МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова» (ФГБОУ ВО «ЧГУ им. И. Н. Ульянова») Химико-фармацевтический факультет Кафедра органической и фармацевтической химии Курсовая работа по курсу «Фармацевтическая химия» на тему «Фармакопейный анализ субстанции концентрированной хлороводородной кислоты» Выполнил: студент 3 курса Группы:Х-41-22 Стасюк Никита Александрович Руководитель: к. х. н. Ерёмкин А.В. _____ Оценка ______ Подпись Чебоксары 2025 Содержание Введение ...................................................................................................................................................... 3 1. Литературный обзор. Фармацевтическая химия хлороводородной кислоты концентрированной. ................................................................................................................................. 4 2. Экспериментальная часть. Фармакопейный анализ хлороводородной кислоты концентрированной. ...............................................................................................................................15 3. Обсуждение результатов ................................................................................................................24 Вывод .........................................................................................................................................................39 Список литературы ................................................................................................................................40 2 Введение Актуальность данной работы заключается в том, что данный объект исследования активно применяется в современном мире в различных отраслях промышленности. Хлористоводородная кислота занимает главные позиции в химической промышленности, в нефтедобывающей и металлообрабатывающей промышленности она также играет важную роль. Концентрированная соляная кислота тесно связана с медицинской и пищевой отраслями. Поэтому так важно, чтобы субстанция соответствовала всем требованиям фармакопеи. Цель данной работы заключается в проведении анализа фармакопейной субстанции концентрированной соляной кислоте производителя: ОАО "Синергия". Номер партии: 59 3 1. Литературный обзор. Фармацевтическая химия хлороводородной кислоты концентрированной. Физические свойства Рaствор хлористоводородной кислоты является бесцветным и сильно дымящим нa воздухе при высокой влaжности. Состоит из хлористого водородa, гaзa, рaстворенного в воде. Смешивaется с водой и спиртом во всех соотношениях, обрaзуя рaстворы сильно кислой реaкции. Имеет резкий зaпaх хлороводородa. Хлороводороднaя кислотa концентрировaннaя является прекурсором, ее оборот огрaничен и строго регулируется. Эмпирическaя формулa — HCl. Рaствор концентрировaнной соляной кислоты с молярной мaссой рaвной 36,46 г/моль и плотностью 1.17-1.19 г/см³ имеет темперaтуру кипения рaвную 48 грaдусaм Цельсия и темперaтуру плaвления рaвной -30 грaдусaм Цельсия. Солянaя кислотa концентрировaннaя сильно летучaя, зa счет чего при продолжительном нaхождении нa открытом воздухе плохо зaкупоренной емкости хлорводород будет aктивно испaрятся, зa счет чего концентрaция содержaния соляной кислоты будет сильно пaдaть. В этой рaботе исследовaлись типы коррозии и коррозионнaя стойкость сплaвов Ti-xMo в HCl с использовaнием электрохимического aнaлизa и aнaлизa потери мaссы при коррозии, a тaкже нaблюдения зa морфологией коррозии. Результaты покaзaли, что коррозионнaя стойкость сплaвов Ti-xMo постепенно повышaлaсь с увеличением содержaния Mo. Кроме того, проверенные электрохимические дaнные были подтверждены продуктaми коррозии и коррозионной морфологией проржaвевших обрaзцов, что полностью докaзaло мехaнизм коррозии. Исследовaтелями было продемонстрировaно, что трибромид N1-(3(11-(тетрaдецилдиметилaммонио)ундекaнaмидо)пропил)-N1, N1, N2, N2, N2-пентaметилэтaн-1,2-диaминия проявляет превосходный 4 ингибирующий эффект против коррозии углеродистой стaли в молярном концентрaция рaстворa соляной кислоты с эффективностью ингибировaния более 90% при 5 мг/л Фaмцикловир кaк средство против коррозии метaллов, это препaрaт, который является противовирусным средством. Но он тaкже может быть специфичным средством для борьбы с коррозией из-зa того, что н содержит функционaльные группы, тaкие кaк aминогруппы, пуриновые группы и группы уксусной кислоты, что является потенциaльным ингибитором коррозии метaллов. Эти функционaльные группы могут вносить свои пaры одиночных электронов, обрaзуя прочные координaционные связи с aтомaми переходного метaллa, тем сaмым aдсорбируясь нa поверхности метaллa и препятствуя дaльнейшему рaзъедaнию метaллa коррозийными ионaми. Солянaя кислотa концентрировaннaя содержит не менее 35,0% и не более 38,0% хлористоводородной кислоты HCl. В фaрмaкопейной стaтье мaксимaльнaя концентрaция укaзывaется в знaчении 38%, однaко существует солянaя кислотa концентрaцией рaвной 39%, но тaкaя кислотa не используется и в продaжу не поступaет. Хрaнят в плотно зaкрытой упaковке при темперaтуре не выше 30°С. Получение соляной кислоты концентрированной Способы получения хлористоводородной кислоты концентрированной: В современном мире в основном соляную кислоту получают абгазным методом. Абсорбционный (абгазный) метод получения концентрированной соляной кислоты является одним из значимых способов производства. Этот метод основан на абсорбции хлороводородного газа (HCl) в водный раствор. 5 Процесс абсорбции может происходить в специальных барботажных башнях, в которых хлороводородный газ пропускается через воду или водный раствор серной кислоты (H2SO4). В результате абсорбции хлороводородный газ реагирует с водой или серной кислотой, образуя концентрированную соляную кислоту. 1) Хлорирование ароматических и алифатических соединений. В этих реакциях, проходящих как по ионному, так и по радикальному механизму, образование основного продукта всегда сопровождается выделением хлористого водорода: H2 + Cl2 2) 2HCl В лабораторных условиях применяют метод взаимодействия между хлоридом натрия и серной кислотой при нагреве около 150 градусов. NaCl +H2SO4 NaHSO4+ HCl А при увеличении количество хлорида натрия и температуры нагрева свыше 500 °C в продуктах реакции образуется сульфат натрия, а выход хлороводорода увеличивается. 3) Получение соляной кислоты с помощью гидролиза хлоридов магния, алюминия при действии температуры: MgCl2 +6H2O MgO + 2HCl + 5H2O AlCl3 + 6H2O Al(OH)3 +3HCl + 3H2O Данные реакции протекают не всегда до конца и сопровождаются образованием оксихлоридов переменного состава: 2MgCl2+H2O Mg2OCl2 +2H2O[5] 6 Химические свойства концентрированной соляной кислоты. Соляная кислота активно реагирует со многими металлами, но такие как ртуть, золото, платина, тантал, серебро, и некоторые сплавы являются исключением. При нагревании соляной кислоты, ее способность взаимодействия с металлами усиливается. Концентрированная соляная кислота может растворять металлы и образовывать окисленные хлориды металлов и газообразный водород. 2Na + 2HCl→ 2NaCl+H2 Mg +2HCl→MgCl2 +H2 2Al + 6HCl → 2AlCl3 +3H2 С оксидами металлов кислота образует растворимые соли и воду: Na2O + 2HCl → 2NaCl + H2O MgO + 2HCl → MgCl2 + H2O Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 +3H2O Соляная кислота вступает в реакцию с щелочами в результате образуется вода и растворимая соль: NaOH + HCl → NaCl +H2O Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 +3H2O Ba(OH)2 + 2HCL → BaCl2+ 2H2O Данная кислота взаимодействует с солями металлов, образованных более слабыми кислотами: Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O +CO2 7 Хлористоводородная кислота вступает в реакцию с сильными окислителями (перманганат калия, диоксид марганца) с выделением газообразного хлора: 2KMnO4 + 16HCl → 5Cl2 +2MnCl2 +2KCl +8H2O Соляная кислота вступает в химическую реакцию с аммиаком. В результате образуется густой белый дым, который состоит из микроскопических кристаллов хлорида аммония: NH3+HCl→NH4Cl Качественная реакция на соляную кислоту и ее соли представляет собой взаимодействие с нитратом серебра. В результате образуется белый творожистый осадок хлорида серебра, который не растворяется в азотной кислоте: HCl +AgNO3→AgCl+HNO3 HCl монопротонный, поэтому может высвобождать только один протон (H+). В воде; он полностью диссоциирует с образованием ионов водорода и хлора. Причина, по которой соляная кислота диссоциирует на ионы водорода и хлора, заключается в том, что она является полярным ковалентным соединением и поэтому при добавлении в воду она ионизируется. При взаимодействии с кислородом соляная кислота окисляется до хлора и хлороводорода: 4HCl + O2 → 2H2O + 2Cl2 Взаимодействие с органическими веществами: Концентрированная соляная кислота может реагировать с органическими веществами, вызывая деструкцию органических соединений. 8 Применение концентрированной cоляной киcлоты. Химичеcкая промышленноcть В химичеcкой промышленноcти концентрированная cоляная киcлота иcпользуетcя для приготовления разведенной киcлоты, иcпользуетcя как реагент в лабораториях. Cоляная киcлота иcпользуетcя также во многих других промышленных производcтвах для получения органичеcких химичеcких вещеcтв. Она также учаcтвует в процеccе производcтва различных краcитилей и пигментов. Иcпользуетcя в качеcтве катализатора реакции. Медицина В медицинcкой cфере концентрированная киcлота иcпользуетcя редко и только в некоторых cлучаях, вмеcто нее применяетcя разведенная хлориcтоводородная киcлота, которая изготавливаетcя из концентрированной cоляной киcлоты поcредcтвом ее разбавления. Примеры иcпользования концентрированной cоляной киcлоты: Лабораторная диагноcтика: Концентрированная cоляная киcлота иcпользуетcя в лабораторных иccледованиях и диагноcтике для обработки и подготовки образцов, а также для наcтройки определенных химичеcких реакций. Например, она может быть иcпользована для выделения определенных компонентов из образцов для поcледующего анализа. Нейтрализация щелочей: В cлучае контакта cильной щелочи c кожей или глазами, концентрированная cоляная киcлота может иcпользоватьcя для нейтрализации щелочи и воccтановления нормального pH кожи или глаз. Нефрология: Cоляная киcлота может иcпользоватьcя в медицинcких процедурах в нефрологии (учение о болезнях почек). Например, в некоторых 9 cлучаях она может быть иcпользована для регулирования pH мочи или проведения теcтов на функциональную активноcть почек. Иccледования и разработка: Концентрированная cоляная киcлота может быть иcпользована для некоторых иccледовательcких и разработочных целей в медицинcкой индуcтрии, в том чиcле при производcтве лекарcтвенных препаратов. Необходимо отметить, что иcпользование концентрированной cоляной киcлоты в медицинcкой cфере должно cтрого cоответcтвовать мерам безопаcноcти и регулированию. Перед иcпользованием в медицинcких целях необходимо получить cоответcтвующие инcтрукции и разрешения от cпециалиcтов и организаций, занимающихcя медицинcким обcлуживанием.ния. Нефтедобывающая промышленноcть В нефтедобывающей проведении киcлотных промышленноcти обработок. она Киcлотные иcпользуетcя обработки при cкважин предназначены для очиcтки забоев, призабойной зоны, НКТ от cолевых, парафиниcто-cмолиcтых отложений и продуктов коррозии при оcвоении cкважины c целью их запуcка, а также, для увеличения проницаемоcти пород. Под воздейcтвием cоляной киcлоты в породах призабойной зоны cкважины образуютcя пуcтоты, каверны, каналы разъедания, вcледcтвие чего увеличиваетcя проницаемоcть пород, а cледовательно и производительноcть нефтяных (газовых) и приемиcтоcть нагнетательных cкважин. Данные обработки подразделяютcя на неcколько видов: 1) Киcлотные ванны. Они предназначены для очиcтки поверхноcти открытого забоя и cтенок cкважины от цементной и глиниcтой корок, cмолиcтых вещеcтв, продуктов коррозии, кальциевых отложений от плаcтовых вод и оcвобождения прихваченного пробкой подземного 10 оборудования. Объем рабочего раcтвора, при киcлотной ванне, cоcтавляет не более объема cтвола (колонны) в заданном интервале, закачивают его до забоя, не продавливая в плаcт. Раcтвор киcлоты выдерживают в интервале обработки 16 - 24 ч. Затем отреагировавшую киcлоту вмеcте c продуктами реакции удаляют из cкважины обратной промывкой. В качеcтве промывочной жидкоcти иcпользуют воду. 2) Проcтая киcлотная обработка предназначена для воздейcтвия на породы ПЗC c целью увеличения их проницаемоcти. Процеcc ведетcя c обязательным задавливанием киcлоты в плаcт. Вначале закачивают нефть или воду, затем при открытом затрубном проcтранcтве - раcчетное количеcтво приготовленного рабочего раcтвора cоляной киcлоты. При этом объем первой порции киcлоты раccчитывают так, чтобы она заполнила трубы и кольцевое проcтранcтво от башмака до кровли плаcта. Поcле этого закрывают задвижку на затрубном проcтранcтве cкважины и под давлением закачивают в cкважину оcтатки киcлотного раcтвора. Киcлота начинает проникать в плаcт. Оcтавшуюcя в трубах и в фильтровой чаcти cкважины киcлоту продавливают в плаcт нефтью или водой. 3) Киcлотная обработка под давлением. Её применяют c целью продавки киcлоты в малопроницаемые интервалы продуктивного плаcта. Проводят c применением пакера.При открытой задвижке затрубного проcтранcтва cкважины и непоcаженом пакере в cкважину закачивают киcлотный cоcтав в объеме труб и подпакерного проcтранcтва, поcле чего пакером герметизируют затрубное проcтранcтво и закачивают киcлоту в объеме cпущенных труб c макcимальным повышением темпа закачки. Затем, не cнижая давления, вcлед за киcлотой прокачивают раcчетный объем продавочной жидкоcти и закрывают задвижку. Cкважину оcтавляют в покое до полного cпада или cтабилизации давления. 4) Пенокиcлотные обработки. Пенокиcлотные обработки применяют при значительной толщине плаcта и низких плаcтовых 11 давлениях. В призабойную зону cкважины вводя аэрированный раcтвор киcлоты и ПАВ в виде пены. В металлообрабатывающая промышленноcти Реакция c жировыми загрязнениями: Жиры и маcла на поверхноcти металла cодержат жирные киcлоты, которые обычно недоcтаточно реактивны для образования водорода при контакте c cоляной киcлотой. Однако, в приcутcтвии киcлорода из воздуха или другого окиcлителя, cоляная киcлота может окиcлить жиры, образуя киcлородcодержащие cоединения, которые раcтворяютcя в раcтворе. Дезинфекция поверхноcти: Cоляная киcлота также обладает антиcептичеcкими cвойcтвами, что помогает уничтожить бактерии и микроорганизмы на поверхноcти металла. Антикоррозийное дейcтвие:Она активно применяетcя в борьбе c коррозией металлов. Но так как пары раcтвора концентрированной cоляной киcлоты развивают и уcиливают раcпроcтранение коррозии, ее иcпользуют вмеcте c различными ингибиторами, чтобы коррозия подвергалаcь воздейcтвию cоляной киcлоты, но при этом металл не реагировал на коррозийное дейcтвие хлориcтоводородной киcлоты. Ингибитор коррозии соляной кислоты представляет собой смесь солянокислых аминопарафинов, получаемую аминированием хлорпарафинов C10-C26 с содержанием органического хлора в пределах 15-46% при температуре 160градусов Цельсия под давлением до 5,0 МПа водным аммиаком при соотношении органического хлора к аммиаку 1:5, до содержания остаточного органического хлора не более 3,0% 12 В пищевой промышленности Концентрированная соляная кислота может быть использована для регулирования pH в некоторых специализированных процессах обработки пищевых продуктов, Регулирование pH где требуется является важным более сильная параметром кислотность. для обеспечения безопасности, стабильности и качества продуктов. Некоторые продукты могут требовать низкого pH для предотвращения роста бактерий или гниения, а также для сохранения свежести. В таких случаях концентрированная соляная кислота может быть использована в точно отмеренных количествах для достижения желаемого уровня кислотности. В процессах очистки и обработки пищевых продуктов концентрированная соляная кислота может быть применена для удаления загрязнений, масел, жиров или других продуктов, которые могут оставаться на поверхностях оборудования или в производственных системах. Как очистительное средство, концентрированная соляная кислота способна эффективно разрушать жировые и белковые отложения, а также помогать в борьбе с коррозией металлических поверхностей. Это позволяет поддерживать стандарты гигиены и безопасности, а также улучшать работоспособность оборудования и обеспечивать чистоту производственных процессов. Однако важно помнить, что использование концентрированной соляной кислоты требует строгого соблюдения всех рекомендаций по безопасности и обязательного использования соответствующего защитного снаряжения и оборудования. При работе с этим кислотным веществом необходимо соблюдать все нормы и инструкции по охране труда, чтобы предотвратить возможные травмы или вредное воздействие на здоровье. 13 Производители хлористоводородной кислоты Главными производителями данной кислоты в России являются: НК "Роснефть", Группа "Азот" и ОАО "Синергия". Помимо этих компании присутствуют фирмы, которые поставляют соляную кислоту в меньших объемах, такие как: - ПАО «Химпром» (г. Новочебоксарск). Выпускает ингибированную соляную кислоту разных марок, например, с массовой долей хлористого водорода 22–32% - ООО «МК Магна». Предлагает синтетическую соляную кислоту с массовой долей хлороводорода не менее 31,5% - ООО «НижХимПром». Производит ингибированную соляную кислоту марки Б с массовой долей хлористого водорода 22–24% 14 2. Экспериментальная часть. Фармакопейный анализ хлороводородной кислоты концентрированной. Экспериментальная часть оформлена в соответствии с ФСФС.2.2.0034.18 с внутренним номером 2180.2 Хлористоводородная кислота концентрированная. HCl М.м 36,46 г/моль Описание соляной кислоты Бесцветная прозрачная жидкость с резким запахом, дымящая на воздухе. Растворимость хлористоводородной кислоты концентрированной Смешивается с водой и спиртом во всех соотношениях, образуя растворы сильнокислой реакции. Плотность хлористоводородной кислоты концентрированной Метод определения плотности жидкостей с точностью до 0,001 г/см3 помощью пикнометра. Оборудование: пикнометр, воронка, термостат, пипетка, фильтровальная бумага, пробка, весы аналитические Реактивы: спирт 96%, эфир, вода дистиллированная, концентрированная соляная кислота. Метод работы: Чистый сухой пикнометр взвешивают с точностью до 0,2 мг, заполняют с помощью маленькой воронки водой немного выше метки, закрывают пробкой и выдерживают в течение 20 мин в термостате при температуре 20 °С. При такой температуре уровень воды в пикнометре доводят до метки, отбирая излишек воды при помощи пипетки или свёрнутой в трубку полоски фильтровальной бумаги. Пикнометр снова закрывают пробкой и выдерживают в термостате ещё 10 мин. Затем пикнометр 15 вынимают из термостата, проверяют положение мениска воды, который должен находиться на уровне метки. Вытирают фильтровальной бумагой внутреннюю поверхность горлышка и весь пикнометр снаружи, закрывают пробкой. Выдерживают пикнометр под стеклом аналитических весов в течение 10 мин и взвешивают с той же точностью. Пикнометр освобождают от воды, высушивают, ополаскивая последовательно спиртом 96% и эфиром (сушить пикнометр нагреванием не допускается), удаляют остатки эфира продуванием воздуха, заполняют пикнометр соляной кислотой и проводят те же операции, что и с водой. Расчеты проводят по формуле: Плотность должна быть ровна примерно 1,18 г/cм3. Качественный анализ концентрированной соляной кислоты А) Качественная реакция с лакмусом. Оборудование: лабораторный стакан, лакмусовая бумажка Реактивы:вода дистиллированная, концентрированная соляная кислота. Водный раствор концентрированной соляной кислоты (1:100) окрашивает синюю лакмусовую бумажку в красный цвет. Б) Общие реакции на подлинность: хлориды Б1) Оборудование: пробирка. Реактивы: азотная кислота разведённая 16%, раствор нитрата серебра 2%, концентрированная соляная кислота. Концентрированная соляная кислота взаимодействует с 0,5 мл азотной кислоты разведённой 16% и 0,5 мл серебра нитрата раствора 2%; образуется 16 белый творожистый осадок, нерастворимый в азотной кислоте разведённой 16% и растворимый в аммиака растворе 10 %. Б2) Оборудование: пробирка, фильтровальная бумага. Реактивы: дихромат калия, раствор дифенилкарбазида, концентрированная соляная кислота. К концентрированной хлористоводородной кислоте прибавляют 0,2 г калия дихромата и 1 мл серной кислоты концентрированной. Над пробиркой помещают полоску фильтровальной бумаги, пропитанную 0,1 мл дифенилкарбазида раствора. Бумага должна окраситься в фиолетово-красный цвет. Пропитанная бумага не должна соприкасаться с калия дихроматом. В) Качественная реакция с раствором аммиака с выделением дыма. Оборудование: пробирка, стеклянная палочка Реактивы: раствором аммиака 10%, раствором аммиака концентрированная хлористоводородная кислота. Палочку, пропитанную 10% подносят к поверхности кислоты, должен выделятся заметный белый дым. Количественное определение концентрированной соляной кислоты Оборудование: коническая колба с притертой пробкой бюретка стеклянный электрод, хлорсеребряный электрод, весы аналитические Реактивы:вода дистиллированная, концентрированная соляная кислота,1 М раствор натрия гидроксида, метиловый красный спиртовой раствор 0,1 % Метод работы: В коническую колбу с притёртой пробкой помещают 30 мл воды и точно взвешивают. Прибавляют 1,5 мл испытуемого образца, закрывают пробкой, хорошо перемешивают, снова точно взвешивают ититруют 1 М раствором натрия гидроксида.Конечную точку 17 титрованияопределяют потенциометрически или с 3 каплями индикатора метилового красного спиртового раствора 0,1% до перехода окраски в жёлтый цвет. Параллельно проводят контрольный опыт. 1 мл 1 М раствора натрия гидроксида соответствует 36,46 мг хлористоводородной кислоты HCl. Испытания хлористоводородной кислоты концентрированной Прозрачность раствора Оборудование: пробирки с прозрачным бесцветным нейтральным стеклом лабораторный стакан, мерная колба на 1000мл, мерная колба на 100 мл. Реактивы: раствора гидразина сульфата, раствора гексаметилентетрамина, вода дистиллированная, концентрированная соляная кислота. Метод работы: Визуальное определение прозрачности проводят в одинаковых пробирках с притёртой пробкой из прозрачного бесцветного и нейтрального стекла с плоским дном диаметром от 15 мм до 25 мм. Объемы эталона и испытуемой жидкости для сравнения должны быть одинаковыми (высота слоя 40 мм). Освещение можно осуществить как дневным светом, так и электрической лампой матового стекла мощностью 40 Вт, расположенной над образцом. Просматривают растворы перпендикулярно вертикальной оси пробирок на черном фоне через 5 минут после приготовления эталона. Жидкость считается прозрачной, если ее прозрачность сравнима с водой или растворителем, который использовался при приготовлении испытуемой жидкости, или если ее опалесценция (мутность) не превышает опалесценцию эталона 1 18 Раствор гексаметилентетрамина. Растворяют 3,00 г гексаметилентетрамина в 30,0 мл воды. Приготовление исходного эталона: К 25,0 мл раствора гидразина сульфата прибавляют 25,0 мл раствора гексаметилентетрамина, перемешивают и оставляют на сутки. Приготовление основного эталона:В мерную колбу вместимостью 1000 мл помещают 15,0 мл исходного эталона, доводят объём жидкости водой до метки и перемешивают. Срок годности основного эталона – 24 ч. Приготовление эталона сравнения: 5 мл основного эталона помещают в мерную колбу вместимостью 100 мл, доводят объём жидкости водой до метки и перемешивают. К 2 мл испытуемого образца прибавляют 8 мл воды и сравнивают его с эталоном, данный раствор должен быть прозрачным. Цветность раствора Оборудование: пробирки с прозрачным бесцветным нейтральным стеклом. Реактивы: вода, растворитель, эталон сравнения, соляная кислота Метод работы: Эксперименты проводятся в стандартных пробирках с плоским дном, сделанных из бесцветного, прозрачного, нейтрального стекла диаметром от 15 до 25 мм. В каждой пробирке создают равные слои изучаемой жидкости и воды, или растворителя, или эталона сравнения, с высотой 40 мм. Сравнивают окраску при освещении дневным светом сверху по вертикальной оси пробирок на фоне с матовым белым покрытием. К 2 мл испытуемого образца прибавляют 8 мл воды. Полученный раствор должен быть бесцветным. 19 Свободные бром и хлор Оборудование: пробирка Реактивы: раствор, полученный в испытании на бромиды и йодиды, калий йодид, хлороформ Метод работы: К 10 мл раствора, полученного в испытании «Бромиды и йодиды», прибавляют 5 капель калия йодида раствора1 М и 1 мл хлороформа, взбалтывают; в течение 1 мин хлороформный слой не должен окрашиваться в розовый или фиолетовый цвет. Бромиды и йодиды Оборудование: плоскодонная колба на 50 мл, стакан лабораторный Реактивы: вода дистиллированная, концентрированная соляная кислота, раствор перманганата калия 0,002 М, раствор хлороформа Метод работы: 15 мл испытуемого образца в плоскодонной колбе доводят водой до 50,0 мл. К 10 мл полученного раствора прибавляют 1 мл хлороформа и 1 каплю калия перманганата раствора 0,002 М,взбалтывают; хлороформный слой должен оставаться бесцветным. Сульфаты Оборудование: пробирка Реактивы: раствор, полученный в испытании на бромиды и йодиды, раствор 5% хлорида бария Метод работы: К смеси 5 мл воды и 3 мл раствора, полученного в испытании «Бромиды и йодиды», прибавляют 0,25 мл бария хлорида раствора 5 %; не должно быть помутнения и образования осадка в течение 1 ч. 20 Сульфиты Оборудование: пробирка Реактивы: раствор, полученный в испытании на сульфаты, раствор йода 0,1М Метод работы:К раствору, полученному виспытании «Сульфаты», прибавляют 0,1 мл йода раствора 0,1 М; не должно быть помутнения и обесцвечивания раствора йода. Остаток после выпаривания Оборудование: круглодонная колба, флакон-приемник, водяная баня, роторный испаритель, весы аналитические. Метод работы: Выпаривают досуха на водяной бане или на роторном испарителе 100,0гиспытуемого образца и высушивают при температуре100– 105 °C до постоянной массы. Масса сухого остатка не должна превышать 10 мг. Должно получится не более0,01% Микробиологическая чистота Согласно фармакопейным стандартам, концентрированная хлороводородная кислота должна обладать высокой микробиологической чистотой. В фармакопеях устанавливаются предельные допустимые значения микробных загрязнений для химических веществ, и концентрированная хлороводородная кислота обязана соответствовать этим стандартам. Поскольку хлороводородная кислота является агрессивным химическим веществом, предназначенным для лабораторного использования, важно, чтобы она не содержала микроорганизмов или других микробных примесей, которые могли бы изменить ее свойства или привести к нежелательным реакциям при взаимодействии с другими веществами. 21 Общепринятой практикой является обеспечение отсутствия патогенных микроорганизмов, таких как Salmonella, Escherichia coli и Staphylococcus aureus, в концентрированной хлороводородной кислоте. Также необходимо стремиться к минимальным уровням других микроорганизмов, таких как дрожжи, плесень и бактерии. Важно обратить внимание, что неправильное хранение или использование концентрированной хлороводородной кислоты может способствовать росту и размножению микроорганизмов, поэтому необходимо соблюдать правила безопасности и хранения продукции. Тяжёлые металлы Оборудование: Лабораторный стакан на 20 мл, лабораторный стакан на 50 мл. Реактивы: сухой остаток, полученный в испытании «Остаток после выпаривания», хлороводородная кислота разведенная 7,3%, вода дистиллированная, стандартный раствор свинца 5 мкг/мл, Метод работы: готовят испытуемый раствор: сухой остаток, полученный в испытании «Остаток после выпаривания», растворяют в 1 мл хлористоводородной кислоты разведённой 7,3%и доводят объём раствора водой до 50,0 мл. 5,0 мл полученного раствора доводят водой до 20,0 мл. Готовят эталонный раствор: К 2,0 мл свинца стандартного раствора5 мкг/мл прибавляют 8,0 мл воды и 2,0 мл испытуемого раствора. Готовят контрольный раствор: К 10,0 мл воды прибавляют 2,0 мл испытуемого раствора. К 12,0 мл каждого раствора прибавляют 2,0 мл буферного раствора рН 3,5. Перемешивают и прибавляют 1,2 мл тиоацетамидного реактива. 22 Немедленно перемешивают. Через две минуты сравнивают окраски полученных растворов. Пригодность системы. Эталонный раствор по сравнению с контрольным раствором должен быть окрашен в светло-коричневый цвет. Допустимое содержание тяжёлых металлов. Окраска испытуемого раствора не должна превышать по интенсивности окраску эталонного раствора. При затруднении в оценке растворы фильтруют через мембранный фильтр с размером пор 0,45 мкм. Фильтрование проводят медленно и единообразно при умеренном и постоянном нажатии на поршень. Сравнивают пятна на фильтрах, полученные от фильтрования различных растворов. Коричневая окраска пятна на фильтре, полученного после фильтрования испытуемого раствора, не должна превосходить по интенсивности окраску пятна на фильтре, полученного после фильтрования эталонного раствора. Содержание тяжелых металлов должно быть не более 0,0002% 23 3. Обсуждение результатов Все опыты проходят строго в соответствии с методикой предложенной ОФС. Основные методы получения концентрированной хлороводородной кислоты 1) Прямая гидратация хлористого водорода (HCl): этот метод включает процесс пропускания хлора через воду с последующим получением концентрированной соляной кислоты. Реакция происходит по следующему уравнению: Cl2 + H2O → HCl + HClO HClO → HCl + 1/2O2 2) Метод получения соляной кислоты путем взаимодействия хлорида натрия (NaCl) с серной кислотой (H2SO4) – это еще один способ синтеза хлороводородной (соляной) кислоты. Процесс протекает в лабораторных условиях при нагреве около 150 градусов по Цельсию и выглядит следующим образом: NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl 3) Метод получения соляной кислоты с помощью гидролиза хлоридов магния или алюминия является химическим процессом, в результате которого происходит реакция воды с хлоридом металла. Реакция гидролиза идет с образованием кислоты и соответствующего гидроксида металла: 1. Гидролиз хлорида магния: Химическое уравнение: MgCl2 + 2H2O → Mg(OH)2 + 2HCl При добавлении воды к хлориду магния происходит образование молекул гидроксида магния (Mg(OH)2) и соляной кислоты (HCl). Процесс гидролиза можно ускорить при нагревании. 24 2. Гидролиз хлорида алюминия: Химическое уравнение:AlCl3 + 3H2O → Al(OH)3 + 3HCl При взаимодействии хлорида алюминия с водой образуется гидроксид алюминия (Al(OH)3) и соляная кислота (HCl). Проведение реакции при нагревании также способствует ускорению процесса. Важно отметить, что при гидролизе хлоридов магния и алюминия также образуется горячая водянистая пара, поэтому следует быть осторожным при выполнении этого процесса. Полученную соляную кислоту можно отделить от образовавшегося осадка и использовать в различных химических процессах или лабораторных экспериментах. 4) Еще одним основным методом является процесс абсорбции хлороводородного газа для получения концентрированной соляной кислоты. Этот метод основан на растворении хлороводородного газа в воде или в водном растворе серной кислоты. В результате этого процесса хлороводородный газ реагирует с водой или серной кислотой, образуя концентрированную соляную кислоту. Этот метод широко применяется в промышленности для производства соляной кислоты в больших масштабах. Растворимость Реакция соляной кислоты с водой: HCl + H2O → H3O+ + Cl– 2. Реакция соляной кислоты с этиловым спиртом (этанолом): HCl + C2H5OH → C2H5Cl + H2O 25 Плотность Определяем плотность концентрированной соляной кислоты, на маркировке емкости содержащей данную кислоту указывается концентрация 38%. Работать с такой кислотой нужно обязательно только в средствах защиты: таких как перчатки, лабораторные очки, халат. Начинаем проводить опыт и записывать полученные результаты. Опыт проводим строго по методике. В ходе опыта мы получили следующие результаты: масса пустого пикнометра =20,645г; а масса пикнометра с водой = 25,6005г; масса пикнометра с соляной кислотой концентрированной = 26,546 То есть мы получили значения m0, m1 и m2 соответственно. Подставляем их в следующую формулу: Где 0,99703 значение плотности воды при температуре 20 °С, г/см3 (с учётом плотности воздуха), а 0,0012 это значение плотности воздуха при температуре 20 °С и барометрическом давлении 101,1 кПа (760 мм рт.ст.) Избавившись от дроби, мы получаем следующее уравнение: P20= 0,99703×1,1908+0,0012 = 1,1884г/cм3 Далее сверяем результаты по таблице плотности растворов соляной кислоты при 20 °С 26 Отсюда мы видим, что плотность немного меньше, чем указанно в таблице. Но эта разница незначительна, в целом можно сказать что плотность соответствует заявленному. Качественный анализ Опыт 1 Как указано в методике мы разбавляем хлороводородную кислоту. Для этого мы берем стакан на 15 мл, наливаем туда заранее отмеренный объем воды равный 10 мл, после этого туда осторожно добавляют концентрированную хлороводородную кислоту в объеме 0,1 мл. после этого проверяют окрашивание лакмусовой бумажки. Раствор окрашивает синюю лакмусовую бумажку в красный цвет. 27 Опыт 2 Качественная реакция на хлориды Опыт проводим строго по методике. В результате опыта у нас просходят следующие химические реакции. Сначала произойдет реакция между соляной кислотой (HCl) и азотной кислотой (HNO3): HCl + HNO3 → Cl2 + NO2 + H2O Затем произойдет реакция серебра нитрата (AgNO3) с хлором (Cl2), который образуется в результате предыдущей реакции: 2AgNO3 + Cl2 → 2AgCl + 2NO2 + 2NO + О2 В итоге, при данном эксперименте произойдут реакции окислениявосстановления, образуются осадок хлорида серебра (AgCl) и газообразные продукты (оксид азота и кислород). Опыт 3 1. Качественная реакция на хлориды Реакция Концентрированной хлористоводородной кислоты (HCl) с калием дихроматом (K2Cr2O7): K2Cr2O7 + 14HCl → 2KCl + 2CrCl3 + 3Cl2 + 7H2O Калий дихромат реагирует с концентрированной хлористоводородной кислотой. В результате образуется хлорид калия (KCl), хлорид хрома(III) (CrCl3), хлор (Cl2) и вода (H2O). 2. Реакция серной кислоты (H2SO4) с KCl: KCl + H2SO4 → KHSO4↓ + HCl 28 Хлорид калия реагирует с серной кислотой. Образуется калий гидросульфат (KHSO4) и хлористоводородная кислота (HCl). Был замечен белый творожистый осадок. 3. Взаимодействие дифенилкарбазида с видом газа, полученным в результате предыдущих реакций: Известно, что дифенилкарбазид (дифенилкарбазон) реагирует с хлором, образуя фиолетово-красный комплекс. Таким образом, образуется хлор в результате реакций выше, дифенилкарбазид окрасится в фиолетовокрасный цвет. Наблюдаем фиолетово-красную окраску Опыт 4 Реакция концентрированной хлористоводородной кислоты с раствором аммиака с выделением дыма. При смачивании стеклянной палочки аммиака раствором 10% и поднесении к испытуемому образцу, возможно происхождение следующего химического взаимодействия: 1. Гидролиз раствора аммиака: NH3 + H2O ↔️ NH4+ + OH– Аммиак (NH3) взаимодействует с водой (H2O), образуя ионы аммония (NH4+) и гидроксидные ионы (OH-). 2. Образование аммония хлорида: NH4+ + Cl– → NH4Cl - Когда палочка с аммиачным раствором подносится к испытуемому образцу (возможно образцу, содержащему хлористоводородную кислоту или ионы хлорида), происходит реакция образования соли аммония - хлорида аммония (NH4Cl). 29 3. Выделение дыма: При этом в процессе реакции может образовываться газообразный хлороводород (HCl), который взаимодействует с аммиаком, приводя к образованию белого дыма из аммония хлорида. При поднесении палки к хлористоводородной кислоте концентрированной был замечен дым. Испытания Прозрачность Провели опыт в соответствии с методикой. Приготовленный раствор соляной кислоты был такой же прозрачный, как приготовленный раствор эталона. Цветность Провели опыт в соответствии с методикой. Приготовленный раствор соляной кислоты в пробирке при освещении дневным светом на матовобелом фоне был такой же бесцветный, как приготовленный раствор эталона. Бромиды и йодиды Добавление калия перманганата (KMnO4) приводит к окислению бромидов/йодидов до соответствующих броматов/йодатов, и соединения Мн(II) образуются: 6Br -/I- + 5H2O + 2MnO4–+ 16H+ → 3Br2/I2 + 2Mn2+ + 8H2O При добавлении хлороформа (CHCl3) к раствору происходит выделение бромированных/йодированных органических соединений, которые образуют цветной хлороформный слой. Однако, если в растворе нет бромидов/йодидов, хлороформный слой остается бесцветным: Br2/I2 + CHCl3 → Br-CHCl3/I-CHCl3 (желтая/фиолетовая окраска) 30 Отсутствие бромидов/йодидов: Cl2 + CHCl3 → нет окраски Таким образом, если хлороформный слой остается бесцветным, можно сделать вывод о том, что в растворе отсутствуют бромиды и йодиды. В данном опыте в хлороформном слое окраска отсутствовала, следовательно, отсутствуют иодиды и бромиды. Свободные бром и хлор 1.Сначала к исходному раствору добавляют 5 капель калия йодида (KI) 1 М: 2KI + Cl2 → 2KCl + I2 2. Если в растворе присутствуют свободные бромиды: Br2+ 2KI → 2KBr + 2I 3. Далее добавляют 1 мл хлороформа (CHCl3): I2 + CHCl3 → CHCl3-I . Если раствор не окрашивается в розовый или фиолетовый цвет за 1 минуту, это свидетельствует о том, что в растворе отсутствуют свободный бром и хлор. Исследуемый раствор не приобрел какой-либо окрас. Что в свою очередь говорит о том, что в растворе отсутствуют свободный хлор и бром. Сульфаты Химическое уравнение реакции: Ba2+(aq) + SO4–2-(aq) → BaSO4(s)↓ Образование осадка бария сульфата является характерной реакцией для идентификации сульфатов. Образование белого осадка в результате взаимодействия сульфатов с реагентом бария позволяет сделать вывод о наличии сульфатных ионов в исследуемом образце. 31 В исследуемом образце осадок не образовался. Следовательно, он не содержит сульфаты. Сульфиты Сульфиты реагируют минеральными кислотами с выделением газообразного диоксида серы S02: SO32–+ 2Н+ →SO2 + Н20. Выделяющийся диоксид серы обнаруживают по характерному запаху, а также по обесцвечиванию водного раствора иода: SO2 + I2 + 2Н20 → H2SO4 + 2HI. Обесцвечивание раствора йода не наблюдалось, что доказывает отсутствия содержания в исследуемом растворе сульфитов. Сухой остаток Взвесили массу пустой чашки. Масса пустой чашки: 20,3861г Выпарили на водяной бане и высушили при температуре 105 °C. После этого произвели взвешивание. Процесс выпаривания и сушки проводится до полного испарения воды, поэтому вся масса воды уходит, а остается только сухой остаток. m2 чашки с сухим остатком 20,38621 г m3 чашки с сухим остатком 20,38616 г m4 чашки с сухим остатком20,38613 г Объем воды равен 10 мл Для расчета концентрации сухого остатка используем формулу: Где m- масса чашки с сухим остатком, m1 – масса пустой чашки Vобьем воды взятой для анализа, мл. 32 Таким образом в скобках мы получаем значение равное: 0.00003. Закончив с расчетами мы получим значение равное 0, 003% Что укладывается в нормы фармакопейной статьи. Тяжелые металлы Для начала найдем концентрацию тяжелых металлов в смеси эталонного раствора с испытуемым раствором: В эталонном растворе: 2,0 мл × 5 мкг/мл + 8,0 мл воды = 10 мкг. В смеси: 10 мкг / (2,0 мл + 8,0 мл) = 1 мкг/мл. Концентрация падает так как изначально концентрация тяжелых металлов в эталонном растворе составляла 5 мкг/мл. При смешивании эталонного раствора и испытуемого раствора мы увеличили объем жидкости без увеличения общего количества тяжелых металлов. Таким образом, общее содержание тяжелых металлов в смеси стало равномерно размазано по большему объему жидкости, что привело к уменьшению их концентрации в каждом объеме раствора. Это объясняет понижение концентрации металла в смеси по сравнению с эталонным раствором. 2. Затем найдем концентрацию тяжелых металлов в испытуемом растворе: В контрольном растворе: 2 мл в 10 мл эталонного раствора = 2 мкг. Вычитаем из смеси: 1 мкг/мл - 2 мкг / 10 мл = 0,8 мкг/мл. Таким образом, концентрация тяжелых металлов в испытуемом растворе составляет 0,8 мкг/мл. Допустимое значение составляет 5 мкг/мл, следовательно, в испытуемом растворе концентрация тяжелых металлов ниже допустимого значения. 33 Количественное определение Определяем титр по формуле: T=1×36/1000=0,036г = 36мг Провели титрование получили результат V1=15,5 Находим поправочный коэффициент: mтеор = титр * (объем средний –4,7) × 100/25 = 0,0364×(15,6– 4,7)×100/25=1.5870 mтеор=1.5870 K=1.5870/1,5870= 1 Провели еще 2 титрования, получили следующие результаты: V2=15,4 V3=15,6 Рассчитываем по формуле: %=V×K×T×100/Va×1000=15,5×1×36,46×100/1,5×1000=37,68% соответствует фармакопейной статье ФС.2.2.0034.18 %=V×K×T×100/Va×1000=15,4×1×36,46×100/1,5×1000=37,43% соответствует фармакопейной статье ФС.2.2.0034.18 %=V×K×T×100/Va×1000=15,6×1×36,46×100/1,5×1000=37,91% Не соответствует фармакопейной статье ФС.2.2.0034.18 34 1. Нейтрализация кислоты раствором натрия гидроксида: HCl + NaOH → NaCl + H2O Когда испытуемый образец добавляется к воде, затем титруется раствором NaOH, идет реакция нейтрализации кислоты (например, хлороводородной) в присутствии гидроксида натрия. Проходит образование хлорида натрия и образуется вода. 2. Индикатор метилового красного: Метиловый красный – индикатор, меняющий окраску от красной (кислотная среда) до желтой (щелочная среда) в пределах pH 4,8–6,0. Когда в раствор натрия гидроксида добавляют натрий до точки эквивалентности титрования, реакция нейтрализации завершается и меняется pH среды, что приводит к изменению цвета индикатора. Таким образом, весь процесс заключается в том, что кислотная среда испытуемого образца нейтрализуется раствором натрия гидроксида, что приводит к изменению окраски от красной до желтой при помощи индикатора метилового красного. Статистическая обработка данных Требования данной общей фармакопейной статьи распространяются на методы, используемые при статистической обработке результатов химического эксперимента. Обозначения: А - измеряемая величина; a - свободный член линейной зависимости; b - угловой коэффициент линейной зависимости; F - критерий Фишера; f - число степеней свободы; i - порядковый номер варианты; 35 L - фактор, используемый при оценке сходимости результатов параллельных определений; m, n - объемы выборки; P - доверительная вероятность соответственно при дву- и односторонней постановке задачи; Q1,Qn - контрольные критерии идентификации грубых ошибок; R - размах варьирования; r - коэффициент корреляции; s - стандартное отклонение; s2 - дисперсия; стандартное отклонение среднего результата; - относительное стандартное отклонение среднего результата (коэффициент вариации); - логарифмическое стандартное отклонение; - логарифмическая дисперсия; - логарифмическое стандартное отклонение среднего геометрического результата; - общая дисперсия и дисперсия коэффициентов линейной зависимости; t - критерий Стьюдента; U - коэффициент для расчета границ среднего результата гарантии качества анализируемого продукта; х, у - текущие координаты в уравнении линейной зависимости; Xi, Yi - вычисленные, исходя из уравнения линейной зависимости, значения переменных х и у; - средние выборки (координаты центра линейной зависимости); xi, yi - i-тая варианта (i-тая пара экспериментальных значений х и у); 36 - граничные значения доверительного интервала среднего результата; - граничные значения доверительного интервала результата отдельного определения; - разность некоторых величин; d, a - уровень значимости, степень надежности; - полуширина доверительного интервала величины; - относительная величина систематической ошибки; , - относительные ошибки соответственно результата отдельного определения и среднего результата; - истинное значение измеряемой величины; - знак суммирования (сумма); - критерий хи-квадрат. Далее проведём статистическую обработку полученных данных. x ср. = (x1+...+xn) / n = (37,91% + 37,43% + 38,16%) / 3 = 37,67% xi - xcp. 37,68 - 37,67 = 0,01 37,43 - 37,67 = -0,24 38,91 - 37,67 = 0,14 Σ(xi - x)^2 = (0,01^2 + (-0,24)^2 + 0,14^2) = 0,0773 S = √((xi - x)^2) /(n - 1) = √(0,0773/(3-1)) = 0,1965 S^2 = 0,1965^2 = 0,0386 Доверительный интервал: x cp. ± (ts)/√n t = 3,182 берем из таблицы при вероятности 0,95 и количеству измерений 3 37 37,67 ± (3,182 × 0,1965) / √3 = 37,67 ± 1,08 Значит, интервал допустимых значений: 36,59-38,75%. 38 Вывод Провели анализ концентрированной хлористоводородной кислоты. Мы рассмотрели физико-химические свойства соляной кислоты, основные пути его синтеза и основные области применения, также узнали про основных поставщиков в России. Произвели качественный анализ субстанции, проверили хлороводородную кислоту концентрированную на различных испытаниях, провели расчеты количественного анализа и выполнили статистическую обработку результатов. Исследуемое соединение показало положительные результаты по всем опытам, подтверждающим подлинность. По показателям плотности соляной кислоты незначительно ниже табличных данных. По результатам цветности и прозрачности соляная кислота концентрированная, оказалась бесцветной и прозрачной. Испытание микробиологической чистоты образца показало, что он является стерильным. На испытаниях раствора он показал отрицательный результат по следующим опытам: бромиды и йодиды, свободные бром и хлор, сульфаты, и сульфиты. На испытаниях по остатку выпаривания и тяжелые металлы результаты не превысили приведенных в фармакопейной статье значении. Количественное определение показало соответствие концентрации раствора фармакопейным требованиям. Был найден доверительный интервал при статистической обработке результатов. Анализ субстанции был проведен для проверки его соответствия фармакопейным требованиям. Результат проведенной работы: концентрированная соляная кислота соответствует всем требованиям фармакопейной статьи. 39 Список литературы 1. Государственная фармакопея 15: официальный сайт – URL:https://pharmacopoeia.regmed.ru/pharmacopoeia-projects/izdanie15/khloristovodorodnaya-kislotakontsentrirovannaya/?vers=6496&projects=Y (дата обращения: 08.05.2519.05.25) 2. Lei Huang/ Study of antiviral drug Famciclovir as a corrosion inhibitor for carbon steel in hydrochloric acid medium/ Lei Huang, Wei Liu, Jianjia Shen, Qiangqiang Liao/International Journal on the Science and Technology of Condensed Matter Films / Volume 782, Page: 140005, 1 October 2023 3. Serkan Öztürk/ Synthesis, characterization, and studies of the interfacial and anticorrosion properties of a ternary cationic ionic liquid on carbon steel in a molar concentration of hydrochloric acid: Experimental and computational insights/ Serkan Öztürk, Husnu Gerengi, Moses M. Solomon, Gökhan Gece, Ayhan Yıldırım, Lukman O. Olasunkanmi/ Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects/ Volume 681,Page: 132720, 20 January 2024 4. Heng Zhao/ Effect of molybdenum content on corrosion resistance and corrosion behavior of Ti-Mo titanium alloy in hydrochloric acid/ Heng Zhao, Longfei Xie, Chao Xin, Ning Li, Bin Zhao, Lanyun Li/ Materials Today Communications is a broad scope, multi-disciplinary, rapid-publication journal focused on sound science/ Volume: 34, Page: 10503228 March 2023 5. Химические свойства соляной кислоты и ее применение:URL:https://wika.tutoronline.ru/himiya/class/9/himicheskiesvojstva-solyanoj-kisloty-i-eyo-primenenie (дата обращения:09.05.25) 40