Phân tử clorua hiđrô (HCl) là một phân tử hai nguyên tử đơn giản, bao gồm một nguyên tử hiđrô và một nguyên tử clo kết hợp với nhau thông qua một liên kết đơn cộng hóa trị. Do nguyên tử clo có độ âm điện cao hơn so với nguyên tử hiđrô nên liên kết cộng hóa trị này là phân cực rõ ràng. Do phân tử tổng thể có mômen lưỡng cực lớn với điện tích một phần âm δ- tại nguyên tử clo và điện tích dương δ+ tại nguyên tử hiđrô, nên phân tử hai nguyên tử clorua hiđrô là phân tử phân cực mạnh. VÌ thế, nó rất dễ dàng hòa tan trong nước cũng như trong các dung môi phân cực khác.

Khi tiếp xúc với nước, nó nhanh chóng bị ion hóa, tạo thành các cation là hiđrônium (H3O+) và các anion clo (Cl-) thông qua phản ứng hóa học thuận nghịch sau:

HCl + H2O → H3O+ + Cl−

Dung dịch tạo thành được gọi là axít clohiđric và nó là một axít mạnh. Hằng số điện li axít hay hằng số ion hóa Ka là rất lớn, nghĩa là HCl bị điện li hay ion hóa toàn phần trong nước.

Kể cả khi không có mặt nước thì clorua hiđrô vẫn có thể có phản ứng như một axít. Ví dụ, clorua hiđrô có thể hòa tan trong các dung môi phân cực khác như mêtanol và có phản ứng như một chất xúc tác axít cho các phản ứng hóa học khi điều kiện khan nước (anhiđrơ) là mong muốn.

HCl + CH3OH → CH3O+H2 + Cl−

HCl cung cấp proton cho phân tử mêtanol (CH3OH)

Do bản chất axít của nó, clorua hiđrô là một chất khí có tính ăn mòn, cụ thể là khi có sự hiện diện của hơi ẩm.

Khói trắng của clorua hiđrôloric làm thay đổi pH của giấy quỳ tím. Màu đỏ chỉ ra rằng nó có tính axít

[sửa] Hiệu ứng sức khỏe

Clorua hiđrô tạo thành axít clohiđric có tính ăn mòn cao khi tiếp xúc với cơ thể. Việc hít thở phải hơi khói gây ra ho, nghẹt thở, viêm mũi, họng và phần phía trên của hệ hô hấp. Trong những trường hợp nghiêm trọng là phù phổi, tê liệt hệ tuần hoàn và tử vong. Tiếp xúc với da có thể gây mẩn đỏ, các thương tổn hay bỏng nghiêm trọng. Nó cũng có thể gây ra mù mắt trong những trường hợp nghiêm trọng.

[sửa] Lịch sử

Các nhà giả kim thuật kể từ thời Trung cổ đã nhận ra rằng axít clohiđric (khi đó gọi là rượu của muối hay acidum salis) sinh ra clorua hiđrô ở dạng hơi, khi đó gọi là marine acid air (khí axít biển).

Trong thế kỷ 17, Johann Rudolf Glauber sử dụng muối (clorua natri) và axít sulfuric để điều chế sulfat natri, giải phóng ra khí clorua hiđrô.

2NaCl + H2SO4 → 2HCl + Na2SO4

Năm 1772, Carl Wilhelm Scheele cũng thực hiện phản ứng này và đôi khi được coi là người phát hiện ra nó. Joseph Priestley điều chế được clorua hiđrô tinh chất vào năm 1772 và vào năm 1818 thì Humphry Davy chứng minh rằng nó là hợp chất của hiđrô và clo.

Trong thời kỳ cách mạng công nghiệp, nhu cầu về các hợp chất kiềm như tro xô đa (Na2CO3) đã tăng lên và Nicolas Leblanc đã phát triển một công nghệ mới ở quy mô công nghiệp để sản xuất tro xô đa. Trong công nghệ Leblanc, muối ăn được chuỷển hóa thành tro xô đa bằng axít sulfuric, đá vôi và than, tạo ra clorua hiđrô như một sản phẩm phụ. Ban đầu, nó đã bị xả ra ngoài không khí, nhưng đạo luật Kiềm năm 1863 đã nghiêm cấm việc xả khí này, vì thế các nhà sản xuất tro xô đa đã cho hấp thụ khí thải HCl trong nước, tạo ra axít clohiđric với sản lượng quy mô công nghiệp. Sau đó công nghệ Hargreaves đã được tạo ra, nó là tương tự như công nghệ Leblanc, ngoại trừ việc người ta sử dụng điôxít lưu huỳnh, nước, không khí thay cho axít sulfuric trong phản ứng là tỏa nhiệt về tổng thể. Trong đầu thế kỷ 20 thì công nghệ Leblanc đã được thay thế bằng công nghệ Solvay, nó không sinh ra HCl. Tuy nhiên, việc sản xuất clorua hiđrô vẫn được tiếp tục như là một bước trong sản xuất axít clohiđric.

Các công dụng lịch sử của clorua hiđrô trong thế kỷ 20 bao gồm hiđroclorinat hóa các alkyn trong sản xuất các monome clorinat hóa như cloropren (CH2=CCl-CH=CH2) và clorua vinyl (CH2=CHCl), để sau đó nhờ polyme hóa sinh ra polycloropren (neopren) và polyvinyl clorua (PVC). Trong sản xuất clorua vinyl, axetylen (C2H2) được hiđroclorinat hóa bằng cách bổ sung HCl vào để phá vỡ liên kết ba của phân tử C2H2, tạo ra liên kết đôi, sinh ra clorua vinyl.

"Công nghệ axetylen", được sử dụng cho tới thập niên 1960 để sản xuất cloropren, bắt đầu bằng việc kết nối hai phân tử axetylen, sau đó bổ sung HCl vào chất trung gian đã kết nối thông qua liên kết ba để chuyển nó thành cloropren như chỉ ra dưới đây:

Công nghệ axetylen này đã được thay thế bằng công nghệ khác, trong đó người ta bổ sung Cl2 vào một trong các liên kết đôi trong 1,3-butadien (CH2=CH-CH=CH2), và kết quả là có thể sản sinh ra cloropren và HCl.

Hiện nay, phần lớn clorua hiđrô được sản xuất ra để sản xuất axít clohiđric.

Mô hình phân tử clorua hiđrô

[sửa] Sản xuất

[sửa] Tổng hợp trực tiếp

Trong công nghiệp clo-alkali, dung dịch muối ăn được điện phân để sản xuất clo (Cl2), hiđrôxít natri và hiđrô (H2). Khí clo nguyên chất có thể tái tổ hợp trong lò sản xuất HCl với khí hiđrô, tạo ra clorua hiđrô nguyên chất.

Cl2 + H2 → 2HCl

Phản ứng này tỏa nhiệt.

Khí tạo ra được hấp thụ trong nước tinh khiết (nước đã khử hết các ion khác), tạo ra axít clohiđric tinh khiết. Phản ứng này có thể sử dụng để tạo ra sản phẩm rất tinh khiết cho công nghiệp thực phẩm.

[sửa] Tổng hợp hữu cơ

Một lượng lớn axít clohiđric được sinh ra trong quá trình clorinat hóa hay florinat hóa các hợp chất hữu cơ, chẳng hạn teflon, freon và các CFC khác, axít cloroaxetic, và PVC. Thông thường việc sản xuất HCl như thế được sử dụng ngay tại chỗ.

R-H + Cl2 → R-Cl + HCl

R-Cl + HF → R-F + HCl

Khí HCl sinh ra hoặc được tái sử dụng trực tiếp, hoặc được nước hấp thụ, tạo thành axít clohiđric cấp kỹ thuật hay công nghiệp.

[sửa] Phòng thí nghiệm

Một lượng nhỏ khí HCl sử dụng trong phòng thí nghiệm có thể sản xuất bằng cách khử nước của axít clohiđric theo 2 cách:

Giải phóng ra nhờ bổ sung axít sulfuric đậm đặc vào dung dịch axít clohiđric đậm đặc.

Giải phóng ra nhờ bổ sung clorua canxi khan vào dung dịch axít clohiđric đậm đặc.

Ngoài ra, HCl có thể sinh ra nhờ phản ứng của axít sulfuric với clorua natri:

NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl↑

Những phòng thí nghiệm bí mật và bất hợp pháp nói chung sử dụng khí HCl sinh ra theo cách này để chuyển hóa các loại ma túy gốc tự do thành dạng các muối clorua hiđrô nhằm dễ dàng phân phối hơn.

HCl cũng có thể điều chế bằng cách thủy phân một số hợp chất chứa clorua hoạt hóa như clorua phốtpho, clorua thionyl (SOCl2) và các clorua acyl (R-CO-Cl). Bổ sung thêm nước có thể hấp thụ khí HCl để tạo thành axít clohiđric. Ví dụ, nước lạnh có thể nhỏ giọt từ từ vào pentaclorua phốtpho (PCl5) để tạo ra HCl theo phản ứng:

PCl5 + H2O → POCl3 + 2HCl

Nước nóng có thể giải phóng ra nhiều khí HCl hơn nhờ thủy phân PCl5 thành axít orthophốtphoric. Phản ứng của nước với triclorua phốtpho (PCl3) cũng sinh ra HCl.

Phản ứng của clorua thionyl với nước sinh ra điôxít lưu huỳnh (SO2) cũng như HCl. Đối với các phản ứng này, xem bài clorua thionyl và halua acyl.

[sửa] Ứng dụng

Một số ứng dụng của clorua hiđrô là: