.40 || 108 || −59 |
|||
|- |
|||
! 30% |
|||
| 344.70 || 19 || 1.149 || 9.45 || −1.0 || 1.70 || 2.60 || 2.13 || 90 || −52 |
|||
|- |
|||
! 32% |
|||
| 370.88 || 20 || 1.159 || 10.17 || −1.0 || 1.80 || 2.55 || 3.73 || 84 || −43 |
|||
|- |
|||
! 34% |
|||
| 397.46 || 21 || 1.169 || 10.90 || −1.0 || 1.90 || 2.50 || 7.24 || 71 || −36 |
|||
|- |
|||
! 36% |
|||
| 424.44 || 22 || 1.179 || 11.81 || −1.1 || 1.99 || 2.46 || 14.5 || 61 || −30 |
|||
|- |
|||
! 38% |
|||
| 451.82 || 23 || 1.189 || 12.39 || −1.1 || 2.10 || 2.43 || 28.3 || 48 || −26 |
|||
|- |
|||
| colspan=11|上記の表の基準[[温度]]と[[圧力]]は、20 °Cおよび1気圧(101.325 kPa)である。[[蒸気圧]]の値は国際臨界表から取得され、溶液の全蒸気圧を参照している。 |
|||
|} |
|||
[[File:Phase diagram HCl H2O s l.PNG|thumb|水中のHCl濃度による融解温度の変化<ref>{{Cite book |title=Gmelins Handbuch der Anorganischen Chemie |chapter=Systemnummer 6 Chlor |publisher=Chemie Berlin |year=1927}}</ref><ref>{{Cite book |title=Gmelins Handbuch der Anorganischen Chemie |chapter=Systemnummer 6 Chlor, Ergänzungsband Teil B – Lieferung 1 |publisher=Chemie Weinheim |year=1968}}</ref>]] |
|||
== 応急処置 == |
|||
[[沸点]]、[[融点]]、[[密度]]、[[水素イオン指数]] (pH) などの塩酸の物理的特性は、水溶液中のHClの[[濃度]]または[[モル濃度]]に依存している。それらは、0% HClに近い非常に低濃度の値から40% HClを超える発煙塩酸の値までの範囲で定義されている<ref name="crc" /><ref name="perry" /><ref name="aspen">{{Cite book |publisher=Aspen Technology |title=Aspen Properties |series=binary mixtures modeling software |edition=calculations by Akzo Nobel Engineering |year = 2002–2003}}</ref>。 |
|||
*[[眼]]に入った場合:早めに多量の水道水(流水)で15分間以上洗浄する。洗浄が遅れたり、不十分だと眼の障害を生ずる恐れがある。すぐに眼科医の診断を受ける。[[コンタクトレンズ]]を使用している場合は、固着していない限り取り除いて洗浄する。 |
|||
HClとH<sub>2</sub>Oの2成分の[[混合物]]としての塩酸は、HClの濃度が20.2%の時に108.6 °C (227 °F)で一定になる沸騰[[共沸]]混合物である。[H<sub>3</sub>O]Cl (68% HCl)、[H<sub>5</sub>O<sub>2</sub>]Cl (51% HCl)、[H<sub>7</sub>O<sub>3</sub>]Cl (41% HCl)、[H<sub>3</sub>O]Cl·5H<sub>2</sub>O (25% HCl)、そして氷 (0% HCl)の[[結晶]]形の間には、塩酸の4つの一定結晶化[[共晶]]点がある。氷と[H<sub>7</sub>O<sub>3</sub>]Cl結晶化の間には、24.8%の[[準安定]]共晶点もある<ref name="aspen" />。これらはすべて[[ヒドロニウム]]塩である。 |
|||
*[[皮膚]]に付着した場合:直ちに汚染された衣装や靴などを脱がせて、付着又は接触部を多量の水で洗い流す。外観に変化がみられたり、痛みが続く場合は医師の診断を受ける。 |
|||
==製造== |
|||
*吸入した場合:直ちに患者を毛布等に包んで安静にさせ、新鮮な空気が得られる場所に移し、できれば[[酸素吸入]]を行う。[[肺水腫]]を起こす可能性があるため、直ちに医師の診断を受ける。 |
|||
塩酸は産業的には塩化水素を水に溶解させることで調製されることが多い。塩化水素はさまざまな方法で生成されることがあるため、塩酸の[[前駆体]]はいくつか存在する。 塩酸の大規模生産は、ほとんどの場合、[[水酸化物]]、[[水素]]、[[塩素]]を生産する[[クロルアルカリプロセス]]などの工業規模の他の化学物質の生産と統合されている。この時発生する水素と塩素を利用してHClを生成することができる<ref name="crc">{{Cite book | author = Lide D |title = CRC Handbook of Chemistry and Physics |publisher=[[CRC Press]] |edition=81st |year=2000 |isbn=978-0-8493-0481-1}}</ref><ref name="perry">{{cite book | author = Perry R, Green D, Maloney J |title=Perry's Chemical Engineers' Handbook |publisher=[[McGraw-Hill]] Book Company |edition=6th |year=1984 |isbn=978-0-07-049479-4 |title-link=Perry's Chemical Engineers' Handbook }}</ref>。 |
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===産業市場=== |
|||
*飲み込んだ場合:直ちに口の中を水で洗浄し、大量の水を飲ませて医師の手当てを受ける。無理に吐かせない。被害者に意識がない場合は、口から何も与えてはならない。 |
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塩酸は、最大38% HCl (濃縮グレード) 溶液として生産される。化学的には40%をわずかに超える高濃度にすることは可能だが、[[蒸発]]率が非常に高いため、保管と取り扱いには、加圧や冷却などの特別な予防措置が必要である。したがって、大量生産のための工業グレードは30%から35%であり、輸送効率と蒸発による製品損失のバランスが取れるように最適化されている。[[アメリカ合衆国]]では、20%から32%の溶液が塩酸として販売されている。アメリカ合衆国の家庭用溶液、主にクリーニングは、通常10%から12%のものを使用するので、使用前に希釈することが強く推奨されている。塩酸が家庭用洗浄用の''Spirits of Salt''として販売されている[[英国]]では、効力は米国の工業用グレードと同じである<ref name="ceh" />。[[イタリア]]など他の国では、家庭用または工業用洗浄用の塩酸が''Acido Muriatico''として販売されており、その濃度は5%から32%の範囲である。 |
|||
世界中の主要な生産者には、HClガス換算で年間200万メートルトン(2 Mt/年)生産している[[ダウ・ケミカル]]があり、また、{{仮リンク|ジョージアガルフコーポレーション|en|Georgia Gulf}}、[[東ソー]]、[[アクゾノーベル]]、および{{仮リンク|テセンドロ|en|Tessenderlo}}がそれぞれ0.5〜1.5 Mt/年生産している。比較すると、HClとして表される世界の総生産量は、20 Mt/年と推定され、その内訳は、直接合成から3 Mt/年、残りは[[有機合成]]および同様の合成からの[[二次生成物]]である<ref name="ceh" />。なお、2016年度日本国内生産量は合成696,835 t, 副生929,311 t、消費量は533,600 tである<ref>[https://www.meti.go.jp/statistics/tyo/seidou/result/ichiran/08_seidou.html#menu5 経済産業省生産動態統計年報 化学工業統計編]</ref>。 |
|||
== 製法 == |
|||
=== 直接合成 === |
|||
電解槽などから発生する塩素と水素を燃焼させて塩化水素ガスを生成させる。次に、塩化水素ガスを水に吸収させて塩酸を製造する。高純度の塩酸が合成でき、これを'''合成塩酸'''という。1 mol 当り 92.3 kJ の反応熱を取り除くため、製造工場では大量の冷却水を消費する。 |
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*<chem>1/2H2(g) + 1/2Cl2(g) -> HCl(g) </chem>, <math> \Delta H^\circ = -92.31 ~ \mathrm{kJ ~ mol^{-1}}</math> |
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==利用== |
|||
=== 有機合成 === |
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{{main|塩化水素}} |
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塩酸の主要な供給源は、[[テフロン]]、[[フロン]]、クロロ酢酸、[[ポリ塩化ビニル]]など、塩素化またはフッ素化された有機化合物を製造する際の副生物である。この場合しばしば製造場所で他の工程にそのまま用いられる。次に示す化学反応によって、炭化水素の水素原子が塩素原子に置き換えられ、遊離した水素原子は塩素分子の残りの塩素原子と結合し、塩化水素となる。フルオロ化する場合は塩素原子と置換反応を行うため、再び塩化水素が生成する。 |
|||
塩酸は、[[金属]]の[[精製]]など多くの工業プロセスで使用される強い[[無機酸]]である。多くの場合、利用方法によって求められる製品の品質が決定される<ref name="ceh" />。塩酸ではなく[[塩化水素]]は、例えば[[クロロエチレン]]および[[ジクロロエタン]]用に[[有機化学]]工業でより広く使用されている<ref name=Ullmann>{{cite book |doi=10.1002/14356007.a13_283|title=Hydrochloric Acid|year=2000|last1=Austin|first1=Severin|last2=Glowacki|first2=Arndt|isbn=3527306730}}</ref>。 |
|||
* <chem> R-H + Cl2 -> R-Cl + HCl</chem> |
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* <chem> R-Cl + HF -> R-F + HCl</chem> |
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===鋼の酸洗浄=== |
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発生した塩化水素はそのまま再利用されるか、水に溶かして工業用品質(テクニカルグレード)の塩酸とする。これを'''副生塩酸'''という。合成塩酸に比べて不純物が多い。 |
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塩酸の最も重要な用途の1つとして、[[鋼]]の{{仮リンク|酸洗浄|en|Pickling (metal)}}で、[[押出成形]]、[[圧延]]、[[亜鉛めっき]]、およびその他の技術などの後続の処理の前に、[[鉄]]または[[鋼]]から[[錆]]または[[酸化鉄]]の被膜を除去するということが挙げられる<ref name="ceh"/><ref name="G&E" />。通常18%の濃度の技術品質のHClは、[[炭素鋼]]等級の酸洗浄に最も一般的に使用される酸洗浄剤である。 |
|||
: <chem>Fe3O4 + Fe + 8 HCl -> 4 FeCl2 + 4 H2O</chem> |
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=== 工業市場 === |
|||
主要な製造企業は[[ダウケミカル]]社、フォルモサプラスティック社、ジョージア・ガルフ社、[[東ソー]]、[[アクゾノーベル]]社、テッセンデルロ社である。全世界での製造量は塩化水素としておよそ20メガトン/年で、うち3メガトン/年が直接合成によるものである。大部分は製造者によってそのまま使用される。全世界での流通量はおよそ5メガトン/年である。 |
|||
{{仮リンク|使用済みの酸|en|spent acid}}は、[[塩化鉄(II)]] (塩化第一鉄としても知られている) 溶液として長い間再利用されてきたが、酸洗浄液中の重金属水準が高いため、あまり行われなくなってきている。鉄鋼酸洗い業界は、スプレーロースターや流動床{{仮リンク|塩化水素再生プロセス|en|hydrochloric acid regeneration}}などの塩酸再生プロセスを開発した。これにより、使用済み酸洗浄液からHClを回収できる。 最も一般的な再生プロセスは、次の反応式による熱加水分解プロセスである<ref name="ceh"/>。 |
|||
2016年度日本国内生産量は合成696,835t, 副生929,311t、消費量は 533,600 tである<ref>[http://www.meti.go.jp/statistics/tyo/seidou/result/ichiran/08_seidou.html#menu5 経済産業省生産動態統計年報 化学工業統計編]</ref>。 |
|||
: <chem>4 FeCl2 + 4 H2O + O2 -> 8 HCl + 2 Fe2O3</chem> |
|||
== 出典 == |
|||
{{脚注ヘルプ}} |
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{{reflist}} |
|||
使用済みの酸を回収することにより、閉じた酸ループが確立される<ref name="G&E" />。再生プロセスで生じる[[酸化鉄(III)]]副産物は貴重であり、さまざまな[[第二次産業]]で使用されている<ref name="ceh"/>。 |
|||
== 参考文献 == |
|||
*Chemicals Economics Handbook, ''Hydrochloric Acid'', SRI International, 2001, p. 733.4000A-733.3003F. |
|||
===無機化合物の生産=== |
|||
酸洗浄に使用されるのと同様に、塩酸は多くの金属、金属[[酸化物]]、金属[[炭酸塩]]を溶解するために使用される。 変換は、多くの場合、以下のような簡略化された方程式で表される。 |
|||
: <chem>Zn + 2 HCl -> ZnCl2 + H2</chem> |
|||
: <chem>NiO + 2 HCl -> NiCl2 + H2O</chem> |
|||
: <chem>CaCO3 + 2 HCl -> CaCl2 + CO2 + H2O</chem> |
|||
これらの過程は、分析またはさらなる生産のための金属[[塩化物]]の生産に使用される<ref name="crc" /><ref name="perry" /><ref name="G&E" />。 |
|||
===pH制御と中和=== |
|||
塩酸は、溶液の[[酸度]] ([[水素イオン指数|pH]]) を調整するために使用できる。 |
|||
: <chem>OH^- + HCl -> H2O + Cl^-</chem> |
|||
純度が要求される業界 ([[食品]]、[[医薬品]]、[[飲料水]]) では、高品質の塩酸を使用して経路の水流のpHを制御している。純度の要求の少ない業界、廃水流の[[酸と塩基|中和]]やプールのpHの制御などには、技術的な品質の塩酸で十分である<ref name="G&E" />。 |
|||
===イオン交換体の再生=== |
|||
[[イオン交換樹脂]]の再生には高品質の塩酸が使用される。[[イオン交換|陽イオン交換]]は、水溶液からNa<sup>+</sup>やCa<sup>2+</sup>などの[[イオン (化学)|イオン]]を除去し、[[純水|脱塩水]]を生成するために広く使用されている。酸は、樹脂から[[イオン (化学)|陽イオン]]を洗い流すために使用される<ref name="ceh"/>。Na<sup>+</sup>はH<sup>+</sup>に、Ca<sup>2+</sup>は2 H<sup>+</sup>に置き換わる。 |
|||
イオン交換体と純水は、すべての化学産業、[[飲料水]]生産、および多くの[[食品産業]]で使用されている<ref name="ceh"/>。 |
|||
===実験室での利用=== |
|||
化学における6つの一般的な強[[無機酸]]のうち、塩酸は、[[酸化還元反応]]の干渉を受ける可能性が最も低い一価の[[酸]]である。また、取り扱うのに最も危険性の低い[[強酸]]の1つである。 [[酸度]]が高いにもかかわらず、反応性がなく、[[毒性]]のない塩化物イオンで構成されている。中程度の濃度の塩酸溶液は、保管時に非常に安定しており、長期間にわたってその濃度が保たれる。これらの特性に加えて、純粋な試薬として利用できるため、塩酸は優れた酸性化試薬になる。それに加えて費用があまりかからない。 |
|||
塩酸は、[[塩基]]の量を決定するための[[滴定]]をするときによく選択される酸である。より明確な滴定の終点が生じる強酸の滴定剤を用いることによって、より正確な結果を得られる。[[共沸]]、または''定沸点''塩酸 (約20.2%) は、[[定量分析]]の主要な{{仮リンク|標準物質|en|Primary standard}}として使用できるが、正確な濃度は、調製時の[[気圧]]によって異なる<ref>{{Cite book | author = Mendham J, Denney RC, Barnes JD, Thomas MJ, Denney RC, Thomas MJ |year = 2000 |title = Vogel's Quantitative Chemical Analysis |edition = 6th |location = New York |publisher = Prentice Hall |isbn = 978-0-582-22628-9}}</ref>。 |
|||
===その他=== |
|||
塩酸は、[[皮革]]加工、家庭用掃除<ref>{{Cite news |url=https://www.telegraph.co.uk/property/3317144/Household-plc-really-filthy-bathrooms.html |archiveurl=https://web.archive.org/web/20090223230226/http://www.telegraph.co.uk/property/3317144/Household-plc-really-filthy-bathrooms.html |url-status=dead |archivedate=23 February 2009 |title=Household plc: really filthy bathroom |date=13 September 2003 |work=[[デイリー・テレグラフ]]|location=London | author = Simhon R |access-date=31 March 2010}}</ref>、ビル建設<ref name="G&E" />など、小規模な用途に多く使用されている。[[油井]]の岩石層に塩酸を注入し、岩石の一部を溶解し、大孔径構造を作成することにより、石油生産を促進することができる。油井の酸性化は、[[北海]]の石油生産業界では一般的なプロセスである<ref name='ceh'/>。 |
|||
塩酸は、[[炭酸カルシウム]]を溶解するために使用されてきた。例としては、[[やかん]]の被膜除去や[[煉瓦]]の[[モルタル]]の洗浄などがある。[[煉瓦]]造りの壁で使用する場合、[[モルタル]]との反応は、以下の式のように酸がすべて変換されて[[塩化カルシウム]]、[[二酸化炭素]]、および[[水]]が生成されるまで続く。 |
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: <chem>CaCO3 + 2 HCl -> CaCl2 + CO2 + H2O</chem> |
|||
塩酸を含む多くの化学反応は、食品、食品成分、および[[食品添加物]]の製造に関与している。典型的な製品には、[[アスパルテーム]]、[[フルクトース]]、[[クエン酸]]、[[リシン]]、食品増強剤としての{{仮リンク|加水分解植物性タンパク質|en|hydrolyzed vegetable protein}}、および[[ゼラチン]]製造が含まれている。食品等級の (超高純度) 塩酸は、[[最終製品]]に必要なときに使用される<ref name='ceh'/><ref name="G&E" />。 |
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==生物における存在== |
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[[File:Stomach mucosal layer labeled.svg|left|[[粘膜]]防御機構を備えた[[胃]]の[[塩基|塩基性]][[粘膜]]の図|thumb]] |
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[[胃酸]]は[[胃]]の主要な[[分泌|分泌物]]の1つである。その主成分は塩酸で、それによって胃の内容物はpH1から2に酸性化されている<ref name=maton>{{Cite book | author = Maton A, Hopkins J, McLaughlin CW, Johnson S, Warner MQ, LaHart D, Wright JD |title=Human Biology and Health |publisher=Prentice Hall |year=1993 |location=Englewood Cliffs, New Jersey, USA |isbn=978-0-13-981176-0 |url-access=registration |url=https://archive.org/details/humanbiologyheal00scho }}</ref><ref>{{cite web |title=Digestive Aids: Hydrochloric acid |url=http://www.healthy.net/scr/article.aspx?id=1863 |website=healthy.net | author = Haas E |date = 6 December 2000|accessdate=2021-10-23}}</ref>。塩化物イオン (Cl<sup>−</sup>) と水素イオン (H<sup>+</sup>) は、[[胃粘膜]]の[[壁細胞]]によって[[胃底]]部の胃底領域に別々に分泌され、胃管腔に入る前に小管と呼ばれる[[分泌]]ネットワークに分泌される<ref name="arthur">{{cite book | author = Arthur C, Guyton MD, Hall JE |title=Textbook of Medical Physiology |publisher=W.B.[[サンダース(出版社)|サンダース]]社 |edition=10th |year=2000 |isbn=978-0-7216-8677-6}}</ref>。 |
|||
[[胃酸]]は[[微生物]]に対する防壁として働くことで[[感染]]を防いだり、食物を[[消化]]したりするのに重要である。その低い[[水素イオン指数|pH]]によって[[タンパク質]]が変性され、それによって[[ペプシン]]などの[[消化酵素]]による分解を受けやすくなっている。 低pH環境ではまた、[[酵素前駆体]]であるペプシノーゲンが自己切断によって活性[[酵素]]である[[ペプシン]]に活性化される。粥状液の塩酸塩は胃を出た後、[[十二指腸]]で[[炭酸水素塩]]によって[[中和 (化学)|中和]]される<ref name='maton'/>。 |
|||
[[胃]]自体は、厚い[[粘液]]層の分泌と、[[セクレチン]]によって誘発される[[炭酸水素ナトリウム]]による[[緩衝作用]]によって、[[強酸]]から保護されている。これらのメカニズムの欠陥によって、[[胸やけ]]または[[消化性潰瘍]]を発症する可能性がある。[[抗ヒスタミン薬]]と[[プロトンポンプ阻害薬]]などの医薬品は胃での酸の生成を阻害する可能性があり、また[[制酸薬]]は過剰に存在する酸を中和するために使用される<ref name='maton'/><ref>{{Cite web |url=http://www.vivo.colostate.edu/hbooks/pathphys/endocrine/gi/secretin.html |title=Control and Physiologic Effects of Secretin |publisher=Colorado State University | author = Bowen R |date=18 March 2003 |access-date=16 March 2009}}</ref>。 |
|||
==安全性== |
|||
<div style="float: right; margin-left: 0.5em">[[File:UN transport pictogram - 8.svg|100px|alt=文字8と「腐食性」が付いた菱形のラベル。液体の雫が材料と人間の手を腐食することを示している。]] [[File:GHS-pictogram-acid.svg|100px|alt=重度の皮膚のやけどや目の損傷を引き起こす。]] [[File:GHS-pictogram-exclam.svg|100px|alt=呼吸器への刺激を引き起こす可能性がある。]] |
|||
</div> |
|||
塩酸は[[強酸]]であるため、[[組織 (生物学)|生体組織]]や多くの物質に対して[[腐食性]]があるが、[[ゴム]]に対しては腐食性がない。 通常、[[濃縮]][[溶液]]を取り扱う場合は、ゴム製の保護手袋と関連する保護具が使用される<ref name=Ullmann/>。 |
|||
{| class="wikitable" style="float: center; clear: right;" |
|||
|- |
|||
! [[質量分率]] |
|||
! 分類<ref>{{Cite web |title=Regulation (EC) No 1272/2008 of the European Parliament and of Council of 16 December 2008 on classification, labelling and packaging of substances and mixtures, amending and repealing Directives 67/548/EEC and 1999/45/EC, and amending Regulation (EC) No 1907/2006 |url=https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:32008R1272&qid=1568410668462&from=EN |publisher=EUR-lex |access-date = 16 December 2008}}</ref> |
|||
! [[GHS危険性報告|Hフレーズの一覧]] |
|||
|- |
|||
| 10% ≤ C < 25% |
|||
| 皮膚刺激を引き起こし、深刻な眼刺激を引き起こす |
|||
| {{H-phrases|315|319}} |
|||
|- |
|||
| C ≥ 10% |
|||
| 呼吸器への刺激を引き起こす可能性がある |
|||
| {{H-phrases|335}} |
|||
|- |
|||
| C ≥ 25% |
|||
| 重度の皮膚のやけどや目の損傷を引き起こす |
|||
| {{H-phrases|314}} |
|||
|} |
|||
塩酸は、[[ヘロイン]]、[[コカイン]]、および[[メタンフェタミン]]の生産に使用されているため、[[1988年]]の{{仮リンク|麻薬および向精神薬の違法取引に対する国連条約|en|United Nations Convention Against Illicit Traffic in Narcotic Drugs and Psychotropic Substances}}の下で表IIの[[前駆体]]として表記されている<ref name="incb">{{Cite book|publisher=[[国際麻薬統制委員会]]|url=http://www.incb.org/pdf/e/list/red.pdf |title=List of precursors and chemicals frequently used in the illicit manufacture of narcotic drugs and psychotropic substances under international control |issue=Annex to Form D ("Red List") |edition=Eleventh |date=January 2007 |deadlinkdate=2021-10-23|archiveurl=https://web.archive.org/web/20080227224025/http://www.incb.org/pdf/e/list/red.pdf |archivedate=2008-02-27 }}</ref>。 |
|||
== 脚注 == |
|||
{{reflist|25em}} |
|||
== 関連項目 == |
== 関連項目 == |
||
* [[塩酸塩]] |
* [[塩化物]]… 塩酸による[[無機塩]] |
||
* [[塩酸塩]]… 塩酸による[[有機塩]] |
|||
*[[ハロゲン化水素]] |
|||
* [[王水]] |
|||
== 外部リンク == |
== 外部リンク == |
||
{{ |
{{commons category|Hydrochloric acid}} |
||
* {{PDFlink|[http://www.page.sannet.ne.jp/matukawa/ensantougou.pdf 『舎密開宗』からたどる,和名「塩酸」「塩素」の名称の起源について]}} |
|||
* [http://webbook.nist.gov/ NIST WebBook, general link] |
|||
* [http://rika-net.com/contents/cp0100a/contents/3370/3370.html 塩酸 理科ねっとわーく(一般公開版)] - 文部科学省 国立教育政策研究所 |
|||
* [[ノッティンガム大学]]の''{{仮リンク|ビデオの定期的な一覧表|en|The Periodic Table of Videos}}''[http://www.periodicvideos.com/videos/mv_HCl1.htm Hydrochloric Acid – Part One] and [http://www.periodicvideos.com/videos/mv_HCl2.htm Hydrochloric Acid – Part Two] |
|||
* [https://kikakurui.com/k8/K8180-2015-01.html 塩酸 (試薬) JISK8180:2015] |
|||
* 計算: [http://www.aim.env.uea.ac.uk/aim/surftens/surftens.php surface tensions]及びHCl水溶液において[http://www.aim.env.uea.ac.uk/aim/density/density_electrolyte.php densities, molarities and molalities] |
|||
{{normdaten}} |
|||
* {{Kotobank}} |
|||
; 全般的な安全性情報 |
|||
* [https://web.archive.org/web/20040824093117/http://www.epa.gov/ttn/atw/hlthef/hydrochl.html EPA Hazard Summary] |
|||
* [https://web.archive.org/web/20030818121338/http://grover.mirc.gatech.edu/data/msds/50.html Hydrochloric acid MSDS by Georgia Institute of Technology] |
|||
* [https://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0332.html NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards] |
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* [http://www.npi.gov.au/substances/hydrochloric-acid/index.html National Pollutant Inventory – Hydrochloric Acid Fact Sheet] |
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2024年11月22日 (金) 10:58時点における最新版
塩酸 | |
---|---|
識別情報 | |
CAS登録番号 | 7647-01-0 |
PubChem | 313 |
ChemSpider | 307 |
UNII | QTT17582CB |
EC番号 | 231-595-7 |
E番号 | E507 (pH調整剤、固化防止剤) |
国連/北米番号 | 1789 |
ChEMBL | CHEMBL1231821 |
特性 | |
化学式 | HCl(aq) |
外観 | 無色透明な液体、濃度の高いものは煙を発生させる |
匂い | 独特な刺激臭 |
融点 |
濃度に依存 – 表を見ること |
沸点 |
濃度に依存 – 表を見ること |
log POW | 0.00[4] |
酸解離定数 pKa | −5.9 (HCl gas)[5] |
危険性 | |
GHSピクトグラム | |
GHSシグナルワード | 危険[6] |
Hフレーズ | H290, H314, H335[6] |
Pフレーズ | P260, P280, P303+361+353, P305+351+338[6] |
NFPA 704 | |
関連する物質 | |
関連物質 | |
特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。 |
塩酸(えんさん)とは塩化水素の水溶液であり強酸の一種である。本来は塩化水素酸と呼ぶべきものだが、歴史的な経緯から酸素を含む酸と同じように、塩酸と呼ばれている[7]。 刺激臭をもつ無色の液体。
塩酸は重要な実験用試薬および工業用化学物質とされているほか、動物においても消化に不可欠な胃酸の主成分となっている[8][9]。
語源
[編集]世界で初めて高濃度の塩酸を製造したヨハン・ルドルフ・グラウバーの方法に従って岩塩から製造されたため、ヨーロッパの錬金術師たちはspirits of salt (塩の精霊) または acidum salis (塩の酸) と呼んでいた。
日本語では、これを意味するオランダ語Zoutzuur或いはドイツ語Salzsäureを直訳して、「塩酸」と呼ばれるようになった。
英語ではhydrochloric acidと呼ばれるが、これは1814年にフランスの化学者ジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサックによって造られた語である[10]。
歴史
[編集]10世紀初頭、アル・ラーズィー は、塩化アンモン石 (塩化アンモニウム) と硫酸塩を混合して蒸留を行う実験を行った。この実験により塩化水素ガスが生成されたが、アル・ラーズィーはほとんどの実験でこのガスを無視していた[11]。
11世紀から12世紀ごろ、この実験を元に記述されたDe aluminibus et salibus (『ミョウバンと塩について』)では、金属のさまざまな塩の加熱について記述されており、水銀と塩を加熱すると塩化水銀(II) (昇汞) が生成されることが記載されていた[12]。この反応では実際に塩酸が生成されるものの、すぐに水銀と反応して昇汞が生成される。
13世紀ごろ、ラテンの錬金術師たちは先の文献に記述されていた昇汞の塩素化特性に魅了され、様々な実験を繰り返した。その結果、硫酸塩・ミョウバン・塩を加熱してから金属を取り除くと、強い無機酸を直接蒸留できることを発見した[13]。
この無機酸の発見により14世紀ごろ、金を溶解できる王水が発明された。現在では王水は硝酸と塩酸を1:3の比率で混合することで作られることが広く知られているが、この時点では塩化アンモニウムと硝酸の加熱で作られており、塩酸の単離は行えていなかった[14]。
塩酸単体の製造は16世紀後半にジャンバッティスタ・デッラ・ポルタ 、アンドレアス・リバヴィウス、ジャン・ベガンらの著作により初めて報告された[15]。
産業の発展
[編集]18世紀ごろ、ヨーロッパでは産業革命によって、塩基性物質の需要が増加していた。ニコラ・ルブランは塩化ナトリウムと硫酸を混合することで、炭酸ナトリウムを大量・安価に生産できるルブラン法を発明した。
この方法では副産物として、塩化水素ガスが放出される。当時この塩化水素は産業的に無価値であったため、大気中に放出されていた。しかし健康被害の増加により、イギリスでは1863年のアルカリ法によって大気放出が禁止された。各国もこの規制に続き、塩化水素の大気放出を禁止した[16]。 この法律の成立によって、発生した塩化水素ガスを水に吸収させる義務が生じたことで、工業的に塩酸が生産されることとなった[17][18]。
20世紀には炭酸ナトリウムの製造は、塩化水素ガスが発生しないソルベイ法によって置き換えられていった。 しかし塩酸はすでに多くの用途で重要な物質として用いられており、代替の製造方法によって製造される事となった。
2000年現在、塩酸は主に工業用有機化合物の生産で副産物として生成される塩化水素を、水に吸収させることによって工業的に製造されている[17][18][8]。
構造と反応
[編集]塩酸はヒドロニウムと塩化物イオンの塩である。 そのイオンは陽イオンは実際には他の水分子と結合していることがよくあるもののH3O+ Cl-と書かれる[19]。濃塩酸の赤外分光法、ラマン分光法、X線、および中性子回折を組み合わせた研究により、これらの溶液中のH+(aq)の主要な形態はH5O2+であり、いくつかの方法で、塩化物イオンとともに隣接する水分子に水素結合していることが明らかになった[20]。(この問題についてのより深い議論についてはヒドロニウムを参照すること)
酸度
[編集]強酸なので、塩化水素のKa (酸解離定数) は大きい。理論的な推定では、塩化水素のpKaは-5.9であることが示唆されている[5]。ただし、塩化水素ガスと塩酸を区別することが重要である。水平化効果により、高濃度で挙動が理想から逸脱する場合を除いて、塩酸 (HCl水溶液) は、水中で利用可能な最強のプロトン供与体であるアクアプロトン (一般にヒドロニウムイオンとして知られる) と同じくらい酸性が強い。NaClなどの塩化物塩をHCl水溶液に添加してもpHへの影響はわずかであり、Cl-が非常に弱い共役塩基であること、HClが完全に解離していることが示される。 HClの希薄溶液は、水和したH+とCl-への完全な解離を想定して予測されたpHに近い値となっている[21]。
物理的性質
[編集]質量分率 | 濃度 | 密度 | モル濃度 | pH | 粘度 | 比熱容量 | 蒸気圧 | 沸点 | 融点 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
kg HCl/kg | kg HCl/m3 | ボーメ度 | kg/L | mol/L | mPa·s | kJ/(kg·K) | kPa | °C | °C | |
10% | 104.80 | 6.6 | 1.048 | 2.87 | −0.5 | 1.16 | 3.47 | 1.95 | 103 | −18 |
20% | 219.60 | 13 | 1.098 | 6.02 | −0.8 | 1.37 | 2.99 | 1.40 | 108 | −59 |
30% | 344.70 | 19 | 1.149 | 9.45 | −1.0 | 1.70 | 2.60 | 2.13 | 90 | −52 |
32% | 370.88 | 20 | 1.159 | 10.17 | −1.0 | 1.80 | 2.55 | 3.73 | 84 | −43 |
34% | 397.46 | 21 | 1.169 | 10.90 | −1.0 | 1.90 | 2.50 | 7.24 | 71 | −36 |
36% | 424.44 | 22 | 1.179 | 11.81 | −1.1 | 1.99 | 2.46 | 14.5 | 61 | −30 |
38% | 451.82 | 23 | 1.189 | 12.39 | −1.1 | 2.10 | 2.43 | 28.3 | 48 | −26 |
上記の表の基準温度と圧力は、20 °Cおよび1気圧(101.325 kPa)である。蒸気圧の値は国際臨界表から取得され、溶液の全蒸気圧を参照している。 |
沸点、融点、密度、水素イオン指数 (pH) などの塩酸の物理的特性は、水溶液中のHClの濃度またはモル濃度に依存している。それらは、0% HClに近い非常に低濃度の値から40% HClを超える発煙塩酸の値までの範囲で定義されている[24][25][26]。
HClとH2Oの2成分の混合物としての塩酸は、HClの濃度が20.2%の時に108.6 °C (227 °F)で一定になる沸騰共沸混合物である。[H3O]Cl (68% HCl)、[H5O2]Cl (51% HCl)、[H7O3]Cl (41% HCl)、[H3O]Cl·5H2O (25% HCl)、そして氷 (0% HCl)の結晶形の間には、塩酸の4つの一定結晶化共晶点がある。氷と[H7O3]Cl結晶化の間には、24.8%の準安定共晶点もある[26]。これらはすべてヒドロニウム塩である。
製造
[編集]塩酸は産業的には塩化水素を水に溶解させることで調製されることが多い。塩化水素はさまざまな方法で生成されることがあるため、塩酸の前駆体はいくつか存在する。 塩酸の大規模生産は、ほとんどの場合、水酸化物、水素、塩素を生産するクロルアルカリプロセスなどの工業規模の他の化学物質の生産と統合されている。この時発生する水素と塩素を利用してHClを生成することができる[24][25]。
産業市場
[編集]塩酸は、最大38% HCl (濃縮グレード) 溶液として生産される。化学的には40%をわずかに超える高濃度にすることは可能だが、蒸発率が非常に高いため、保管と取り扱いには、加圧や冷却などの特別な予防措置が必要である。したがって、大量生産のための工業グレードは30%から35%であり、輸送効率と蒸発による製品損失のバランスが取れるように最適化されている。アメリカ合衆国では、20%から32%の溶液が塩酸として販売されている。アメリカ合衆国の家庭用溶液、主にクリーニングは、通常10%から12%のものを使用するので、使用前に希釈することが強く推奨されている。塩酸が家庭用洗浄用のSpirits of Saltとして販売されている英国では、効力は米国の工業用グレードと同じである[17]。イタリアなど他の国では、家庭用または工業用洗浄用の塩酸がAcido Muriaticoとして販売されており、その濃度は5%から32%の範囲である。
世界中の主要な生産者には、HClガス換算で年間200万メートルトン(2 Mt/年)生産しているダウ・ケミカルがあり、また、ジョージアガルフコーポレーション、東ソー、アクゾノーベル、およびテセンドロがそれぞれ0.5〜1.5 Mt/年生産している。比較すると、HClとして表される世界の総生産量は、20 Mt/年と推定され、その内訳は、直接合成から3 Mt/年、残りは有機合成および同様の合成からの二次生成物である[17]。なお、2016年度日本国内生産量は合成696,835 t, 副生929,311 t、消費量は533,600 tである[27]。
利用
[編集]塩酸は、金属の精製など多くの工業プロセスで使用される強い無機酸である。多くの場合、利用方法によって求められる製品の品質が決定される[17]。塩酸ではなく塩化水素は、例えばクロロエチレンおよびジクロロエタン用に有機化学工業でより広く使用されている[9]。
鋼の酸洗浄
[編集]塩酸の最も重要な用途の1つとして、鋼の酸洗浄で、押出成形、圧延、亜鉛めっき、およびその他の技術などの後続の処理の前に、鉄または鋼から錆または酸化鉄の被膜を除去するということが挙げられる[17][8]。通常18%の濃度の技術品質のHClは、炭素鋼等級の酸洗浄に最も一般的に使用される酸洗浄剤である。
使用済みの酸は、塩化鉄(II) (塩化第一鉄としても知られている) 溶液として長い間再利用されてきたが、酸洗浄液中の重金属水準が高いため、あまり行われなくなってきている。鉄鋼酸洗い業界は、スプレーロースターや流動床塩化水素再生プロセスなどの塩酸再生プロセスを開発した。これにより、使用済み酸洗浄液からHClを回収できる。 最も一般的な再生プロセスは、次の反応式による熱加水分解プロセスである[17]。
使用済みの酸を回収することにより、閉じた酸ループが確立される[8]。再生プロセスで生じる酸化鉄(III)副産物は貴重であり、さまざまな第二次産業で使用されている[17]。
無機化合物の生産
[編集]酸洗浄に使用されるのと同様に、塩酸は多くの金属、金属酸化物、金属炭酸塩を溶解するために使用される。 変換は、多くの場合、以下のような簡略化された方程式で表される。
これらの過程は、分析またはさらなる生産のための金属塩化物の生産に使用される[24][25][8]。
pH制御と中和
[編集]純度が要求される業界 (食品、医薬品、飲料水) では、高品質の塩酸を使用して経路の水流のpHを制御している。純度の要求の少ない業界、廃水流の中和やプールのpHの制御などには、技術的な品質の塩酸で十分である[8]。
イオン交換体の再生
[編集]イオン交換樹脂の再生には高品質の塩酸が使用される。陽イオン交換は、水溶液からNa+やCa2+などのイオンを除去し、脱塩水を生成するために広く使用されている。酸は、樹脂から陽イオンを洗い流すために使用される[17]。Na+はH+に、Ca2+は2 H+に置き換わる。
イオン交換体と純水は、すべての化学産業、飲料水生産、および多くの食品産業で使用されている[17]。
実験室での利用
[編集]化学における6つの一般的な強無機酸のうち、塩酸は、酸化還元反応の干渉を受ける可能性が最も低い一価の酸である。また、取り扱うのに最も危険性の低い強酸の1つである。 酸度が高いにもかかわらず、反応性がなく、毒性のない塩化物イオンで構成されている。中程度の濃度の塩酸溶液は、保管時に非常に安定しており、長期間にわたってその濃度が保たれる。これらの特性に加えて、純粋な試薬として利用できるため、塩酸は優れた酸性化試薬になる。それに加えて費用があまりかからない。
塩酸は、塩基の量を決定するための滴定をするときによく選択される酸である。より明確な滴定の終点が生じる強酸の滴定剤を用いることによって、より正確な結果を得られる。共沸、または定沸点塩酸 (約20.2%) は、定量分析の主要な標準物質として使用できるが、正確な濃度は、調製時の気圧によって異なる[28]。
その他
[編集]塩酸は、皮革加工、家庭用掃除[29]、ビル建設[8]など、小規模な用途に多く使用されている。油井の岩石層に塩酸を注入し、岩石の一部を溶解し、大孔径構造を作成することにより、石油生産を促進することができる。油井の酸性化は、北海の石油生産業界では一般的なプロセスである[17]。
塩酸は、炭酸カルシウムを溶解するために使用されてきた。例としては、やかんの被膜除去や煉瓦のモルタルの洗浄などがある。煉瓦造りの壁で使用する場合、モルタルとの反応は、以下の式のように酸がすべて変換されて塩化カルシウム、二酸化炭素、および水が生成されるまで続く。
塩酸を含む多くの化学反応は、食品、食品成分、および食品添加物の製造に関与している。典型的な製品には、アスパルテーム、フルクトース、クエン酸、リシン、食品増強剤としての加水分解植物性タンパク質、およびゼラチン製造が含まれている。食品等級の (超高純度) 塩酸は、最終製品に必要なときに使用される[17][8]。
生物における存在
[編集]胃酸は胃の主要な分泌物の1つである。その主成分は塩酸で、それによって胃の内容物はpH1から2に酸性化されている[30][31]。塩化物イオン (Cl−) と水素イオン (H+) は、胃粘膜の壁細胞によって胃底部の胃底領域に別々に分泌され、胃管腔に入る前に小管と呼ばれる分泌ネットワークに分泌される[32]。
胃酸は微生物に対する防壁として働くことで感染を防いだり、食物を消化したりするのに重要である。その低いpHによってタンパク質が変性され、それによってペプシンなどの消化酵素による分解を受けやすくなっている。 低pH環境ではまた、酵素前駆体であるペプシノーゲンが自己切断によって活性酵素であるペプシンに活性化される。粥状液の塩酸塩は胃を出た後、十二指腸で炭酸水素塩によって中和される[30]。
胃自体は、厚い粘液層の分泌と、セクレチンによって誘発される炭酸水素ナトリウムによる緩衝作用によって、強酸から保護されている。これらのメカニズムの欠陥によって、胸やけまたは消化性潰瘍を発症する可能性がある。抗ヒスタミン薬とプロトンポンプ阻害薬などの医薬品は胃での酸の生成を阻害する可能性があり、また制酸薬は過剰に存在する酸を中和するために使用される[30][33]。
安全性
[編集]塩酸は強酸であるため、生体組織や多くの物質に対して腐食性があるが、ゴムに対しては腐食性がない。 通常、濃縮溶液を取り扱う場合は、ゴム製の保護手袋と関連する保護具が使用される[9]。
質量分率 | 分類[34] | Hフレーズの一覧 |
---|---|---|
10% ≤ C < 25% | 皮膚刺激を引き起こし、深刻な眼刺激を引き起こす | H315, H319 |
C ≥ 10% | 呼吸器への刺激を引き起こす可能性がある | H335 |
C ≥ 25% | 重度の皮膚のやけどや目の損傷を引き起こす | H314 |
塩酸は、ヘロイン、コカイン、およびメタンフェタミンの生産に使用されているため、1988年の麻薬および向精神薬の違法取引に対する国連条約の下で表IIの前駆体として表記されている[35]。
脚注
[編集]- ^ Nomenclature of Organic Chemistry: IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013. Cambridge: The 王立化学会. (2014). p. 131
- ^ “Hydrochloric Acid”. 15 October 2010時点のオリジナルよりアーカイブ。16 September 2010閲覧。
- ^ “spirits of salt”. 29 May 2012閲覧。
- ^ “Hydrochloric acid”. www.chemsrc.com. 2021年9月24日閲覧。
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関連項目
[編集]外部リンク
[編集]- NIST WebBook, general link
- ノッティンガム大学のビデオの定期的な一覧表Hydrochloric Acid – Part One and Hydrochloric Acid – Part Two
- 計算: surface tensions及びHCl水溶液においてdensities, molarities and molalities
- 『塩酸』 - コトバンク
- 全般的な安全性情報
- EPA Hazard Summary
- Hydrochloric acid MSDS by Georgia Institute of Technology
- NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards
- 汚染情報