Хлорная кислота

Хлорная кислота
Общие
Систематическое наименование	Хлорная кислота
Химическая формула	HClO4
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	бесцветная жидкость
Отн. молек. масса	100.46 а. е. м.
Молярная масса	100.46 г/моль
Плотность	1.76 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	−102 °C
Температура кипения	203 °C
Энтальпия образования (ст. усл.)	-40,4 кДж/моль
Химические свойства
pKa	- 10
Растворимость в воде	смешивается
Классификация
Рег. номер CAS	[7601-90-3]
SMILES	(HO-)Cl(=O)(=O)=O

Хлорная кислота HClO₄ — одноосновная кислота, одна из самых сильных (в водном растворе, pK = ~ -10), безводная — исключительно сильный окислитель, так как содержит хлор в высшей степени окисления. Взрывоопасна. Хлорную кислоту и ее соли (перхлораты) применяют как окислители.

Свойства

Бесцветная летучая жидкость, сильно дымящая на воздухе, в парах мономерна. Безводная хлорная кислота очень реакционноспособна и неустойчива. Жидкая HClO₄ частично димеризована, для нее характерна равновесная автодегидратация:

$\mathsf{3HClO_4 \rightleftarrows H_3O^+ + ClO_4^- + Cl_2O_7}$

HClO₄ хорошо растворима во фтор- и хлорорганических растворителях, таких, как CF₃COOH, CHCl₃, CH₂Cl₂ и др. Смешивание с растворителями, проявляющими восстановительные свойства, 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 температуру плавления +50^оС. Концентрированные растворы хлорной кислоты, в отличие от безводной кислоты, обладают маслянистой консистенцией. Водные растворы хлорной кислоты устойчивы, имеют низкую окислительную способность. Хлорная кислота с водой образует азеотропную смесь, кипящую при 203 °C и содержащую 72 % HClO₄. Растворы хлорной кислоты в хлорсодержащих углеводородах являются сверхкислотами (суперкислотами). Хлорная кислота является одной из сильнейших неорганических кислот, в ее 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:

$\mathsf{2HClO_4 + P_4O_{10} \rightarrow Cl_2O_7 + H_2P_4O_{11}}$

Хлорная кислота, как одна из самых сильных кислот растворяет золото и многие платиновые металлы(хотя и самой платиной не реагирует), в реакции с серебром образует хлорноватую кислоту 2Ag+3HCLO4=2AgCLO4+HCLO3+H2O Следует отметить что с золотом реакция идет только у 100% HCLO4(пары которой содержат 11 мол% семиокиси хлора и 89 мол% хлорной кислоты) 2Au(порошк)+3HCLO4(98-100%)=2AuCLO4+HCLO3+H2O Температура ускоряет процесс. Неметаллы и активные металлы восстанавливают Хлорную кислоту до Хлороводорода 8As+5HCLO4+12H2O=8H3ASO4+5HCL(данная реакция используют в металлургии для очистки руд) Малоактивные металлы восстанавливают конц. HCLO4 до Cl2. Перхлорат йода можно получить при обработке р-ра йода в безводной хлорной кислоте озоном I2 + 6HClO4 + O3=2I(ClO4)3 + 3H2O HCl и HBr не реагируют с хлорной кислотой, а HI реагирует со вспышкой. Элементный хлор и бром тоже не взаимодействуют с конц. HCLO4 Являясь крайне сильной неустойчивой кислотой НСLO4 разлагается 4HCLO4=4CLO2+3O2+2H2O Водные растворы хлорной кислоты - очень слабые окислители при комнатной температуре, хотя некоторые восстановители, такие как Sn(II), Ti(III), V(II), V(III) и дитионит-ион, медленно реагируют с нею. Такие восстановители как H2S, SO2, HNO2, HI, Cr(II), Eu(II) в реакцию с хлорной кислотой в растворе не вступают. С металлами как правило разбавленный р-р образует соль и водород. Помимо окислительных св-в хлорная кислота проявляет все св-ва неорганических кислот. Она реагирует с оксидами металлов, основаниями, солями и т.п HCLO4+KCL=HCL+KCLO4(осадок) Соли хлорной кислоты называются перхлоратами. Почти все перхлораты хорошо растворимы в воде. Малорастворимы KCLO4,RbCLO4 и CsCLO4

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.
• Безводная хлорная кислота образуется при взаимодействии перхлоратов натрия или калия с концентрированной серной кислотой, а также водных растворов хлорной кислоты с олеумом:

$\mathsf{KClO_4 + H_2SO_4 \rightarrow KHSO_4 + HClO_4}$

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 KClO₄ малорастворим в воде, применяется в производстве взрывчатых веществ, перхлорат магния Mg(ClO₄)₂ (ангидрон) — осушитель.

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.

Литература

• Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М., 2001.
• Реми Г. Курс неорганической химии. — М.: Иностранная литература, 1963.

Основные хлорсодержащие неорганические кислоты

 

Хлороводородная кислота (HCl)   Хлорноватистая кислота (HClO)   Хлористая кислота (HClO2)   Хлорноватая кислота (HClO3)   Хлорная кислота (HClO4)