Хло́рная кислота́ ( хим. формула — HClO ₄ ) — сильная одноосновная кислота .

Безводная кислота является исключительно сильным окислителем , так как содержит хлор в высшей степени окисления +7.

Свойства

Физические свойства

Бесцветная летучая жидкость, сильно дымящая на воздухе, в парах мономерна. Безводная хлорная кислота очень реакционноспособна и неустойчива.

Химические свойства

Жидкая HClO ₄ частично димеризована, для неё характерна равновесная автодегидратация:

${\displaystyle {\mathsf {3HClO_{4}\rightleftarrows H_{3}O^{+}+ClO_{4}^{-}+Cl_{2}O_{7}}}}$

Безводная кислота взрывоопасна из-за наличия в ней оксида хлора(VII). Водные растворы с концентрацией ниже 72 % более безопасны, но на свету желтеют с образованием взрывоопасных оксидов хлора. Пожелтевшую кислоту рекомендуется аккуратно разбавить и нейтрализовать щелочами или карбонатами.

Являясь сильной неустойчивой кислотой, хлорная кислота разлагается:

${\displaystyle {\mathsf {4HClO_{4}\rightarrow 4ClO_{2}+3O_{2}+2H_{2}O}}}$

Хлорную кислоту и её соли ( перхлораты ) применяют как окислители. Хлорная кислота, как одна из самых сильных кислот и окислитель, растворяет золото и платиновые металлы:

${\displaystyle {\mathsf {9HClO_{4}+2Au\rightarrow 2Au(ClO_{4})_{3}+3HClO_{3}+3H_{2}O}}}$

а в реакции с серебром образует хлорноватую кислоту :

${\displaystyle {\mathsf {3HClO_{4}+2Ag\rightarrow 2AgClO_{4}+HClO_{3}+H_{2}O}}}$

Неметаллы и активные металлы восстанавливают концентрированную хлорную кислоту до хлороводорода

${\displaystyle {\mathsf {8As+5HClO_{4}+12H_{2}O\rightarrow 8H_{3}AsO_{4}+5HCl}}}$ (данная реакция используется в металлургии для очистки руд.

Аммиак окисляется в концентрированной хлорной кислоте до азотной кислоты: ${\displaystyle {\mathsf {HClO_{4}+NH_{3}\rightarrow HCl+HNO_{3}+H_{2}O}}}$

В отличие от других кислот, хлорная при этом не образует соответствующей соли аммония.

Разбавленная хлорная кислота обладает слабыми окислительными свойствами (не окисляет сероводород, диоксид серы, иодоводород, хром(II), азотистую кислоту) и при реакции с металлами до водорода в электрохимическом ряду выделяет водород с образованием перхлоратов. Водные растворы хлорной кислоты устойчивы.

Хлорная кислота хорошо растворима во фтор- и хлорорганических растворителях, таких, как CF ₃ COOH, CHCl ₃ , CH ₂ Cl ₂ и др. Смешивание с растворителями, проявляющими восстановительные свойства (например, с диметилсульфоксидом), может привести к воспламенению и взрыву. С водой хлорная кислота смешивается в любых соотношениях и образует ряд гидратов HClO ₄ · n H ₂ O (где n = 0,25…4). Моногидрат HClO ₄ ·H ₂ O имеет ионную природу и температуру плавления +50 °C. Хлорная кислота с водой образует азеотропную смесь , кипящую при 203 °C и содержащую 72 % хлорной кислоты. Растворы хлорной кислоты в хлорсодержащих углеводородах являются сверхкислотами (суперкислотами) . Хлорная кислота является одной из сильнейших неорганических кислот, в её среде даже кислотные соединения ведут себя как основания, присоединяя протон и образуя катионы ацилперхлоратов: P(OH) ₄ ⁺ ClO ₄ ⁻ , NO ₂ ⁺ ClO ₄ ⁻ .

При слабом нагревании при пониженном давлении смеси хлорной кислоты с фосфорным ангидридом , отгоняется бесцветная маслянистая жидкость — хлорный ангидрид :

${\displaystyle {\mathsf {2HClO_{4}+P_{4}O_{10}\rightarrow Cl_{2}O_{7}+H_{2}P_{4}O_{11}}}}$

Соли хлорной кислоты называются перхлоратами. Их большинство растворимо в воде. Малорастворимы перхлораты калия, цезия и рубидия. Перхлорат йода в лаборатории получают при обработке раствора йода в безводной хлорной кислоте озоном :

${\displaystyle {\mathsf {I_{2}+6HClO_{4}+O_{3}=2I(ClO_{4})_{3}+3H_{2}O}}}$

Перхлорилфторид можно получить прямым синтезом:

${\displaystyle {\mathsf {2F_{2}+4HClO_{4}\rightarrow ClO_{3}F+2H_{2}O+O_{2}}}}$

Получение

• Водные растворы хлорной кислоты получают электрохимическим окислением соляной кислоты или хлора , растворённых в концентрированной хлорной кислоте, а также обменным разложением перхлоратов натрия или калия сильными неорганическими кислотами. При взаимодействии перхлоратов с серной кислотой образуется оксид хлора (VII) :

${\displaystyle {\mathsf {HCl+2O_{2}\ \xrightarrow {UV,q} HClO_{4}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Cl_{2}+7O_{2}+H_{2}O\ \xrightarrow {UV,q} 2HClO_{4}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2KClO_{4}+H_{2}SO_{4}\rightarrow K_{2}SO_{4}+Cl_{2}O_{7}+H_{2}O}}}$

• Для получения безводной хлорной кислоты требуется нагрев насыщенного раствора перхлората аммония с добавлением азотной , а затем и соляной кислоты , вследствие чего образуется хлорная кислота, вода , хлор и оксид азота (I) :

${\displaystyle {\mathsf {34NH_{4}ClO_{4}+36HNO_{3}+8HCl\rightarrow 34HClO_{4}+4Cl_{2}\uparrow +35N_{2}O\uparrow +73H_{2}O}}}$

Для получения особо чистого оксида хлора семь требуется нагрев сухих хлоратов металлов с жидким фторидом кислорода:

${\displaystyle {\mathsf {OF_{2}+2KClO_{3}\rightarrow Cl_{2}O_{7}+2KF}}}$

Применение

• Концентрированные водные растворы хлорной кислоты широко используются в аналитической химии, а также для получения перхлоратов .
• Хлорная кислота применяется при разложении сложных руд, при анализе минералов, а также в качестве катализатора.
• Соли хлорной кислоты: перхлорат калия малорастворим в воде, применяется в производстве взрывчатых веществ, перхлорат магния (ангидрон) — , перхлорат аммония — добавка к ракетному топливу и взрывчатое вещество.

Безводную хлорную кислоту нельзя длительно хранить и перевозить, так как при хранении в обычных условиях она медленно разлагается, окрашивается оксидами хлора, образующимися при её разложении, и может самопроизвольно взрываться. Зато её водные растворы вполне устойчивы.

Литература

• Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М. , 2001.
• Реми Г. Курс неорганической химии. — М. : Иностранная литература, 1963.