હાઇડ્રોજન-ક્લોરાઇડ (hydrogen chloride) અથવા હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડ

હાઇડ્રોજન-ક્લોરાઇડ (hydrogen chloride) અથવા હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડ : હાઇડ્રોજન અને ક્લોરિનનું સંયોજન. સૂત્ર HCl. તેનું જલીય દ્રાવણ હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડ તરીકે ઓળખાય છે. 1648માં ગ્લોબરે સામાન્ય મીઠું અને સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક ઍસિડના મિશ્રણને ગરમ કરીને તે મેળવ્યો હતો. પ્રીસ્ટલીએ તેનું નામ ખનિજ ઍસિડ રાખ્યું, જ્યારે લેવોઇઝિયરે તેને મ્યુરિયેટિક (muriatic) ઍસિડ તરીકે ઓળખાવ્યો હતો. ડેવીએ તે હાઇડ્રોજન અને ક્લોરિનનું સંયોજન છે તેમ જણાવ્યું હતું.

ઉત્પાદન : પ્રયોગશાળામાં હાઇડ્રોજન-ક્લોરાઇડ વાયુ સોડિયમ-ક્લોરાઇડ (NaCl) અને સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક ઍસિડને ગોળ તળિયાવાળા કાચના ચંબુમાં ગરમ કરીને મેળવવામાં આવે છે. આ ચંબુના ઉપરના ભાગમાં થીસલ (Thiesel) ગળણી અને નિષ્કાસનળી (delivery tube) ગોઠવવામાં આવે છે. વાયુ હવાથી ભારે હોવાથી તેને હવાના ઊર્ધ્વ-સ્થાનાંતરથી એકઠો કરવામાં આવે છે. જરૂર પડ્યે વાયુને સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક ઍસિડમાંથી પસાર કરીને ભેજમુક્ત બનાવાય છે. (કૅલ્શિયમ ઑક્સાઇડ કે ફૉસ્ફરસ પૅન્ટૉક્સાઇડ તેની સાથે પ્રક્રિયા કરતા હોવાથી તેમને નિર્જળીકરણ માટે વાપરી શકાતા નથી.)

હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડના ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન માટે અગાઉ આ પદ્ધતિ વપરાતી હતી. ચોક્કસ ગણતરી કરેલ વજનનું મીઠું લઈ ગણતરી કરેલા સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ સાથે સૉલ્ટ-કેક (salt cake) ભઠ્ઠીમાં પાત્ર Pમાં મૂકી ગરમ કરવામાં આવે છે (આકૃતિ 1). ભઠ્ઠીમાં નીચે પ્રમાણે પ્રક્રિયા થાય છે :

 

આકૃતિ 1

NaCl + H₂SO₄  NaHSO₄ + HCl

પ્રક્રિયા દ્વારા ઉત્પન્ન થતો HCl વાયુ ભઠ્ઠીની ઉપરના દ્વારમાંથી બહાર આવે છે. પ્રક્રિયામાં ઉત્પન્ન થતા સોડિયમ બાઇસલ્ફેટ(NaHSO₄)માં વધુ મીઠું ઉમેરી પાત્ર Mમાં ગરમ કરવામાં આવે છે જેથી બાઇસલ્ફેટનું સલ્ફેટમાં રૂપાંતર થઈ વધુ HCl મળે છે.

NaHSO₄ + NaCl  Na₂SO₄ + HCl

પાત્રો P અને Mમાંથી પ્રાપ્ત થતા HCl વાયુને પાણીનો છંટકાવ કરતા ટાવરમાંથી પસાર કરવાથી ટાવરને તળિયે હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડનું મંદ દ્રાવણ એકઠું થાય છે. જેને ફરીથી ટાવરમાંથી પસાર કરતાં તેમાં વધુ HCl શોષાય છે અને ઍસિડની સાંદ્રતા વધે છે.

પ્રાપ્ત થયેલ હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડના દ્રાવણમાં સલ્ફર ડાયૉક્સાઇડ (SO₂), સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ, આર્સેનિક ક્લોરાઇડ, ફેરિક ક્લોરાઇડ તથા ક્લોરિનની અશુદ્ધિ હોઈ તેનું બે તબક્કે શુદ્ધીકરણ કરવામાં આવે છે.

સ્ટેનસ ક્લોરાઇડ સાથે સાંદ્ર ઍસિડને ગરમ કરવાથી આર્સેનિક દૂર થાય છે :

2AsCl₃ + 3SnCl₂ → 2As + 3SnCl₄

બેરિયમ ક્લોરાઇડ સાથેની પ્રક્રિયા દ્વારા સલ્ફ્યુરિક ઍસિડને બેરિયમ સલ્ફેટ તરીકે અવક્ષિપ્ત કરવામાં આવે છે :

BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄ + 2HCl

ત્યાર બાદ નિસ્યંદન કરવાથી ક્લોરિન અને સલ્ફર ડાયૉક્સાઇડ જેવી બાષ્પશીલ અશુદ્ધિઓ પ્રથમ દૂર થાય છે અને તે પછી હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડ નિસ્યંદિત થાય છે. તેને ઠારવામાં આવે છે. ફેરિક ક્લોરાઇડ પાત્રમાં અવશેષ રૂપે રહી જાય છે.

ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન માટે હવે હાઇડ્રોજન અને ક્લોરિન વાયુઓ વચ્ચે સીધી પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે. 250° સે.થી વધુ તાપમાનોએ આ પ્રક્રિયા ઘણી ઝડપી હોય છે. H₂ + Cl₂ → 2HCl પ્રક્રિયા દરમિયાન ઘણી ગરમી ઉત્પન્ન થાય છે. (~ 92 kJ/મોલ, HCl) ભેજની હાજરીમાં પ્રક્રિયા પ્રવેગિત બને છે. સોડિયમ ક્લોરાઇડના દ્રાવણનું વિદ્યુતવિભાજન કરી કોસ્ટિક સોડા (NaOH) બનાવતી વખતે હાઇડ્રોજન અને ક્લોરિન વાયુઓ આડપેદાશ રૂપે મળે છે. તેમને નિર્જળ બનાવીને મિશ્ર કરવાથી તેમની વચ્ચે પ્રક્રિયા થઈ હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ ઉત્પન્ન થાય છે. આકૃતિ 2માં દર્શાવ્યા મુજબ શુષ્ક હાઇડ્રોજન વાયુને દહનકક્ષ(combustion chamber)માં ક્લોરિન સાથે બર્નરની મદદથી સળગાવવામાં આવે છે. કક્ષાની અંદરની દીવાલો સિલિકા(SiO₂)ની ઈંટોની બનેલી હોય છે. કક્ષમાં શુષ્ક ક્લોરિન વાયુ દાખલ કરવાથી ક્લોરિનના વાતાવરણમાં હાઇડ્રોજન સળગીને હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ વાયુ બનાવે છે. આ વાયુને શીતકમાં લઈ જઈ ઠંડા પાણીનો છંટકાવ કરી ઠંડો પાડવામાં આવે છે. તે પછી તેને શોષક નળીમાં પસાર કરવામાં આવે છે જેમાં નિયંત્રિત જથ્થામાં પાણીનો છંટકાવ કરવાથી હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ પાણીમાં ઓગળી હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડનું દ્રાવણ આપે છે. આ દ્રાવણ નીચે આવેલી સંગ્રાહક ટાંકીમાં એકઠું થાય છે. સંઘનિત (condensed) થયા વગરનું વાયુ મિશ્રણ ફરીથી બીજા શોષક ટાવરમાં પસાર કરવાથી HCl જલીય દ્રાવણ રૂપે એકત્રિત થાય છે. નકામા વાયુઓને નિષ્કાસ પંખા(exhaust fan)ની મદદથી બહાર ફેંકી દેવામાં આવે છે.

આકૃતિ 2

મિથેન, બેન્ઝિન જેવા કાર્બનિક પદાર્થોના ક્લોરિનીકરણ દરમિયાન આડપેદાશ તરીકે પણ HCl મળે છે.

ગુણધર્મો : રંગવિહીન ગૂંગળાવી નાંખતી વાસ ધરાવતો વાયુ. ઘનતા, 1.268 (હવાની 1.00 ગણતા). પાણીમાં ખૂબ દ્રાવ્ય (1 કદ પાણીમાં 477 કદ HCl). આલ્કોહૉલ અને ઈથરમાં પણ દ્રાવ્ય. પાણીમાં તેની ઊંચી દ્રાવ્યતાને કારણે તે ભેજવાળી હવામાં ધુમાય છે. વાયુ દહનશીલ કે દહનપોષક નથી. હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ પાણીમાં ઓગળી હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડનું દ્રાવણ આપે છે. 20.4 % HCl ધરાવતું દ્રાવણ અચળ તાપમાને (110° સે.) ઊકળતું (constant boiling) સ્થિરક્વાથી (azeotropic) હોય છે. બજારમાં મળતો સાંદ્ર અથવા ધૂમાયમાન ઍસિડ 38 % HCl ધરાવે છે અને તેની ઘનતા 1.19 હોય છે. HCl વાયુનું ઉ. બિં. – 85.1° સે. હોય છે. તેનું ઠારણ કરવાથી સફેદ સ્ફટિકો મળે છે જેનું ગ.બિં. –114.2° સે. હોય છે.

વાયુ ઍસિડિક ગુણધર્મ ધરાવે છે; પરંતુ સંપૂર્ણ શુષ્ક વાયુ લિટમસ-પત્ર પર અસર કરતો નથી. ભેજવાળી સ્થિતિમાં કે દ્રાવણ રૂપે તે વાદળી લિટમસને લાલ બનાવે છે. ધાતુઓ, તેમના ઑક્સાઇડ, હાઇડ્રૉક્સાઇડ કે કાર્બોનેટ સાથે પ્રક્રિયા કરી અનુવર્તી ક્લોરાઇડ ક્ષાર આપે છે :

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂

આ પ્રક્રિયા ભેજની હાજરીમાં જ થાય છે.

નિર્બળ ઍસિડના ક્ષારો; દા. ત., સિલ્વર એસિટેટ, લેડ એસિટેટ વગેરે સાથે પ્રક્રિયા કરી અનુક્રમે સિલ્વર ક્લોરાઇડ અને લેડ ક્લોરાઇડના સફેદ અવઢોળ આપે છે અને નિર્બળ ઍસિડને મુક્ત કરે છે :

(CH₃COO)₂Pb + HCl → PbCl₂ + 2CH₃COOH

હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડ સ્થાયી હોઈ ફક્ત મૅંગેનીઝ ડાયૉક્સાઇડ (MnO₂), પોટૅશિયમ પરમૅન્ગેનેટ (KMnO₄), પોટૅશિયમ ડાયક્રોમેટ કે લેડ ડાયૉક્સાઇડ જેવા ઉગ્ર અપચયન કરતા પદાર્થો વડે જ તેનું અપચયન થઈ શકે છે અને ક્લોરિન વાયુ મુક્ત થાય છે.

એમોનિયા (NH₃) સાથે પ્રક્રિયા કરી તે એનાનિયમ ક્લોરાઇડ(નવસાર, NH₄Cl)ના સફેદ ધુમાડા ઉત્પન્ન કરે છે :

NH₃ + HCl → NH₄Cl

ત્રણ ભાગ સાંદ્ર હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડ અને એક ભાગ સાંદ્ર નાઇટ્રિક ઍસિડનું મિશ્રણ એક્વારિજિયા તરીકે ઓળખાય છે, જે સોનું તથા પ્લૅટિનમ જેવી ધાતુઓને ઓગાળી શકે છે.

હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડ કાર્બોનેટ, બાઇકાર્બોનેટ, સલ્ફાઇડ, સલ્ફાઇટ, નાઇટ્રાઇટ અને થાયૉસલ્ફેટ જેવા ક્ષારોનું વિઘટન કરી ક્લોરાઇડ ક્ષાર અને જે તે વાયુ મુક્ત કરે છે. તેના આ ગુણધર્મનો ઉપયોગ ગુણદર્શક પૃથક્કરણમાં થાય છે :

NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂ ↑

Na₂SO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + SO₂  ↑

Na₂S + 2HCl → 2NaCl + H₂S

2NaNO₂ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + NO  + NO₂ ↑

Na₂S₂O₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + S + SO₂↑

ઉપયોગો : હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડના દ્રાવણ(હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડ)નો ઉપયોગ મકાઈના સ્ટાર્ચ(corn starch)માંથી ગ્લુકોઝ અને હાડકાંમાંથી સરેશ મેળવવામાં થાય છે. મંદ HClમાં બનાવેલું ઝિંક ક્લોરાઇડનું સંતૃપ્ત દ્રાવણ ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ માટે તથા ઝાળણ (soldering) કરતા પહેલાં ધાતુની સફાઈ માટે વપરાય છે. ધાતુઓને સાફ કરવા બૉઇલરમાંની છારી દૂર કરવા, પ્રયોગશાળામાં પ્રક્રિયક તરીકે તેમજ કેટલાક અયસ્કોના સંકેન્દ્રણ માટે પણ તેનો ઉપયોગ થાય છે. એસીટીલિનમાંથી વિનાઇલ ક્લોરાઇડ; ઓલીફિન્સમાંથી આલ્કાઇડ ક્લોરાઇડ, હાઇડ્રોક્લોરિનીકરણ, બહુલીકરણ, સમવાયવીકરણ (isomerization) અને નાઇટ્રેશન જેવી પ્રક્રિયાઓમાં પેટ્રોલિયમના કૂવાઓના ઍસિડીકરણ (સક્રિયકરણ) માટે તેમજ રાસાયણિક મધ્યવર્તી તરીકે પણ તે વપરાય છે. ક્લોરિન ડાયૉક્સાઇડ(ClO₂)ના ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન માટે પણ તે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

NaClO₃ + 2HCl → ClO₂ + 1Cl₂ + NaCl + H₂O

Ti, Mn, Pd અને Ag જેવી ધાતુઓનો ક્ષારો ClO₂ના ઉત્પાદન માટે ઉદ્દીપક તરીકે વપરાય છે.

ચિત્રા સુરેન્દ્ર દેસાઈ