हाइपोक्लोरस तेज़ाब का रसायनशास्त्र

रसायनशास्त्र  

हाइपोक्लोरस तेज़ाब  

आई यू पी एसी नाम  : हाइपोक्लोरस तेज़ाब,  
अन्य नाम  : हाइड्रोजन हाइपोक्लोराइट, क्लोरीन हाइड्रॉक्साइड, इलेक्ट्रोलाइज्ड पानी, इलेक्ट्रोलाइज्ड ऑक्सीडाइजिंग पानी, विद्युत्-सक्रिय जल 
सी ए ऐस नम्बर : 7790-92-3
मोलर मास  : 52.46 g/mol
मॉलिक्यूलर फार्मूला : HOCl
रूप : रंगहीन जलयुक्त घोल 
पानी में घुलनशीलता : घुलनशील  
तीक्ष्णता  : 7.53

इलेक्ट्रोलिसिस 

रसायन विज्ञान में और उत्पादन में, इलेक्ट्रोलिसिस एक ऐसी तकनीक है जो गैर-स्वचालित रासायनिक प्रतिक्रिया को चलाने के लिए अन्यथा सीधे विद्युत प्रवाह (डी सी) का उपयोग करती है।  प्राकृतिक रूप से होने वाले स्रोतों से तत्वों को अलग करने में एक चरण के रूप में इलेक्ट्रोलिसिस वाणिज्यिक रूप से काफी महत्वपूर्ण है।  हाइपोक्लोरस तेज़ाब को बनाने के लिए सोडियम क्लोराइड (NaCl) और पानी (H 2 O) के इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग किया जा सकता है। इलेक्ट्रोलिसिस तकनीक को पहली बार माइकल फैराडे द्वारा समझाया गया था जब उन्होंने 1830 के दशक में इलेक्ट्रोलिसिस के कानून विकसित किए थे। एक नमक ब्राइन घोल में दो इलेक्ट्रोड में विद्युत प्रवाह का संचालन करने से क्लोरीन गैस का उत्पादन हो सकता है । सोडियम हाइपोक्लोराइट (ब्लीच या NaOCl), हाइपोक्लोरस तेज़ाब सोडियम, हाइड्रॉक्साइड, हाइड्रोजन गैस, ओजोन, और अन्य अपरिपक्व ऑक्सीडेंट के लक्षण। 

इलेक्ट्रोलिसिस की मुख्य प्रक्रिया बाहरी सर्किट से इलेक्ट्रॉनों को हटाने या जोड़ने के द्वारा परमाणुओं और आयनों का आदान-प्रदान है। इलेक्ट्रोलाइट में डूबे हुए इलेक्ट्रोड की एक जोड़ी में एक विद्युत तनाव लागू होता है। प्रत्येक इलेक्ट्रोड उन आयनो को आकर्षित करते हैं जो विपरीत चार्ज के होते हैं। सकारात्मक रूप से चार्ज आयन (कैटायन) इलेक्ट्रॉन-प्रदान करने वाले (नकारात्मक) कैथोड की तरफ बढ़ते हैं। नकारात्मक रूप से चार्ज आयन ( एनायन ) इलेक्ट्रॉन निकालने वाले (सकारात्मक) एनोड की तरफ बढ़ते हैं। रसायन शास्त्र में, इलेक्ट्रॉन के कम होने को ऑक्सीकरण कहा जाता है, जबकि इलेक्ट्रॉन के बढ़ने को न्यूनीकरण कहा जाता है। 

उदाहरण के लिए, हाइप्रोक्लोरस तेज़ाब बनाने में पहला कदम हाइड्रोजन और क्लोरीन का उत्पादन करने के लिए नमक पानी की ब्राइन का इलेक्ट्रोलिसिस होता है, परिणाम स्वरुप निकलने वाले उत्पाद गैसीय हैं। इलेक्ट्रोलाइट से ये गैसीय उत्पाद बुलबुले के रूप में निकलते हैं और एकत्र किए जाते हैं। 

2 NaCl(s) + 2 H20(l) → 2 NaOH(aq) + H2(g) + Cl2(g)

मेम्ब्रेन सेल तकनीक 

आयन एक्सचेंज मेम्ब्रेन एक पॉलीमर से बना है जो केवल सकारात्मक आयनों को पार करने की अनुमति देता है। इसका मतलब है कि सोडियम क्लोराइड घोल से केवल सोडियम आयन मेम्ब्रेन के माध्यम से गुज़र सकते हैं, न कि क्लोराइड आयन। इसका फायदा यह है कि दाएं हाथ के कम्पार्टमेंट में जो सोडियम हाइड्रोक्साइड घोल बन रहा है वो किसी भी सोडियम क्लोराइड घोल से दूषित नहीं होता है। इस्तेमाल किया जाने वाला सोडियम क्लोराइड घोल शुद्ध होना चाहिए। यदि इसमें कोई अन्य धातु का आयन होता है, तो यह मेम्ब्रेन से भी गुज़रता है और सोडियम हाइड्रॉक्साइड घोल को दूषित करता है। 

हाइड्रोजन कैथोड पर उत्पन्न होता है :
2H+(aq) + 2e- → H2(g)

सोडियम हाइड्रॉक्साइड कैथोड पर उत्पन्न होता है :
Na+(aq) + OH-(aq) → NaOH(aq)

क्लोरीन एनोड पर उत्पन्न होता है :
2Cl-(aq) - 2e- → Cl2(g)

रासायनिक प्रतिक्रिया के कारण यह कुछ ऑक्सीजन से दूषित होता है। :
4OH-(aq) - 4e- → 2H2O(l) + O2(g)

पानी में क्लोरीन का जुड़ना हाइड्रोक्लोरिक तेज़ाब (HCL) और हाइपोक्लोरस तेज़ाब (HOCL) दोनों देता है । :
Cl2(g) + H2O ⇌ HOCl(aq) + HCl(aq)
Cl2(g) + 4 OH− ⇌ 2 ClO-(aq) + 2 H2O(l) + 2 e−
Cl2(g) + 2 e− ⇌ 2 Cl-(aq)

pH जलीय घोल में मौजूद मुक्त क्लोरीन के प्रकार को निर्देशित करता है। 5-6 के बीच pH में, क्लोरीन वर्ग लगभग 100% हाइपोक्लोरस एसिड (HOCL) है। जैसे ही pH 5 से नीचे गिरता है, यह Cl 2 (क्लोरीन गैस) में परिवर्तित होना शुरू हो जाता है। 6 के pH से ऊपर, यह हाइपोक्लोराइट आयन (OCL-) में परिवर्तित होना शुरू हो जाता है। 

मुक्त क्लोरीन "हाइपोक्लोरस तेज़ाब एक कमजोर तेज़ाब (लगभग 7.5 का है, जिसका अर्थ है कि यह थोड़ा हाइड्रोजन और थोड़ा हाइपोक्लोराइट आयनों में अलग हो जाता है जैसा की  : HOCl ⇌ H+ + OCl-

समीकरण में उल्लेखित है:  

जैसा की HOCL के जीवाणुनाशक प्रभाव OCL की तुलना में काफी अधिक हैं- निचले pH स्तर पर क्लोरिनेशन को प्राथमिकता दी जाती है। हाइपोक्लोरस तेज़ाब (HOCL) की कीटाणुनाशक क्षमता हाइपोक्लोराइट आयन (OCL-) की तुलना में काफी अधिक है। HOCL और OCL- के बीच क्लोरीन के वर्गों का विस्तार pH द्वारा निर्धारित किया गया है, जैसा कि ऊपर बताया गया है। 

क्योंकि HOCL कम पीएच पर हावी होता है, क्लोरिनेशन कम pH पर अधिक प्रभावी कीटाणुशोधन प्रदान करता है। उच्च pH के स्तर पर, OCL- हावी हो जाता है, जो कीटाणुशोधन दक्षता में कमी का कारण बनता है। 

बैक्टीरिया निष्क्रियकरण 

बैक्टीरिया को निष्क्रिय करने के लिए क्लोरीन एक बेहद प्रभावशाली कीटाणुनाशक है। 1940 के दशक के दौरान किए गए एक अध्ययन में ई कोलाई, स्यूडोमोनास एरुजिनोसा, साल्मोनेला टाइफी, और शिगेला डिसेन्टेरिया के लिए निष्क्रियता स्तर को समय के मापदंड के रूप में जांचा गया।  (Butterfield et al., 1943). अध्ययन के नतीजे दर्शाते हैं कि इन बैक्टीरिया को निष्क्रिय करने के लिए (OCL-) की तुलना में HOCL ज़्यादा प्रभावशाली है। इन परिणामों की कई शोधकर्ताओं द्वारा पुष्टि की जा चुकी जिससे यह निष्कर्ष निकाला गया कि बैक्टीरिया को निष्क्रिय करने के लिए (OCL-) की तुलना में HOCL 70 से 80 गुना अधिक प्रभावी है।  (Culp/Wesner/Culp, 1986). 1986 से, (OCL-) पर HOCL की श्रेष्ठता को साबित करने वाले ऐसे कई प्रकाशन निकल छप चुके हैं। (अनुसंधान डेटाबेस पर जाएं ).

क्लोरीन गैस या हाइपोक्लोराइट के बजाय निकटतम तटस्थ pH पर हाइपोक्लोरस तेज़ाब तैयार करना और स्थिर रूप में ऐसा करना यह सबसे बड़ी चुनौती है। हाइपोक्लोरस तेज़ाब एक मेटा-स्थिर अणु है। यह वापस नमक के पानी में जाना चाहता है या हाइपोक्लोराइट में परिवर्तित होना चाहता है। 

एकल सेल तकनीक  

एकल सेल तकनीक का विकास सबसे बड़ी उपलब्ब्धियों में से एक रहा है जहाँ मुक्त क्लोरीन की एक धारा बिना सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NAOH) के उपजात के रूप में उत्पन्न होती है। इस तकनीक ने हाइपोक्लोरस तेज़ाब के अधिक स्थिर और विभिन्न घोल के विकास को जन्म दिया है और उत्पन्न हुए मुक्त क्लोरीन के pH पर अधिक नियंत्रण रखने में सक्षमता हासिल की है। चूंकि पानी का pH दुनिया भर में अपने स्रोत के आधार पर अलग है, ब्राइन के pH को बदलने से pH 5 और 7 के बीच एक मुक्त क्लोरीन घोल उत्पन्न करने में अधिक नियंत्रण और स्थिरता मिलती है, जो की हाइपोक्लोरस तेज़ाब (HOCL) द्वारा दवाब बनाये रखता है। 

एनोड प्रतिक्रिया :
2Cl-(l) → Cl2(g) + 2e-

कैथोड प्रतिक्रिया :
2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH- (aq)

मुक्त क्लोरीन उत्पादन :
Cl2 (g) + H2O → HOCl + HCl
Cl2 (g) + 2OH-(aq) → OCl- (aq) + Cl-(aq) + H2O(l)