鏹水(strong acid),別名為強酸,是解離平衡常數(shù)()遠(yuǎn)大于1的酸。化學(xué)上有六大無機化合物強酸,分別是硫酸、硝酸、鹽酸、氫溴酸、碘化氫、高氯酸。
常見的強酸有硝酸、硫酸和鹽酸,其中硝酸化學(xué)式為HNO3,是一種強酸,強氧化性和腐蝕性。硫酸化學(xué)式為H?SO?,具有腐蝕性和脫水性。鹽酸化學(xué)式為HCl,是氯化氫的水溶液,是一種易揮發(fā)強酸。濃硝酸和濃鹽酸的混合物又名王水,硝酸和鹽酸體積比例是1:3。可溶解活性較低的金屬如金、鉑。
據(jù)唐代初年輯錄古煉丹家狐剛子的《煉石膽取精華法》(現(xiàn)存于《黃帝九鼎神丹經(jīng)訣》卷九第六)記,用蒸餾結(jié)晶硫酸銅的方法可得到硫酸(強酸中的一種),其工藝與17世紀(jì)的奧古斯杜斯相同,而且也稱為“精華”。
發(fā)現(xiàn)歷史
據(jù)唐代初年輯錄古煉丹家狐剛子的《煉石膽取精華法》(現(xiàn)存于《黃帝九鼎神丹經(jīng)訣》卷九第六)記,用蒸餾結(jié)晶硫酸銅的方法可得到硫酸(強酸中的一種),其工藝與17世紀(jì)的奧古斯杜斯相同,而且也稱為“精華”。李約瑟《中國科學(xué)技術(shù)史》中認(rèn)為:唐段成式《酉陽雜俎》卷七載婆羅門國所出藥名畔茶水,說明在7世紀(jì)時,已知道一種無機酸。它使雷氏(Ray)所作《印度化學(xué)史》中所指的有關(guān)強酸的說法得到新的證明。
在明代傳入的西方化學(xué)知識中,最重要的是關(guān)于無機酸(硝酸、鹽酸和硫酸)的認(rèn)識和制作方法。中國古代煉丹家和醫(yī)藥學(xué)家早已熟悉并實際應(yīng)用了制造無機酸所需要的基本原料,如硝石(硝酸鉀,KNO3)、二價鐵(硫酸亞鐵,F(xiàn)eSO4·7H2O)和食鹽(氯化鈉,NaCl)等,也具有相應(yīng)的設(shè)備和技術(shù)手段。從現(xiàn)有資料來看,中國最早記述無機酸的是徐光啟的一篇手稿《造強水法》。據(jù)研究,《造強水法》即制硝酸的方法,其原文如下:“綠礬五斤(多少任意),硝五斤。將礬炒去,約折五分之一。將二味同研細(xì),聽用。次用鐵作鍋,約乘(盛)藥外,尚有空。鍋口稍斂,以承過筒。另用內(nèi)外有油(釉)大壇一具,約乘(盛)四五十斤者則不裂。以玻璃或瓷器為過筒,一端合于鍋口,一端合于壇口。鐵鍋置炭爐上。壇中加水如損二價鐵之?dāng)?shù),如礬折一斤則加水一斤也。次以過筒接鍋壇二口,各用鹽泥固濟。鍋下起火,初四刻用文火,漸加武火,滿二十四刻滅火,取起冷定,開壇則藥化為水,而鍋亦壞矣。用水入五金皆成水,惟黃金不化水中,加鹽則化。化過它金之水,加鹽則復(fù)為砂,沉于底,惟黃金不能成砂必以酒靛(點)之。強水用過無力,或有它物雜之,仍用前之器制,則復(fù)為水,滓留于鍋矣。盛水壇下宜置一缸,恐一時迸破,水猶在缸也。”
“強水”一詞是意譯的名詞,其拉丁文原文指的就是硝酸。徐光啟在這里記述了硝酸的性質(zhì)、制備方法和操作時應(yīng)注意的事項。這是中國化學(xué)史上關(guān)于硝酸的最早記載。從當(dāng)時的背景看,這種方法無疑是西方傳教士介紹過來的。
分類
由于不同的酸堿理論對酸的定義不同,因此在不同酸堿理論中鏹水有不同含義。斯萬特·阿累尼烏斯(Arrhenius)酸堿電離理論認(rèn)為酸的強弱是根據(jù)其在溶液中產(chǎn)生氫離子能力來劃分。在一定濃度的水溶液中,產(chǎn)生的氫離子的濃度越大,酸越強。例如:硫酸(H2SO4)是一種強酸,在水溶液中完全電離成水合氫離子(H3O+)和硫酸氫根離子(HSO4-)。布侖斯惕-勞里(Br?nsted-Lowry)酸堿質(zhì)子理論認(rèn)為,將酸溶解在水中形成水合氫離子和酸的陰離子是一個酸堿反應(yīng),根據(jù)解離平衡是否有利于反應(yīng)物或生成物來劃分酸的強弱。即在水溶液中提供質(zhì)子(或水合氫離子)的能力越強,酸越強。例如:鹽酸是一種強酸,在水中完全電離,形成水合氫離子(H3O+)和氯離子(Cl-),這是一個對生成物有利的反應(yīng)。在吉爾伯特·路易士(Lewis)酸堿電子理論中,酸是電子對的接受體,接受電子對的能力越強,酸性越強。
通常根據(jù)酸在水中解離時的平衡常數(shù)大小區(qū)分酸的強弱。常見濃度在1摩/升或以下的強酸溶液中酸分子幾乎完全解離,如在水溶液中,HCl、HNO3、H2SO4、HClO4均完全解離,都是強酸,溶劑水卻無法區(qū)分這四種酸的強弱,這是由于水對這些強酸具有拉平效應(yīng)(leveling effect)。而將其溶于冰醋酸HAc中時,上述酸的強度就顯示出差異,其酸強度的順序為HClO4>H2SO4>HCl>HNO3。因此,冰醋酸HAc對上述酸具有區(qū)分效應(yīng)(differentiating effect)。
硝酸
硝酸,化學(xué)式為HNO3,是一種強酸,強氧化性和腐蝕性,是一種重要的化工原料。
參考資料
硫酸
硫酸,化學(xué)式為H?SO?,具有腐蝕性和脫水性。
參考資料
鹽酸
鹽酸,也稱氫氯酸,化學(xué)式為HCl,是一種易揮發(fā)強酸。有酸味,腐蝕性極大。極易溶解于水,也易溶解于乙醇、乙醚。能與許多金屬、金屬氧化物、堿類、鹽類起化學(xué)反應(yīng)。濃鹽酸(36%)在空氣中會發(fā)煙,觸及氨的蒸氣會成白色云霧。常用的鹽酸約含31%的氯化氫,密度1.16g/cm。氯化氫氣體有刺激性,極毒,對動物、植物均有害。其用途相當(dāng)廣泛。
參考資料
應(yīng)用領(lǐng)域
鏹水是化學(xué)工業(yè)的重要原料之一,廣泛用于化工、輕工紡織、冶金、染料、醫(yī)藥、食品、印染、皮革、制糖等領(lǐng)域。無機工業(yè)用于制造氯化物,如氯化鋇、氯化銨、氮化鈣、氯化鋅。有機工業(yè)用于制造氯乙烷、氯甲烷等。
硝酸
硝酸是重要的化工原料,在酸類生產(chǎn)中產(chǎn)量僅次于硫酸。硝酸主要作為化肥和火炸藥工業(yè)的原料,也用于染料、制藥、塑料等的生產(chǎn)。稀硝酸大部分用于制造硝酸銨、硝酸磷肥和各種硝酸鹽。濃硝酸分別將甲苯、苯酚和烏洛托品硝化制成三硝基甲苯、三硝基苯酚、黑索金等烈性炸藥。濃硝酸也用于制造硝化甘油、硝化纖維素和雷酸汞等。直接法生產(chǎn)濃硝酸的中間物液體四氧化二氮是發(fā)射火箭、導(dǎo)彈的高能燃料。此外,硝酸也使用在冶金等工業(yè)中,同時也是重要的分析化學(xué)試劑。
硫酸
硫酸大量用于化肥工業(yè),用以制造過磷酸鈣、硫酸銨和磷酸。硫酸用于汽油、潤滑油等產(chǎn)品的精制。鋼鐵工業(yè)中需用硫酸進行酸洗。硫酸和氟化鈣(CaF2)作用生成的氟化氫,是現(xiàn)代氟工業(yè)的基礎(chǔ)。在梯恩梯、硝化甘油、硝化棉、三硝基苯酚等炸藥的制造中,硫酸是硝化工序不可缺少的脫水劑。在塑料工業(yè)方面,ep和F4等的生產(chǎn)中也要用數(shù)量可觀的硫酸。因此,硫酸年產(chǎn)量曾是一個國家工農(nóng)業(yè)發(fā)展的標(biāo)志之一。?
鹽酸
生物用途
人類和其他動物的胃壁上有一種特殊的腺體,能把吃下去的食鹽變成鹽酸。鹽酸是胃液的一種成分(濃度約為0.5%),它能使胃液保持激活胃蛋白酶所需要的最適合的pH值,它還能使食鹽中的蛋白質(zhì)變性而易于水解,以及殺死隨食物進入胃里的細(xì)菌。此外,鹽酸進入小腸后,可促進胰液、腸液的分泌以及膽汁的分泌和排放,酸性環(huán)境還有助于小腸內(nèi)鐵和鈣的吸收。
日常用途
利用鹽酸可以與難溶性堿反應(yīng)的性質(zhì),制取潔廁靈、除銹劑等大宗商品。
工業(yè)用途
鹽酸是一種無機化合物強酸,在工業(yè)加工中有著廣泛的應(yīng)用,如金屬精煉。鹽酸往往能夠決定產(chǎn)品的質(zhì)量。
分析試劑
在分析化學(xué)中,用酸來測定堿的濃度時,一般都用鹽酸來滴定。用強酸滴定可使終點更明顯,從而得到的結(jié)果更精確。在1大氣壓下,20.2%的鹽酸可組成恒沸溶液,常用作一定氣壓下定量分析中的基準(zhǔn)物。其恒沸時的濃度會隨著氣壓的改變而改變。鹽酸常用于溶解固體樣品以便進一步分析,包括溶解部分金屬與碳酸鈣或銅氧化物等生成易溶的物質(zhì)來方便分析。
酸洗鋼材
在后續(xù)處理鐵或鋼材(擠壓、軋制、鍍鋅等)之前,可用鹽酸反應(yīng)掉表面的銹或鐵氧化物。通常使用濃度為18%的鹽酸作為酸洗劑來清洗碳鋼,剩余的廢酸常再用作氯化亞鐵溶液,但其中重金屬含量較高,故這種做法已經(jīng)逐漸變少。酸洗鋼材工業(yè)發(fā)展了鹽酸再生工藝,如噴霧焙燒爐或流化床鹽酸再生工藝等。這些工藝能讓氯化氫氣體從酸洗液中再生,其中最常見的是高溫水解工藝。將制得的氯化氫氣體溶于水即又得到鹽酸。通過對廢酸的回收,人們建立了一個封閉的酸循環(huán)。副產(chǎn)品氧化鐵在各種工業(yè)加工流程中也有較多應(yīng)用。
制備有機化合物
鹽酸的另一大主要用途是制備有機化合物,例如合成聚氯乙烯(PVC)塑料的原料氯乙烯、二氯乙烷、聚碳酸酯的前體雙酚A、催化膠黏劑聚乙烯醇縮甲醛、維生素c等。企業(yè)合成PVC時通常不用市售的,而使用內(nèi)部制備的鹽酸。鹽酸在制藥方面也有很大的用途。
制備無機化合物
鹽酸可以發(fā)生酸堿反應(yīng),故能制備許多無機化合物,例如,處理水所需的化學(xué)品三氯化鐵與聚合氯化鋁(簡稱聚鋁,PAC),氯化鐵與聚鋁在污水處理、紙、飲用水等的生產(chǎn)中起絮凝劑和混凝劑的作用。用鹽酸還可以制備其他的無機物,包括道路用鹽氯化鈣、電鍍用鹽氯化鎳、鍍鋅工業(yè)和電池制造業(yè)用鹽氯化鋅等。另外,常通過氯化鋅活化法從木炭制備活性炭。在工業(yè)中對純度的要求極高時(如用于食品、制藥及飲用水等),常用高純的鹽酸來調(diào)節(jié)水流的pH;要求相對不高時,工業(yè)純的鹽酸已足以中和廢水,或處理游泳池中的水。
用于焰色反應(yīng)
用于檢驗金屬或它們的化合物時常使用焰色反應(yīng),用于檢驗的鉑絲需用稀鹽酸洗凈以除去雜質(zhì)元素的影響。檢驗物質(zhì)前,應(yīng)將鉑絲用鹽酸清洗,再放到火焰上灼燒,直到火焰呈原來顏色方可實驗。
陽離子交換樹脂的再生
離子交換樹脂和軟化水在幾乎所有的化學(xué)工業(yè)中都有應(yīng)用,尤其是飲用水生產(chǎn)和食品工業(yè)。
其他應(yīng)用
鹽酸還有許多小規(guī)模的用途,比如皮革加工、食鹽生產(chǎn),以及用于建筑業(yè)。石油工業(yè)也常用鹽酸:將鹽酸注入油井中以溶解巖石,形成一個巨大的空洞。此法在北海油田的石油開采工業(yè)中經(jīng)常用到。鹽酸可以溶解碳酸鈣,其應(yīng)用包括除水垢或砌磚使用的生石灰砂漿,但鹽酸較為危險,使用時需謹(jǐn)慎。它與石灰砂漿中的碳酸鈣反應(yīng)生成氯化鈣、二氧化碳和水。在明膠、食品原料和食品添加劑的生產(chǎn)中常用到鹽酸。典型例子有阿斯巴甜、果糖、檸檬酸、賴氨酸、酸水解植物蛋白等。這些工藝都使用食品級(非常純)的鹽酸。
安全事宜
健康危害
鏹水經(jīng)口誤服,從消化道進入體內(nèi);經(jīng)呼吸道吸入大量酸霧;及皮膚接觸,局部吸收入血。鏹水經(jīng)血循環(huán)分布到身體的各組織、器官而引起中毒,以肝、腎受損害較重。酸在體內(nèi)除被中和解毒外,可由腎臟排出體外。中醫(yī)認(rèn)為鏹水類物質(zhì)可損傷人體組織,具有毒性作用,誤食或吸入或肌膚接觸后,其傷之輕者,爛皮損肉。其傷之重者,因熱甚火炎,灼津為痰,痰熱壅肺而肺失肅降;熱毒內(nèi)熾,傷津耗液;甚則痰熱上蒙而頭暈、煩躁、乃至神昏;若神昏液涸,可危及生命。
操作事項
鹽酸
使用鹽酸時,應(yīng)配合個人防護裝備。如橡膠手套或聚氯乙烯手套、護目鏡、耐化學(xué)品的衣物和鞋子等,以降低直接接觸鹽酸所帶來的危險。密閉操作,注意通風(fēng)。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn),嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。遠(yuǎn)離易燃、可燃物。防止蒸氣泄漏到工作場所空氣中。避免與堿類、胺類、堿金屬接觸。搬運時要輕裝輕卸,防止包裝及容器損壞。配備泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物。儲存于陰涼、通風(fēng)的庫房。庫溫不超過30℃,相對濕度不超過85%。保持容器密封。應(yīng)與堿類、胺類、堿金屬、易(可)燃物分開存放,切忌混儲。儲區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備和合適的收容材料。
硫酸
作業(yè)人員應(yīng)按規(guī)定穿戴防護用品。若人體不慎觸及硫酸時,應(yīng)立即用大量水沖洗,隨即就醫(yī)。濃硫酸、發(fā)煙硫酸均以鋼制儲槽儲存、運輸。少量硫酸用陶壇包裝,并標(biāo)上明顯的“有毒品”及“腐蝕性物品”標(biāo)志。儲存和運輸應(yīng)按危險品儲存、運輸規(guī)定辦理。
硝酸
硝酸在空氣中的最高允許濃度5毫克/米3。在接觸和使用硝酸時作業(yè)人員應(yīng)按規(guī)定穿戴防護用具。人體不慎觸及硝酸時,應(yīng)立即以大量清水沖洗至少15分鐘,隨即就醫(yī)。貯存稀硝酸通常采用立式耐酸鋼制貯槽,濃硝酸貯存多采用臥式鋁制容器。貯槽設(shè)置在室內(nèi)或車間附近的露天場所,但要防止日光曝曬,以免引起濃硝酸分解。硝酸通常利用公路、鐵路運輸,容量少時可用玻璃或陶瓷容器盛放,再裝在木箱或金屬罐內(nèi),外面需有危險品標(biāo)記。
應(yīng)急措施
對于口服鏹水中毒者,應(yīng)取仰臥位,可墊高患者足部,立即給患者服生雞蛋清或牛奶200克,生雞蛋清或牛奶可以保護黏膜組織。半小時后給予植物油100~200克,目的是潤滑黏膜,減少粘連和摩擦損傷。為防止消化道穿孔,對鏹水中毒的人絕對禁止洗胃,也不宜給予碳酸氫鈉等堿性藥物口服。如果皮膚被灼傷,立即脫掉衣物,用清水和氫氧化鈣沖洗,然后用生理鹽水清洗,切忌用強堿液沖洗。如果眼部被燒傷,即刻用清水沖洗。沖洗方法是用一盆清水,將面部放入水中,兩眼睜大,頭部在水中左右搖晃。如此反復(fù)換幾次水沖洗,然后再以3%碳酸氫鈉溶液清洗,之后滴入0.01硫酸阿托敏藥水。
治療
立即除去污染衣著,先用大量凈水(流動水最好)沖洗傷處;然后用中和劑沖洗,如2%~5%重碳酸鈉、1%氨水或肥皂水、生石灰水(500克水加100克石灰);再以生理鹽水洗凈,并按灼傷進一步治療。草酸及氫氟酸灼傷者,可局部注射葡萄糖酸鈣。禁忌催吐及用胃管洗胃,亦不能服用碳酸氫鈉,以免胃腸道脹氣導(dǎo)致穿孔。即刻口服弱堿類溶液,如10%氫氧化鋁2.5%氧化鎂溶液、7.5%氫氧化鎂混懸液60毫升或氫氧化鈣的上清液(含0.17%氫氧化鈣)200毫升,亦可內(nèi)服極稀的肥皂水等。服弱堿類溶液后,內(nèi)服潤滑劑,如生雞蛋清60毫升調(diào)水,或牛奶200毫升;然后再服植物油100~200毫升。補液、糾正酸中毒、抗休克,口服中毒者立即補液,除靜脈滴注葡萄糖生理鹽水外,用1/6摩爾乳酸鈉500毫升,以糾正酸中毒。有休克時,給予葡聚糖,或輸新鮮血液。鉻酸中毒用硫代硫酸鈉靜脈注射。氫氟酸或草酸中毒用10%葡萄糖酸鈣注射。為預(yù)防消化道瘢痕形成,在服鏹水2日后,可予強的松口服每次10毫克,每日3次,共2周。
參考資料 >
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