Υπερχλωρικό οξύ
Το υπερχλωρικό οξύ είναι ανόργανο οξύ με χημικό τύπο HClO4. Συνήθως είναι υδατικό διάλυμα. Είναι άχρωμη ένωση και είναι ισχυρότερο οξύ από το θειικό οξύ και το νιτρικό οξύ. Είναι ισχυρό οξειδωτικό σε υψηλές θερμοκρασίες. Ωστόσο, τα υδατικά διαλύματα, όταν το ποσοστό περιεκτικότητας του κατά βάρος βρίσκεται σε επίπεδο μέχρι το 70% περίπου, είναι ασφαλή σε θερμοκρασία δωματίου και εμφανίζουν μόνο ισχυρά όξινα χαρακτηριστικά και όχι οξειδωτικές ιδιότητες. Το υπερχλωρικό οξύ είναι χρήσιμο για την προετοιμασία υπερχλωρικών αλάτων, ειδικά για το υπερχλωρικό αμμώνιο, ένα σημαντικό συστατικό του καυσίμου των πυραύλων. Το υπερχλωρικό οξύ είναι πολύ διαβρωτικό και σχηματίζει εύκολα δυνητικά εκρηκτικά μείγματα.
Παραγωγή
ΕπεξεργασίαΤο υπερχλωρικό οξύ μπορεί να παραχθεί βιομηχανικά από δύο τρόπους. Η παραδοσιακή μέθοδος εκμεταλλεύεται την υψηλή υδατοδιαλυτότητα του υπερχλωρικού νατρίου (209 γρ. ανά 100 mL νερού σε θερμοκρασία δωματίου). Η αντιμετώπιση τέτοιων διαλυμάτων με υδροχλωρικό οξύ δίνει υπερχλωρικό οξύ, κατακρημνίζοντας το στερεό χλωρικό νάτριο (παρακάτω δίνεται ο τύπος της διαδικασίας):
- NaClO4 + HCl → NaCl + HClO4
Το συμπυκνωμένο οξύ μπορεί να καθαριστεί με απόσταξη. Ο εναλλακτικός τρόπος είναι πιο άμεσος και αποφεύγει τα άλατα. Συνεπάγεται με ανοδική οξείδωση υδατικού χλωρίου σε ηλεκτρόδιο λευκόχρυσου.[1]
Παρασκευή υπερχλωρικού οξέως σε εργαστήριο
ΕπεξεργασίαΗ ένωση υπερχλωρικού βαρίου με θειικό οξύ κατακρημνίζει το θειικό βάριο, αφήνοντας μόνο το υπερχλωρικό οξύ. Μπορεί να παραχθεί αναμειγνύοντας και βράζοντας νιτρικό οξύ με υπερχλωρικό αμμώνιο ενώ γίνεται προσθήκη υδροχλωρικού οξέως. Αυτή η χημική αντίδραση δίνει υποξείδιο του αζώτου και υπερχλωρικό οξύ λόγω μιας ταυτόχρονης αντίδρασης που αφορά το αμμωνιακό ιόν και μπορεί να συγκεντρωθεί και να εμπλουτιστεί σημαντικά βράζοντας το υπόλοιπο νιτρικό και υδροχλωρικό οξύ που έχει μείνει.
Ιδιότητες
ΕπεξεργασίαΣε θερμοκρασία δωματίου το υπερχλωρικό οξύ είναι ασταθές ελαιώδες υγρό. Σχηματίζει τουλάχιστον πέντε ένυδρες ουσίες, πολλές από τις οποίες έχουν χαρακτηριστεί κρυσταλλογραφικά. Αυτά τα στερεά αποτελούνται από το υπερχλωρικό ανιόν που συνδέεται μέσω δεσμών υδρογόνου στα κέντρα του νερού (H2O) και υδροξωνίου (H3O+) Το υπερχλωρικό οξύ σχηματίζει αζεοτροπικό μίγμα με το νερό, το οποίο αποτελείται από περίπου 72.5% υπερχλωρικό οξύ. Αυτή η μορφή του οξέος είναι σταθερή αορίστως και είναι διαθέσιμη στην αγορά. Τέτοια διαλύματα είναι υγροσκοπικές. Έτσι, αν μείνει εκτεθειμένο στον αέρα, το συγκεντρωμένο υπερχλωρικό οξύ αυτοαραιώνεται απορροφώντας νερό από τον αέρα.
Η αφυδάτωση του υπερχλωρικού οξέως δίνει το άνυδρο διχλωρικό επταξείδιο. Παρακάτω δίνεται ο τύπος της χημικής διαδικασίας:[2]
- 2 HClO4 + P4O10 → Cl2O7 + "H2P4O11"
Χρήσεις
ΕπεξεργασίαΤο υπερχλωρικό οξύ παράγεται κυρίως ως πρόδρομος για το υπερχλωρικό αμμώνιο, το οποίο χρησιμοποιείται στα καύσιμα των πυραύλων. Η ανάπτυξη πυραύλων έχει οδηγήσει στην αύξηση της παραγωγής του υπερχλωρικού οξέος. Κάθε χρόνο παράγονται εκατομμύρια κιλά υπερχλωρικού οξέως. Το υπερχλωρικό οξύ είναι ένα από τα πιο δοκιμασμένα υλικά για τη χάραξη των οθονών υγρών κρυστάλλων και κρίσιμων ηλεκτρονικών εφαρμογών, καθώς και στην εξόρυξη μεταλλευμάτων. Έχει μοναδικές ιδιότητες στην αναλυτική χημεία.[3] Επιπλέον είναι ένα χρήσιμο συστατικό στη χαρακτική του χρωμίου[4]
Ως οξύ
ΕπεξεργασίαΤο υπερχλωρικό οξύ, ένα σουπεροξύ, είναι ένα από τα ισχυρότερα οξέα κατά Μπρένστετ-Λόουρι. Το γεγονός ότι η σταθερά διάστασης οξέος του υπερχλωρικού οξέως είναι χαμηλότερη από -9 αποδεικνύεται από το γεγονός ότι η μονοϋδρική του ουσία περιέχει διακριτά ιόντα υδροξωνίου και μπορεί να απομονωθεί ως ένα σταθερό, κρυσταλλικό στερεό, του οποίου ο χημικός τύπος είναι ο [H3O+][ClO–
4].[5] Η πιο πρόσφατη εκτίμηση της υδατικής σταθεράς διάστασης οξέος για το υπερχλωρικό οξύ είναι -15.2 +- 2.0. Παρέχει ισχυρή οξύτητα με την ελάχιστη παρέμβαση, γιατί το υπερχλωρικό άλας είναι ασθενώς πυρηνόφιλο (εξηγώντας την υψηλή οξύτητα του HClO4). Άλλα οξέα των μη συγχρονιστούντων ανιόντων, όπως το φλωροβορικό οξύ και το εξαφλωροφωσφορικό οξύ είναι ευαίσθητα στην υδρόλυση, ενώ το υπερχλωρικό οξύ δεν είναι. Παρά τους κινδύνους που συνδέονται με την εκρηκτικότητα των αλάτων του, συχνά σε ορισμένες συνθέσεις προτιμάται το υπερχλωρικό οξύ. Για παρόμοιους λόγους, είναι χρήσιμος εκλουστής στην χρωματογραφία ιοντοανταλλαγής.
Χρησιμοποιείται για τη ηλεκτροστίλβωση ή τη χαρακτική του αργιλίου, του μολυβδαινίου και άλλων μετάλλων.
Ασφάλεια
ΕπεξεργασίαΛόγω των ισχυρών οξειδωτικών ιδιοτήτων του, το υπερχλωρικό οξύ υπόκειται σε εκτεταμένες ρυθμίσεις. Είναι ιδιαίτερα αντιδραστικό όταν έρθει σε επαφή με μέταλλα (π. χ. αλουμίνιο) και οργανικές ύλες (ξύλο, πλαστικά). Οι εργασίες που πραγματοποιούνται με υπερχλωρικό οξύ θα πρέπει να διεξάγονται σε συλλεκτές καπνού με δυνατότητα κατάπλυσης για να αποτραπεί η συσσώρευση οξειδωτικών στον αγωγό.
Στις 20 Φεβρουαρίου του 1947, στο Λος Άντζελες της Καλιφόρνιας, 17 άνθρωποι σκοτώθηκαν και 150 τραυματίστηκαν όταν ένα λουτρό, αποτελούμενη από 1000 λίτρα 75% υπερχλωρικού οξέως και 25% οξικού ανυδρίτη από τον όγκο, εξερράγη. Το εργοστάσιο O'Connor Electro-Plating, 25 άλλα κτίρια, και 250 σπίτια υπέστησαν ζημιές, ενώ 40 αυτοκίνητα καταστράφηκαν. Το λουτρό χρησιμοποιούταν για την ηλεκτροστίλβωση επίπλων από αλουμίνιο. Επιπλέον, προστέθηκαν οργανικές ενώσεις όταν μια βάση σιδήρου αντικαταστάθηκε με μια βάση ντυμένη με ακετοβουτυρική κυτταρίνη (πλαστικό Tenit-2). Λίγα λεπτά αργότερα, το λουτρό εξερράγη.[6][7]
Δείτε επίσης
ΕπεξεργασίαΠαραπομπές
Επεξεργασία- ↑ Müler, W.; Jönck, P. (1963). «Herstellung von Perchlorsäure durch anodische Oxydation von Chlor». Chemie Ingenieur Technik 35 (2): 78. doi:.; German patent DE1031288B; US patent US2846383A.
- ↑ Holleman, Arnold F.· Wiberg, Egon (2001). Inorganic chemistry. Translated by Mary Eagleson, William Brewer. San Diego: Academic Press. σελ. 464. ISBN 0-12-352651-5.
- ↑ «Perchloric Acid». GFS chemicals. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 31 Ιανουαρίου 2015. Ανακτήθηκε στις 14 Ιανουαρίου 2014.
- ↑ «Metal Etching». Thayer School of Engineering.
- ↑ Kathleen Sellers· Katherine Weeks (2006). Perchlorate: environmental problems and solutions. CRC Press. σελ. 16. ISBN 0-8493-8081-2.
- ↑ R. C. Nester· G. F. Vander Voort (1992). Safety in the Metallographic Laboratory. ASTM Standardization News. σελ. 34.
- ↑ «CALIFORNIA: The Amazing Brew». Time.com. March 3, 1947. http://content.time.com/time/magazine/article/0,9171,854621,00.html.