Строение, свойства и области применения хлорноватистой кислоты

В данной статье объясняем свойства и строение хлорноватистой кислоты. Хлор – интересный химический элемент, который способен находиться в широком спектре степеней окисления; -1; 0; +1; +3; +5; +7. Он образует несколько видов кислородсодержащих гидроксидов и одну бескислородную кислоту. Находит широкое применение в медицине, промышленности, военных технологиях. Разберем одну из его кислот. Дадим определение, характеристику свойств и области использования.

Определение хлорноватистой кислоты и формула

Первым делом, необходимо рассмотреть строение вещества и дать определение.

Определение: Хлорноватистая кислота (HClO) – слабая и неустойчивая кислота, способная существовать только в растворах с максимальной концентрацией 30%. Образует собственные соли – гипохлориты.

Строение молекулы

Атом хлора (Cl) в молекуле хлорноватистой кислоты обладает степенью окисления +1. Хлор образует ковалентную полярную связь с атомом кислорода (О) и атомом водорода (Н). Водород в молекуле способен замещаться на металлы. Так образуются соли хлорноватистой кислоты – гипохлориты. 

Некоторые соли данной кислоты

Дадим небольшой ряд солей с краткой характеристикой:

• моногидрат гипохлорита лития (LiClO×H2O) – устойчивый кристаллогидрат;
• моногидрат гипохлорита натрия (NaClO×H2O) – при нагревании до 70°С взрывается;
• гипохлорит калия (KClO) – существует только в виде водного раствора;
• гипохлорит кальция (Ca(ClO)2) – в сухом виде устойчивый, однако легко разлагается при добавлении воды или углекислого газа;
• гипохлорит магния (Mg(ClO)2) – достаточно устойчивый.

Историческая справка и открытие

Сначала назовем дату, причину и автора открытия химического элемента хлора.

Первое открытие хлора

Карл Вильгельм Шееле впервые получил газообразный хлор в 1774 году. Он проводил реакцию взаимодействия оксида марганца (IV) с хлороводородом (соляной кислотой). Карл сначала считал выделявшийся газ кислородсодержащим веществом. Однако позднее выяснилось, что это был чистый хлор. В 1810 году ученый Хэмфри Деви определяет выделенный газ. Дальше хлор попадает в широкое промышленное использование.

Разработка хлорноватистой кислоты

В 1823 году английский химик с открытием электрического тока получает жидкий хлор – хлорноватистая кислота. В способе изготовления берется поваренная соль и пропускается через электрический ток. При электролизе выделяется газообразный хлор, который затем пропускается через воду. В воде хлор образует две кислоты: соляную и хлорноватистую.

В дальнейшем данное вещество находит применение в изготовлении обеззараживающей химии по типу хлорки.

Физические и химические свойства

Рассмотрим физические характеристики и химическую активность данного вещества.

Физические свойства

При нормальных условиях раствор хлорноватистой кислоты не имеет цвета. При увеличении концентрации раствора до сильно концентрированного он приобретает зеленовато-желтую окраску. В чистом виде и вовсе представляет собой газ.

Перечислим физические характеристики с конкретными значениями:

• молярная масса: 52,5 г/моль;
• стандартная мольная энтальпия образования (298 К ΔH°298): -90 кДж/моль;
• стандартная мольная энергия Гиббса образования (298 К ΔG°298): 71 кДж/моль;
• стандартная мольная теплоемкость (298 К): 37,284 Дж/(моль*К);
• растворимость в 100 г воды (при 20°С): 43.

Химические свойства

Хлорноватистая кислота – типичная одноосновная кислота, которая может вступать в реакцию с небольшим рядом металлов. Легко разлагается. Образуется при смешивании газообразного хлора с водой. Рассмотрим уравнения реакций на примерах.

• Разложение хлорноватистой кислоты происходит при условии света. В результате образуются хлороводород или соляная кислота и кислород.

• Нейтрализация – реакция кислоты с сильным основанием, в результате которой образуются соль и вода. Рассмотрим на примере гидроксида натрия.

• Хлорноватистая кислота контактирует с растворенным аммиаком. Получается гипохлорит аммония.

• Реакция восстановления хлорноватистой кислоты при помощи хлороводорода. Происходит реакция конпропорционирования. Атом хлора из кислоты и атом хлора из хлороводорода меняют степень окисления на 0. Получается газообразный хлор.

• Термическое разложение данной кислоты приводит к диспропорционированию. Хлор в кислоте повышает степень окисления до +5 и понижает до -1. Получаются хлорноватая и соляная кислоты.

• Реакция с йодоводородом протекает с понижением степени окисления атома хлора до -1. Выделяется еще кристаллический йод. Побочный продукт – вода.

• В водных растворах происходит обратимая диссоциация на ионы.

HClO ⇄ H+ + ClO-.

• Распад кислоты при комнатной температуре в условиях очень кислой среды раствора. Образуются в результате газообразный хлор, кислород и вода.

4HClO = 2Cl2 + 2H2O + O2.

• Распад кислоты происходит при отсутствии восстановителей в условиях слабокислой среды. Выделяются газообразный кислород и хлороводород.

2HClO ⇄ 2HCl + O2.

• Окислительно-восстановительный контакт с сероводородом приводит к образованию осадка-серы, воды и хлороводорода.

HClO + H2S = S + H2O + HCl.

• Окислительно-восстановительный контакт с гидроксидом железа (II) происходит с образованием трехвалентного гидроксида железа и хлороводорода.

2Fe(OH)2 + HClO+ H2O = 2Fe(OH)3 + HCl.

• Окислительно-восстановительный контакт происходит и с оксидом свинца (II). В результате получаются свинцовый оксид (IV) и соляная кислота.

PbO + HClO = PbO2 + HCl.

• Интересно взаимодействие хлорноватистой кислоты с металлической ртутью. Получается сложное вещество и вода.

2Hg + 2HClO = (HgCl)2O + H2O.

Синтез и получение

Рассмотрим два способа получения хлорноватистой кислоты: лабораторный и промышленный.

Лабораторный способ

По лабораторной методике данное вещество можно получить прямым контактом оксида хлора (I) и воды.

Cl2O + H2O = 2HClO.

Также кислоту можно получить пропусканием газообразного хлора через воду.

Cl2 + H2O = HCl + HClO.

Промышленный способ

В промышленности также используется способ прямого пропускания газа через воду. Однако особого смысла в получении данного вещества нет, так как оно легко распадается обратно при высоких концентрациях раствора.

Реакционная способность

Интересно, что при образовании хлорноватистой кислоты в водном растворе там же присутствуют анионы хлора. Поэтому данный гидроксид можно считать амфотерным по двойственности свойств. Но как катион хлор не образует соли. Исключением является соединение хлора и фтора (ClF), которое также не считается полноценной солью.

Напомним, что хлорноватистая кислота обладает выраженными кислотными свойствами и может вступать в реакции нейтрализации с сильными основаниями.

Применение

Хлорноватистая кислота характеризуется не сильно широким спектром применения:

• отбеливание тканей;
• химический окислитель;
• дезодорант;
• сфера общественного питания;
• производство косметики;
• обеззараживание воды и некоторых других продуктов.

Безопасность и экологическое воздействие

Вещество широко используется человеком, но есть ли в нем опасность?

Безопасность

По специальной классификации опасности веществ хлорноватистой кислоте присвоили статус «неопасный». В нейтральном растворе данное вещество не вызывает раздражения или разрушения поверхности кожи. Сама кислота свободно не существует, а распадается. 

Скорее наоборот, данное вещество обладает хорошими антисептическими свойствами. Способно убивать патогенные бактерии, грибы и протистов.

Экологическое воздействие

Хлорноватистая кислота способна осуществлять превращение алкенов в хлоргидрины. В активированных нейтрофилах (клетках крови) образуется в результате окисления и помогает убивать чужеродные элементы. 

Данное вещество активно используется для санации воды. Не влечет за собой серьезных экологических проблем.