Хлорная кислота

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}}

Хло́рная кислота́ (хим. формула — HClO₄) — сильная одноосновная кислота.

Безводная кислота является исключительно сильным окислителем, так как содержит хлор в высшей степени окисления +7.

Свойства

Физические свойства

Бесцветная летучая жидкость, сильно дымящая на воздухе, в парах мономерна. Безводная хлорная кислота очень реакционноспособна и неустойчива.

Химические свойства

Жидкая HClO₄ частично димеризована, для неё характерна равновесная автодегидратация:

$\mathrm{𝟥}𝖧𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{\rightleftarrows }{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}{𝖮}^{\mathsf{+}}\mathsf{+}𝖢𝗅O_{\mathrm{𝟦}}^{\mathsf{-}}\mathsf{+}𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟤}}{𝖮}_{\mathrm{𝟩}}$

Безводная кислота взрывоопасна из-за наличия в ней оксида хлора(VII). Водные растворы с концентрацией ниже 72 % более безопасны, но на свету желтеют с образованием взрывоопасных оксидов хлора. Пожелтевшую кислоту рекомендуется аккуратно разбавить и нейтрализовать щелочами или карбонатами.

Являясь сильной неустойчивой кислотой, хлорная кислота разлагается:

$\mathrm{𝟦}𝖧𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{\to }\mathrm{𝟦}𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Хлорную кислоту и её соли (перхлораты) применяют как окислители. Хлорная кислота, как одна из самых сильных кислот и окислитель, растворяет золото и платиновые металлы:

$\mathrm{𝟫}𝖧𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖠𝗎\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖠𝗎\mathsf{(}𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}𝖧𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

а в реакции с серебром образует хлорноватую кислоту:

$\mathrm{𝟥}𝖧𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖠𝗀\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖠𝗀𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}𝖧𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Неметаллы и активные металлы восстанавливают концентрированную хлорную кислоту до хлороводорода

$\mathrm{𝟪}𝖠𝗌\mathsf{+}\mathrm{𝟧}𝖧𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟣}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\to }\mathrm{𝟪}{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖠𝗌{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟧}𝖧𝖢𝗅$ (данная реакция используется в металлургии для очистки руд.

Аммиак окисляется в концентрированной хлорной кислоте до азотной кислоты: $𝖧𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}𝖭{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{\to }𝖧𝖢𝗅\mathsf{+}𝖧𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

В отличие от других кислот, хлорная при этом не образует соответствующей соли аммония.

Разбавленная хлорная кислота обладает слабыми окислительными свойствами (не окисляет сероводород, диоксид серы, иодоводород, хром(II), азотистую кислоту) и при реакции с металлами до водорода в электрохимическом ряду выделяет водород с образованием перхлоратов. Водные растворы хлорной кислоты устойчивы.

Хлорная кислота хорошо растворима во фтор- и хлорорганических растворителях, таких, как CF₃COOH, CHCl₃, CH₂Cl₂ и др. Смешивание с растворителями, проявляющими восстановительные свойства (например, с диметилсульфоксидом), может привести к воспламенению и взрыву. С водой хлорная кислота смешивается в любых соотношениях и образует ряд гидратов HClO₄·nH₂O (где n = 0,25…4). Моногидрат HClO₄·H₂O имеет ионную природу и температуру плавления +50 °C. Хлорная кислота с водой образует азеотропную смесь, кипящую при 203 °C и содержащую 72 % хлорной кислоты. Растворы хлорной кислоты в хлорсодержащих углеводородах являются сверхкислотами (суперкислотами). Хлорная кислота является одной из сильнейших неорганических кислот, в её среде даже кислотные соединения ведут себя как основания, присоединяя протон и образуя катионы ацилперхлоратов: P(OH)₄⁺ClO₄⁻, NO₂⁺ClO₄⁻.

При слабом нагревании при пониженном давлении смеси хлорной кислоты с фосфорным ангидридом, отгоняется бесцветная маслянистая жидкость — хлорный ангидрид:

$\mathrm{𝟤}𝖧𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}{𝖯}_{\mathrm{𝟦}}{𝖮}_{\mathrm{𝟣}\mathrm{𝟢}}\mathsf{\to }𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟤}}{𝖮}_{\mathrm{𝟩}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}{𝖯}_{\mathrm{𝟦}}{𝖮}_{\mathrm{𝟣}\mathrm{𝟣}}$

Соли хлорной кислоты называются перхлоратами. Их большинство растворимо в воде. Малорастворимы перхлораты калия, цезия и рубидия. Перхлорат йода в лаборатории получают при обработке раствора йода в безводной хлорной кислоте озоном:

${𝖨}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟨}𝖧𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{=}\mathrm{𝟤}𝖨\mathsf{(}𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Перхлорилфторид можно получить прямым синтезом:

$\mathrm{𝟤}{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖧𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{\to }𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}𝖥\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{+}{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}$

Получение

• Водные растворы хлорной кислоты получают электрохимическим окислением соляной кислоты или хлора, растворённых в концентрированной хлорной кислоте, а также обменным разложением перхлоратов натрия или калия сильными неорганическими кислотами. При взаимодействии перхлоратов с серной кислотой образуется оксид хлора (VII) :

$𝖧𝖢𝗅\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\stackrel{UV,q}{\to }𝖧𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}$

$𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟩}{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\stackrel{UV,q}{\to }\mathrm{𝟤}𝖧𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}$

$\mathrm{𝟤}𝖪𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{\to }{𝖪}_{\mathrm{𝟤}}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟤}}{𝖮}_{\mathrm{𝟩}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

• Для получения безводной хлорной кислоты требуется нагрев насыщенного раствора перхлората аммония с добавлением азотной, а затем и соляной кислоты, вследствие чего образуется хлорная кислота, вода, хлор и оксид азота (I):

$\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟦}𝖭{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟨}𝖧𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟪}𝖧𝖢𝗅\mathsf{\to }\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟦}𝖧𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟧}{𝖭}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Для получения особо чистого оксида хлора семь требуется нагрев сухих хлоратов металлов с жидким фторидом кислорода:

$𝖮{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖪𝖢𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{\to }𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟤}}{𝖮}_{\mathrm{𝟩}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖪𝖥$

Применение

• Концентрированные водные растворы хлорной кислоты широко используются в аналитической химии, а также для получения перхлоратов.
• Хлорная кислота применяется при разложении сложных руд, при анализе минералов, а также в качестве катализатора.
• Соли хлорной кислоты: перхлорат калия малорастворим в воде, применяется в производстве взрывчатых веществ, перхлорат магния (ангидрон) — осушитель, перхлорат аммония — добавка к ракетному топливу и взрывчатое вещество.

Безводную хлорную кислоту нельзя длительно хранить и перевозить, так как при хранении в обычных условиях она медленно разлагается, окрашивается оксидами хлора, образующимися при её разложении, и может самопроизвольно взрываться. Зато её водные растворы вполне устойчивы.

Литература

• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга