Ácido clorhídrico: qué es, estructura, propiedades, usos
¿Qué es el ácido clorhídrico?
El ácido clorhídrico (HCl), o ácido muriático, es un compuesto inorgánico que se forma por la disolución en el agua de cloruro de hidrógeno, originando el ión hidronio (H3O+) y el ión cloruro (Cl–). Más específicamente, es el hidrácido del halógeno cloro con el hidrógeno.
El HCl es un ácido fuerte que se ioniza completamente en el agua y sus productos de la ionización son estables. La completa ionización del HCl se corrobora por el hecho de que el pH de una solución 0,1 M de HCl es de 1.
El método principal para la producción industrial del HCl es la cloración de compuestos orgánicos para producir, por ejemplo, diclorometano, tricloroetileno, percloroetileno o cloruro de vinilo. El HCl es un subproducto de la reacción de cloración.
Se usa en las titulaciones de bases en numerosas reacciones químicas, en la digestión química de compuestos orgánicos, etc.
Los vapores de ácido clorhídrico (cloruro de hidrógeno) pueden producir lesiones graves en los ojos. También pueden producir irritación y problemas severos en las vías respiratorias.
La luz gástrica presenta un pH ácido (1-3) con una alta concentración de HCl. La presencia ácida favorece la esterilización del contenido gástrico, inactivando numerosas bacterias presentes en los alimentos. Esto explicaría la gastroenteritis asociada a la condición de aclorhidria.
Además, el HCl facilita la digestión de las proteínas activando la enzima pepsina de acción proteolítica.
Se utiliza en la limpieza de las piscinas, usualmente basta con un detergente común pero hay manchas que se adhieren entre los azulejos, requiriéndose en estos casos el uso del ácido clorhídrico.
Se usa en el control de pH en los productos farmacéuticos, alimentos y agua potable. También se emplea en la neutralización de los flujos de desecho que contienen material alcalino.
El ácido clorhídrico es utilizado en la regeneración de las resinas de intercambios iónicos, utilizadas para secuestrar iones metálicos u otros tipos de iones en la industria, en los laboratorios de investigación y en la purificación del agua potable.
Por otra parte, también puede comentarse que el cloruro de hidrógeno, compuesto gaseoso, es una molécula diátomica y los átomos que la forman se unen por un enlace covalente. Mientras, el ácido clohídrico es un compuesto iónico que en solución acuosa se disocia en H+ y Cl–. La interacción entre estos iones es de tipo electrostática.
Estructura química del ácido clorhídrico
Cada molécula de HCl está formada por un átomo de hidrógeno y otro de cloro. Aunque a temperatura ambiente el HCl es venenoso y un gas incoloro, si se disuelve en agua se da el ácido clorhídrico.
Formación del ácido clorhídrico
-Se puede producir por electrólisis del NaCl (cloruro de sodio) lo que origina H2 (g), Cl2 (g), 2Na (ac) y OH– (ac). Luego:
H2 + Cl2 => 2 HCl
Esta es una reacción exotérmica.
-Se produce HCl haciendo reaccionar cloruro de sodio con ácido sulfúrico. Proceso que se puede esquematizar en la forma siguiente:
NaCl + H2SO4 => NaHSO4 + HCl
Seguidamente se recoge el cloruro de hidrógeno y se hace reaccionar el cloruro de sodio con el bisulfito de sodio según la reacción siguiente:
NaCl + NaHSO4 => Na2SO4 + HCl
Esta reacción fue introducida por Johan Glauber en el siglo XVII para producir ácido clorhídrico. Actualmente se usa fundamentalmente en los laboratorios, ya que la importancia de su uso industrial ha declinado.
-Se puede producir ácido clorhídrico como subproducto de la cloración de compuestos orgánicos, como por ejemplo: en la producción de diclorometano.
C2H4 + Cl2 => C2H4Cl2
C2H4Cl2 => C2H3Cl + HCl
Este método de producir HCl es más usado industrialmente, calculándose que el 90% del HCl producido en Estados Unidos lo es por esta metodología.
-Y finalmente, se produce HCl en la incineración de residuos orgánicos clorados:
C4H6Cl2 + 5 O2 => 4 CO2 + 2 H2O + 2 HCl
¿Dónde se encuentra el ácido clorhídrico?
El ácido clorhídrico se concentra en la luz gástrica donde se alcanza un pH de 1. La existencia de una barrera de moco, rico en bicarbonato, impide que las células gástricas sufran daño debido al bajo pH gástrico.
Hay tres estímulos fisiológicos principales para la secreción de H+ por las células parietales del cuerpo gástrico: la gastrina, la histamina y la acetilcolina.
La gastrina
La gastrina es una hormona que se secreta en la región del antro gástrico que actúa aumentando la concentración intracelular de Ca, intermediario de la activación del transporte activo de H+ hacia la luz gástrica.
El transporte activo es realizado por una enzima ATPasa que usa la energía contenida en el ATP para llevar H+ hacia la luz gástrica e introducir K+.
La histamina
Se secreta por las llamadas células semejantes a las enterocromafines (SEC) del cuerpo gástrico. Su acción está mediada por un incremento en la concentración de AMP cíclico y actúa incrementando, al igual que la gastrina, el transporte activo de H+ hacia la luz gástrica mediada por una bomba H+-K+.
La acetilcolina
Se secreta por los terminales nerviosos vagales, al igual que la gastrina media su acción por un incremento de Ca intracelular, activando la acción de la bomba H+-K+.
El H+ de las células parietales proviene de la reacción del CO2 con el H2O para formar H2CO3 (ácido carbónico). Este posteriormente se descompone en H+ y HCO3–. El H+ es transportado activamente hacia la luz gástrica a través de la membrana apical gástrica. Mientras, el HCO3– es llevado a la sangre acoplado al ingreso de Cl–.
El mecanismo de contratransporte o antitransporte Cl—HCO3– que ocurre en la membrana basal de las células parietales produce la acumulación intracelular de Cl–. Posteriormente, el ión pasa a la luz gástrica acompañando al H+. Se estima que la secreción gástrica de HCl tiene una concentración de 0,15 M.
Otras fuentes de HCl biológicas
Hay otros estímulos para la secreción de HCl por las células parietales, como la cafeína y el alcohol.
La úlcera gástrica y la duodenal se producen al interrumpirse la barrera que protege a las células gástricas de la acción dañina del HCl.
Al eliminar la acción protectora mencionada, la bacteria Helicobacter pilori, el ácido acetilsalicílico y los antiinflamatorios no esteroideos (AINES) contribuyen a la producción de úlceras.
La secreción ácida tiene como función la eliminación de microbios presentes en los alimentos e iniciar la digestión de las proteínas, mediante la acción de la pepsina. Las células principales del cuerpo gástrico secretan el pepsinógeno, una proenzima que se transforma en pepsina por el bajo pH de la luz gástrica.
Propiedades físicas y químicas del ácido clorhídrico
Peso molecular
36,458 g/mol.
Color
Es un líquido incoloro o ligeramente amarillento.
Olor
Es un olor acre irritante.
Sabor
El umbral para su degustación en agua pura es una concentración de 1,3 x 10-4 moles/l.
Punto de ebullición
-121º F a 760 mmHg. -85,05º C a 760 mmHg.
Punto de fusión
-174º F (-13,7 º F) para una solución de HCl de 39,7% p/p en agua), -114,22º C.
Solubilidad en agua
La solución de HCl puede tener un 67% p/p a 86º F; 82,3 g/100 g de agua a 0ºC; 67,3 g/100 g de agua a 30º C y 63,3 g/100 g de agua a 40º C.
Solubilidad en metanol
51,3 g/100 g de solución a 0º C y 47 g/100 de solución a 20º C
Solubilidad en etanol
41,0 /100 g de solución a 20º C
Solubilidad en éter
24,9 g/100 de solución a 20º C.
Densidad
1,059 g/ml a 59º F en una solución al 10,17 % p/p.
Densidad del gas
1,00045 g/L
Densidad del vapor
1,268 (en relación al aire tomado como 1)
Presión de vapor
32.452 mmHg a 70ª F; 760 mmHg a -120,6 º F
Estabilidad
Tiene una estabilidad térmica alta.
Autoignición
No es inflamable.
Descomposición
Se descompone por calentamiento emitiendo un humo tóxico de cloro.
Viscosidad: 0,405 cPoise (líquido a 118,6 º K), 0,0131 cPoise (vapor a 273,06 º K).
Corrosividad
Es altamente corrosivo del aluminio, el cobre y el acero inoxidable. Ataca a todos los metales (mercurio, oro, platino, plata, tantalio, a excepción de ciertas aleaciones).
Tensión superficial
23 mN/cm a 118,6º K.
Polimerización
Los aldehídos y los epóxidos experimentan una violenta polimerización en presencia de ácido clorhídrico.
Las propiedades físicas, tales como viscosidad, presión de vapor, punto de ebullición y punto de fusión están influenciados por la concentración porcentual p/p del HCl.
Usos del ácido clorhídrico
El ácido clorhídrico tiene numerosos usos en el hogar, en diversas industrias, en los laboratorios de docencia y de investigación, etc.
Industriales y hogareños
-El ácido clorhídrico se utiliza en el procesamiento hidrometalúrgico, por ejemplo, en la producción de alúmina y dióxido de titanio. Se usa en la activación de la producción de los pozos petroleros.
La inyección del ácido aumenta la porosidad alrededor del petróleo, favoreciendo de esta manera su extracción.
-Se utiliza para la eliminación de los depósitos de CaCO3 (carbonato de calcio) mediante su transformación en CaCl2 (cloruro de calcio), el cual es más soluble y fácil de eliminar. Asimismo, se usa industrialmente en el procesamiento del acero, material con numerosos usos y aplicaciones tanto en las industrias, como en las construcciones y en el hogar.
-Los albañiles usan soluciones de HCl para el lavado y limpieza de los ladrillos. Se usa en el hogar en las labores de limpieza y desinfección de los baños y sus desagües. Además, el ácido clorhídrico se utiliza en los grabados, incluyendo las operaciones de limpieza de los metales.
-El ácido clorhídrico tiene aplicación en la eliminación de la capa de óxido de hierro mohoso que se acumula sobre el acero, previamente a su procesamiento posterior en extrusión, laminación, galvanización, etc.
Fe2O3 + Fe + 6 HCl => 3 FeCl2 + H2O
-A pesar de ser altamente corrosivo es utilizado para remover manchas de metales presentes en hierro, cobre y latón, usándose una dilución 1:10 en agua.
Síntesis y reacciones químicas
-El ácido clorhídrico se usa en las reacciones de titulación de bases o álcalis, así como en el ajuste del pH de soluciones. Además, se utiliza en numerosas reacciones químicas, por ejemplo, en la digestión de las proteínas, procedimiento previo a los estudios del contenido de aminoácidos y su identificación.
-Un uso principal del ácido clorhídrico es la producción de compuestos orgánicos, tales como cloruro de vinilo y diclorometano. El ácido es un intermediario en la producción de policarbonados, carbón activado y ácido ascórbico.
-Se utiliza en las manufacturas de pegas. Mientras que en la industria textil se utiliza en el blanqueamiento de telas. Se usa en la industria del curtido de cuero interviniendo en su procesamiento. También encuentra uso como fertilizante y en la producción de cloruro, colorantes, etc. Asimismo se utiliza en galvanoplastia, en la fotografía y en la industria del caucho.
-Se emplea en la producción de la seda artificial, en la refinación de aceites, grasas y jabones. Además, se utiliza en las reacciones de polimerización, isomerización y alquilación.
Riesgos y toxicidad del ácido clorhídrico
Tiene acción corrosiva sobre la piel y las mucosas produciendo quemaduras. Estas, si son graves, pueden producir ulceraciones quedando cicatrices queloides y retráctiles. El contacto con los ojos puede provocar reducción o pérdida total de la visión por un daño de la córnea.
Cuando el ácido alcanza el rostro puede provocar graves cicatrices que desfiguran la cara. El contacto frecuente con el ácido también puede originar dermatitis.
La ingestión del ácido clorhídrico provoca quemadura de la boca, garganta, esófago y tracto gastrointestinal, causando nauseas, vómitos y diarrea. En casos extremos se puede producir la perforación del esófago e intestino, con paro cardíaco y la muerte.
Por otro lado, los vapores del ácido, dependiendo de su concentración, pueden producir una irritación de las vías respiratorias, causando faringitis, edema de la glotis, estrechamiento de los bronquios con bronquitis, cianosis y edema pulmonar (acumulación excesiva de líquido en los pulmones) y en casos extremos, la muerte.
La exposición a niveles altos de vapores del ácido clorhídrico puede producir hinchazón y espasmo de la garganta con la consecuente asfixia.
También son frecuentes las necrosis dentales que se manifiestan en los dientes con la pérdida de su brillo; se tornan amarillentos y blandos, y finalmente se rompen.
Prevención del daño por ácido clorhídrico
Hay un conjunto de normas para la seguridad de las personas que trabajan con ácido clorhídrico:
-Las personas con un historial de enfermedades respiratorias y digestivas no deben trabajar en ambientes con la presencia del ácido.
-Los trabajadores tienen que utilizar ropas resistentes al ácido, con capuchas, lentes de protección ocular, protectores de brazos, guantes resistentes al ácido y zapatos con las mismas características. Asimismo deben utilizar máscaras antigases, y en casos de exposición severa a los vapores del ácido clorhídrico, se recomienda el uso de equipos de respiración autónomos.
-El ambiente de trabajo debe disponer igualmente de duchas de emergencia y fuentes para el lavado de los ojos.
-Además, existen normas para los ambientes de trabajo, como el tipo de piso, los circuitos cerrados, la protección de los equipos eléctricos, etc.
Referencias
- StudiousGuy. (2018). Hydrochloric Acid (HCl): Important Uses & Applications. Tomado de: studiousguy.com
- Ganong, W. F. (2003). Review of Medical Physiology. Twenty-first edition. The McGraw-Hill Companies INC.
- PubChem. (2018). Hydrochloric Acid. Tomado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Weebly. Hydrochloric acid. Tomado de: psa-hydrochloric-acid.weebly.com
- CTR. Hoja de datos de seguridad del ácido clorhídrico. [PDF]. Tomado de: uacj.mx