塩酸

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画像:Hydrochloric acid 05.jpg
ガラス瓶入りの塩酸

塩酸(えんさん)は、塩化水素(化学式 HCl)の水溶液。代表的なのひとつで、強い酸性を示す。

目次

概要

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。([1]

塩酸の内、「濃塩酸」として市販されるものは、塩化水素の37質量% = 12 mol dm−3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。

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。

歴史

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 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。

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・ペンザンスハンフリー・デービーは1818年に水素塩素を含む化合物であることを示した。

ヨーロッパにおける産業革命の時代には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。

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)

  • イオン交換膜法(電気分解過程)

カソード反応 2H2O + 2e- → H2 + 2OH-
アノード反応 2Cl- → Cl2 + 2e-
(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+が移動する)

  • 量論反応過程

H2 + Cl2 → 2HCl

  • 全体

H2O + NaCl → NaOH + HCl

用途

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に市販されている。

また、水酸化物の中和や、酸化物などからの塩化物の合成にも利用される。(例 塩酸+水酸化カリウム=塩化カリウムとなる。)

濃塩酸 3:濃硝酸 1の体積比で混合したものは王水と呼ばれ、高い腐食性をもつため、白金の塩類製造に用いられる。

ヘロインコカインの製造にも使われるため、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。

性質

化学的性質は塩化水素の項に詳しい。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(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白金などは希塩酸には溶解しない。
    (例)亜鉛との反応
    <math>

\rm 2HCl + Zn \longrightarrow ZnCl_2 + H_2 </math>

\rm HCl + NaOH \longrightarrow NaCl + H_2O </math>

\rm (CH_3)_3COH + HCl \longrightarrow (CH_3)_3CCl + H_2O </math>

\rm HCl + NH_3 \longrightarrow NH_4Cl </math>

安全性

  • 摂取 - 消化器を激しく冒し、致命的になりうる。
  • 吸入 - 塩化水素に準じ、人体に有毒。多量に吸入した場合、肺水腫などを引き起こし、死に至る。
  • 皮膚 - 腐食性があるので、化学熱傷の原因となる。
  • 目 - 角膜溶解、角膜白濁、角膜上皮の激しい損傷を起こし、眼球穿孔や失明の危険がある。

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る。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。

<math>\rm \frac{1}{2}H_2(g) +\frac{1}{2}Cl_2(g) = HCl(g), \quad {\Delta} \mathit{H}^\circ = -92.31 kJ mol^{-1}</math>

有機合成

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。

<math>\rm R-H + Cl_2 \longrightarrow R-Cl + HCl</math>
<math>\rm R-Cl + HF \longrightarrow R-F + HCl</math>

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。

工業市場

主要な製造企業はダウケミカル社(塩化水素ガスとして2メガトン/年)、フォルモサプラスティック(台湾プラスティック)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(それぞれ0.5から1.5メガトン/年)である。全世界での製造量は(比較のため)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。

2008年度日本国内生産量は 2,386,586 t(合成760,658t, 副生1,625,928t), 消費量は 857,599 tである<ref>経済産業省生産動態統計・生産・出荷・在庫統計平成20年年計による</ref>。

註・出典

<references />

  • Chemicals Economics Handbook, Hydrochloric Acid, SRI International, 2001, p. 733.4000A-733.3003F.

外部リンク

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