L'acide chlorhydrique (aussi anciennement appelé acide muriatique) est une solution de chlorure d'hydrogène dans l'eau. Le chlorure d'hydrogène, un acide fort, est un gaz diatomique de formule chimique HCl qui s'ionise totalement en solution aqueuse pour donner toute une variété d'espèces chimiques, notamment des anions chlorure Cl et des cations hydronium , ces derniers étant en moyenne solvatés par cinq molécules d'eau ; diverses variétés d'ions oxonium sont également présents parmi les solutés. Il se présente sous la forme d'un liquide incolore d'aspect aqueux à l'odeur piquante très reconnaissable. L'acide concentré est très corrosif, avec des émanations ou « fumées » toxiques, et il doit être manié avec précautionPrésentation de HCl par le centre antipoison de Lille. ; il peut avoir un pH inférieur à -1..
L'acide chlorhydrique est le principal constituant des acides gastriques. Cet acide minéral est couramment utilisé comme réactif dans l'industrie chimique. Il est essentiellement produit comme précurseur du chlorure de vinyle destiné à la fabrication du PVC. Dans l'industrie agroalimentaire, il est utilisé comme additif alimentaire et pour la production de gélatine. Son utilisation domestique, sous forme diluée, se résume à l'entretien des installations sanitaires afin d'en éliminer les dépôts de calcaire.
L'acide chlorhydrique est aussi connu sous le nom d’acide muriatique ou d’esprit de sel, et ce déjà bien avant la découverte du chlore, car il était produit au par Basile Valentin à partir de sel gemme NaCl et de sulfate de fer(II) (le « vitriol vert »), et au par l'Allemand Johann Rudolf Glauber à partir de sel de table et d'acide sulfurique . Il aurait été découvert par l'alchimiste Jabir ibn Hayyan aux alentours de l'an 800.. L'acide muriatique est une espèce chimique qui a été fréquemment utilisée depuis les débuts de la chimie. Au Moyen Âge, sous le nom d'« esprit de sel » qui dénote la proximité avec le sel marin NaCl, il était utilisé par les alchimistes dans leur quête de la pierre philosophaleEsprit de sel, dans le Dictionnaire de l'Académie française, , 1694. (ou acidum salis). Après Glauber, il fut ensuite encore plus communément utilisé au laboratoire de chimie, notamment au tournant du par des scientifiques tels que Priestley ou Davy qui contribuèrent à établir la chimie moderne.
Histoire vignette|Jabir ibn Hayyan, manuscrit du .|gauche L'acide chlorhydrique a été découvert au voisinage de l'an 800 par l'alchimiste Jabir ibn Hayyan, qui l'obtint en mélangeant du sel (chlorure de sodium, NaCl) et du vitriol (acide sulfurique, H2SO4) en solution.
Au Moyen Âge, les alchimistes européens connaissaient l'acide chlorhydrique sous le nom d’esprit de sel ou acidum salis. La vapeur, le chlorure d'hydrogène, est le gaz acide marin.. L'ancien nom acide muriatique possède la même origine : muriatique signifie « appartenant au sel ou à l'eau de mer », et le nom est parfois encore utilisé. Basilius Valentinus, l'abbé-alchimiste de l'abbaye d'Erfurt (Allemagne), en produisit une quantité importante au .
Au , Johann Rudolf Glauber de Karlstadt am Main (Allemagne) utilise du sel, NaCl, et de l’acide sulfurique pour préparer du sulfate de sodium (), produisant ainsi du chlorure d’hydrogène gazeux, HCl. Joseph Priestley de Leeds prépare du chlorure d’hydrogène pur en 1772, et en 1818 Humphry Davy de Penzance (Royaume-Uni) démontre que ce produit chimique est constitué d'hydrogène et de chlore.
Au cours de la révolution industrielle, la demande de substances alcalines, et notamment de carbonate de sodium, augmente fortement en Europe, et le procédé industriel mis au point par Nicolas Leblanc permet une production bon marché à grande échelle en tant que produit secondaire. Dans le procédé Leblanc, du sel est transformé en carbonate de sodium, en utilisant comme réactifs de l’acide sulfurique, de la craie et du charbon, avec également une production secondaire de chlorure d'hydrogène gazeux. Jusqu'à ce que la promulgation en 1863 de l'Alkali Act l'interdise au Royaume-Uni, le chlorure d'hydrogène est relâché dans l'air. À la suite de cette interdiction, les producteurs de carbonate de sodium sont contraints de dissoudre le gaz dans l'eau, produisant ainsi de l'acide chlorhydrique à l'échelle industrielle.
Lorsque le procédé Leblanc est remplacé au début du par le procédé Solvay, sans production secondaire d'acide chlorhydrique, celui-ci s'était d'ores et déjà imposé comme un réactif chimique important pour un grand nombre d'applications. Son intérêt commercial contribua à l'émergence d'autres techniques de production, qui sont toujours utilisées à l'heure actuelle (voir dans la suite).
L'acide chlorhydrique est cité comme un précurseur dans la Table 2 de la convention de 1988 contre le trafic de drogues, du fait de son utilisation dans la synthèse d'héroïne et de cocaïne.
Chimie vignette|droite|Modèle moléculaire du chlorure d'hydrogène.
Le chlorure d'hydrogène (HCl), sous forme gazeuse, est un monoacide qui se dissocie (s'ionise) dans l'eau pour donner un ion H (un proton). L'autre ion formé lors de la dissociation est l'ion chlorure Cl. En solution aqueuse, l'ion H se lie à une molécule d'eau pour former un ion oxonium . En effet, la molécule d’eau est sensiblement polarisée et peut former une liaison faible avec le noyau hydrogène de la seconde molécule fortement polarisée, laquelle libère alors l’ion chlorure qui conserve l’électron issu de l’hydrogène :
HCl + → + Cl.
L'acide chlorhydrique peut donc être utilisé pour préparer des sels dits chlorures, par exemple le chlorure de sodium NaCl. L'acide chlorhydrique est un acide fort : il est totalement dissocié dans l'eau.
Des deux ions et Cl résultants de cette hydratation du chlorure d'hydrogène, l’ion chlorure n'est plus polarisé spatialement (mais reste légèrement réactif face à un autre composé réductible présent dans la solution), alors que l'ion oxonium distribue équitablement les deux électrons issus des atomes hydrogène de l'eau autour des trois noyaux d'hydrogène de l'ion oxonium, dans une configuration faiblement polarisée spatialement (et beaucoup plus stable que celle du chlorure d’hydrogène). Cette faible polarisation spatiale de l'ion oxonium peut toutefois encore former une liaison faible avec une autre molécule d'eau à son voisinage, en phase liquide ou dans un cristal (glace d'acide chlorhydrique). Ces liaisons faibles opportunes font apparaître, temporairement en phase liquide, des complexes quasi-quadrivalents mais très instables autour du noyau d'oxygène, en formant avec l'eau ou ses rares ions hydrogène des liaisons plus fiables que celles liant deux molécules d'eau en phase liquide ; ces complexes sont capables de libérer alors très facilement n'importe lequel des 4 noyaux d’hydrogène résultant de cette association, ce qui lui confère son caractère de solution acide très réactive, notamment sur un métal ou un composé organique.
Un autre impact de la présence accrue des ions oxonium dans la solution (en phase liquide) est que leur hydratation opportune et instable entraîne une augmentation de la viscosité ( à ) de la solution par rapport à l'eau pure (proche de à la même température), dont les chaines de liaison faibles entre molécules d'eau sont facilement perturbées et cassées de façon plus aléatoire, ce qui augmente aussi la capacité de l'eau fluidifiée à traverser des membranes poreuses (plus vite que l'acide chlorhydrique moins fluide, dont les ions oxonium très réactifs réagiront au contraire plus facilement avec la membrane qu'ils peuvent détruire en augmentant la porosité, ce qui facilite ensuite le passage de l'acide), cette eau liquide au voisinage immédiat de l'acide forme des chaines moléculaires plus courtes. Les solutions d'acide chlorhydriques sont donc très pénétrantes.
Les glaces d'acide chlorhydrique forment également des cristaux plus fins et plus facilement fragmentés que ceux de la glace d'eau pure (à conditions de glaciation égales) et seront les premières à fondre (à une température légèrement plus basse) ; la température de glaciation de l'acide chlorhydrique et la quantité relative de glace formée dépend de la concentration en acide de la solution, mais cette différence n'est pas notable pour les solutions usuelles ou les solutions gastriques (insuffisamment concentrées en dépit du pH fortement acide). Cependant c'est l'eau pure de la solution qui gèlera la première (à et non à pour la solution d'acide chlorhydrique en concentration molaire), ce qui peut alors dégager le chlorure d'hydrogène gazeux qui se réhydrate dans la fraction non gelée de l'eau surnageante (sauf en cas de surgélation brutale à température très froide pour bloquer les recombinaisons et exfiltrations de soluté à travers les glaces en formation), dont la concentration en acide augmente par conséquent. Cette particularité permet aussi à certaines bactéries acidophiles de résister à des températures très basses où elles devraient geler assez brutalement et exploser (par exemple lors de la congélation qui ne détruit pas les bactéries présentes dans les sucs gastriques, qui doivent absolument être éliminés des aliments par lavage avant congélation, car ces bactéries peuvent rester actives et encore se multiplier dans l'aliment pourtant gelé).
vignette|droite|Titrage acide-base.
Les monoacides possèdent une seule constante de dissociation acide, Ka, qui est liée au taux de dissociation de l'acide dans l'eau. Pour un acide fort comme HCl, le Ka est très élevé (). Des tentatives ont été faites pour assigner une constante Ka à HCl. Lorsqu'un sel de chlorure comme NaCl(s) est ajouté à HCl aqueux, il n'a pratiquement aucun effet sur le pH, ce qui indique que l'ion Cl− est une base conjuguée extrêmement faible et que HCl est totalement dissocié en solution aqueuse. Pour des solutions d'acide chlorhydrique concentrées ou intermédiaires, l'hypothèse que la molarité des ions H+ (pratiquement tous hydratés) est égale à la molarité d'HCl avant sa solution est excellente, avec un accord de quatre chiffres significatifs.
Parmi les acides forts courants en chimie, tous inorganiques, l'acide chlorhydrique est le monoacide le moins susceptible de subir une réaction d'oxydoréduction parasite. Il est l'un des acides les moins dangereux à manipuler : en dépit de son acidité, il produit des ions chlorure très peu réactifs et non toxiques. Les solutions d'acide chlorhydrique moyennement concentrées sont stables et leur concentration ne varie pas dans le temps. Ces propriétés, alliées au fait qu'il est disponible comme réactif pur, font de l'acide chlorhydrique un très bon réactif acide ou un très bon acide pour le titrage de solutions basiques de concentrations inconnues. Les acides forts sont utiles pour le titrage parce qu'ils donnent des points d'équivalence plus marqués, rendant les résultats plus précis. L'acide chlorhydrique est fréquemment utilisé en analyse chimique ou pour dissoudre des échantillons en vue d'analyse. Les solutions d'acide chlorhydrique concentrées peuvent dissoudre certains métaux en formant des chlorures d'oxydes métalliques et du dihydrogène gazeux. Il est également utilisé comme catalyseur acide dans certaines réactions chimiques.
Au cours de la révolution industrielle, l'acide chlorhydrique devint un réactif chimique industriel important utilisé dans de nombreuses applications, notamment pour la production à grande échelle de composés organiques comme le chlorure de vinyle pour le PVC, ou comme le 4,4'-MDI/Diisocyanate de toluène pour le polyuréthane, ainsi que pour des applications à plus petite échelle comme la production de gélatine ou le traitement du cuir. La production d'acide chlorhydrique avoisine à l'heure actuelle les vingt millions de tonnes par an (estimation en légère augmentation).
Propriétés physiques