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氯化氢
图片来自百科知识

氯化氢(hydrogen chloride),分子式为HCl,室温下为无色气体,遇空气中的水汽形成白色盐酸酸雾。氯化氢及其水溶液盐酸在化工中非常重要。二者分子式均可写为HCl。

性质

气态

氯化氢是无色、挥发性气体,有刺激性气味。它易溶于,在0℃时,1体积的水大约能溶解500体积的氯化氢。氯化氢的水溶液酸性,叫做氢氯酸,习惯上叫盐酸

氯化氢气体溶于水生成盐酸,所以打开盛有盐酸的试剂瓶后挥发出来的氯化氢气体常与空气中的水汽形成盐酸酸雾。常用氨水[1] 来检验氯化氢的存在,氨水中挥发出来的氨气会与氯化氢反应生成白色的氯化铵微粒。氯化氢有强烈的偶极。

溶液

氯化氢因为分子极性很强,所以易溶于水和其他极性溶剂。溶于水后,氯化氢和水分子反应生成水合氢离子氯离子,反应方程式如下:HCl + H2O → H3O+ + Cl

反应所形成的溶液叫做盐酸,是一种强酸。这是因为氯化氢的酸度系数Ka很大,在水中完全电离。即使在非水溶剂中,氯化氢也能呈酸性。比如它可以溶于甲醇,使其质子化,并可作为无水环境中的酸性催化剂。 因此,氯化氢具有腐蚀性,尤其在潮湿环境中。

固态

固态氯化氢于98.4 K发生相变X射线粉末衍射结果表明此时该固体从正交晶系变为立方晶系。在两种晶系中氯原子均按面心立方排列,但氢原子无法定位。

对其光谱介电性以及对氯化氘(DCl)结构的测定显示氯化氢分子在固体中排成之字形,与氟化氢相同。

分子结构

氯化氢分子是由一个原子和一个原子由共价键形成的双原子分子。因为氯原子的电负性远高于氢原子,两原子间的共价键极性很强,所以氯化氢分子偶极矩很大,氯原子上有部分负电荷,氢原子上有部分正电荷,因此氯化氢易溶于水和其他极性溶剂

红外光谱

氯化氢的红外光谱在2886 cm-1(波长约3.47 cm)处有若干尖锐吸收峰。室温下,几乎所有分子处于基态振动(v=0)。v=1的激发态对应于2880 cm-1的吸收谱线。Q支吸收谱线因对称性禁阻而观察不到,而由分子旋转产生的P支和R支谱线则可观察到。量子力学原理只允许部分转动模式:转动量子数J只能是整数,而且其变化量Delta J只能是±1。根据:E(J) = h•B•J(J+1), 因为B远小于振动能级,分子转动所需的能量很小,一般处于微波波段,而分子的振动能级处于红外波段,这样用红外光谱仪观察普通气室就能观测到分子的转动-振动能级。

自然界中的氯有两种同位素:35 Cl和37 Cl,丰度比为3:1。虽然两种分子振子的弹性系数相差无几,但约化质量不同,所以转动能级也不同。因此每条吸收谱线其实是紧靠着的两条,强度比也是3:1。

参考文献

  1. 氨水,教育百科