हाइपोक्लोरस एसिड (एचसीएलओ): संरचना, गुण, उपयोग, संश्लेषण - रसायन विज्ञान - 2025

हाइपोक्लोरस एसिड रासायनिक सूत्र HClO के साथ एक अकार्बनिक यौगिक है। यह क्लोरीन के ऑक्सोइड के कम से कम ऑक्सीकरण से मेल खाती है, क्योंकि इसमें केवल एक ऑक्सीजन परमाणु होता है। इससे वे हाइपोक्लोराइट अयन, क्लो ^- और इसके लवण को निकालते हैं, जिसका व्यापक रूप से वाणिज्यिक जल निस्संक्रामक के रूप में उपयोग किया जाता है।

HClO सबसे मजबूत ऑक्सीकरण और रोगाणुरोधी एजेंट है जो क्लोरीन गैस पानी में घुलने पर उत्पन्न होता है। इसकी एंटीसेप्टिक कार्रवाई को एक सदी से भी अधिक समय से जाना जाता है, पहले भी प्रथम विश्व युद्ध में सैनिकों के घावों को साफ करने के लिए क्लोरीन समाधान का उपयोग किया गया था।

हाइपोक्लोरस एसिड अणु एक गेंद और छड़ी मॉडल द्वारा प्रतिनिधित्व किया। स्रोत: बेन मिल्स और ज्योन्टो

इसकी खोज वास्तव में 1834 में फ्रांसीसी रसायनज्ञ एंटोनी जेराम बालार्ड द्वारा की गई थी, जिन्होंने पारा ऑक्साइड, एचजीओ के जलीय निलंबन में बुदबुदाते हुए क्लोरीन के आंशिक ऑक्सीकरण को प्राप्त किया था। तब से, यह एक निस्संक्रामक और एक एंटीवायरल एजेंट के रूप में उपयोग किया गया है।

रासायनिक रूप से बोलना, एचसीएलओ एक ऑक्सीकरण एजेंट है जो अपने क्लोरीन परमाणु को अन्य अणुओं तक छोड़ देता है; यह कहना है, इसके साथ क्लोरीन युक्त यौगिकों को संश्लेषित किया जा सकता है, नए एंटीबायोटिक दवाओं के विकास में महान प्रासंगिकता के क्लोरोएमिन हैं।

1970 के दशक में, यह पता चला कि शरीर स्वाभाविक रूप से एंजाइम मायलोपरोक्सीडेज की क्रिया के माध्यम से इस एसिड का उत्पादन करने में सक्षम है; फागोसाइटोसिस के दौरान पेरोक्साइड और क्लोराइड आयनों पर काम करने वाला एंजाइम। इस प्रकार, एक ही जीव से घुसपैठियों का यह "हत्यारा" उभर सकता है, लेकिन अपने स्वयं के कल्याण के लिए हानिरहित पैमाने पर।

संरचना

ऊपरी छवि एचसीएलओ की संरचना को दिखाती है। ध्यान दें कि सूत्र संरचना का खंडन करता है: अणु HO-Cl है न कि H-Cl-O; हालाँकि, बाद को आमतौर पर अपने अधिक ऑक्सीकृत समकक्षों के साथ सीधे तुलना करने में सक्षम होने के लिए पसंद किया जाता है: एचसीएलओ ₂, एचसीएलओ ₃ और एचसीएलओ ₄ ।

हाइपोक्लोरस एसिड की रासायनिक संरचना।

अम्लीय हाइड्रोजन, H ⁺, जो HClO द्वारा छोड़ा जाता है, क्लोरीन परमाणु से जुड़े OH समूह में स्थित है। ओएच और सीएल-ओ बांड में लंबाई में उल्लेखनीय अंतर पर भी ध्यान दें, बाद वाला क्लोरीन ऑर्बिटल्स के ओवरलैप की कम डिग्री के कारण सबसे लंबा है, जो ऑक्सीजन के साथ अधिक फैलता है।

HOCl अणु सामान्य परिस्थितियों में मुश्किल से स्थिर रह सकता है; इसे अपने जलीय घोलों से अलग नहीं किया जा सकता है और न ही इसे क्लोरीन गैस, Cl _{2 के} रूप में छोड़ा जा सकता है ।

इसलिए, हाइपोक्लोरस एसिड के निर्जल क्रिस्टल (यहां तक ​​कि इसके हाइड्रेट्स भी नहीं) हैं; और आज तक, यह भी कोई संकेत नहीं है कि उन्हें असाधारण तरीकों से तैयार किया जा सकता है। यदि वे क्रिस्टलीकृत हो सकते हैं, तो एचसीएलओ अणु एक दूसरे के साथ अपने स्थायी द्विध्रुवीय (ऑक्सीजन की ओर उन्मुख नकारात्मक चार्ज) के माध्यम से परस्पर क्रिया करेंगे।

गुण

पेट की गैस

एचसीएलओ एक मोनोप्रोटिक एसिड है; अर्थात्, आप केवल एक एच ⁺ को जलीय माध्यम को दान कर सकते हैं (जो कि जहां यह बनता है) आदि।

HClO (aq) + H ₂ O O ClO ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq) (pKa = 7.53)

इस संतुलन के समीकरण से यह देखा गया है कि H ₃ O ⁺ आयनों (माध्यमों की मौलिकता में वृद्धि) में कमी अधिक हाइपोक्लोराइट आयनों, क्लो ^- के निर्माण का पक्षधर है । नतीजतन, अगर क्लो का एक समाधान ^- अपेक्षाकृत स्थिर रखा जाना है, तो पीएच को बुनियादी होना चाहिए, जो NaOH के साथ प्राप्त किया जाता है।

इसका पृथक्करण निरंतर, पीकेए, यह संदेहजनक बनाता है कि एचसीएलओ एक कमजोर एसिड है। इसलिए, जब इसे संकेंद्रित किया जाता है, तो आपको एच ₃ ओ ⁺ आयनों के बारे में इतनी चिंता नहीं करनी चाहिए, लेकिन एचसीएलओ के बारे में (इसकी उच्च प्रतिक्रियाशीलता और इसकी संक्षारकता के कारण नहीं)।

ऑक्सीकरण एजेंट

यह उल्लेख किया गया था कि एचसीएलओ में क्लोरीन परमाणु में ऑक्सीकरण संख्या +1 है। इसका मतलब यह है कि इसके ग्राउंड स्टेट (Cl ⁰) पर लौटने के लिए और Cl ₂ अणु बनाने में सक्षम होने के लिए एकल इलेक्ट्रॉन के लाभ की आवश्यकता है । नतीजतन, HClO को Cl ₂ और H ₂ O तक कम कर दिया जाएगा, उसी Cl ₂ या ClO की तुलना में अन्य प्रजातियों को अधिक तेजी से ऑक्सीकरण किया जाएगा: ^-

2HClO (aq) + 2H ⁺ + 2e ^- (Cl ₂ (g) + 2H ₂ O (l)

यह प्रतिक्रिया हमें पहले ही यह देखने की अनुमति देती है कि HClO अपने जलीय घोलों में कितना स्थिर है।

इसकी ऑक्सीकरण शक्ति को न केवल Cl ₂ के गठन से मापा जाता है, बल्कि इसकी क्लोरीन परमाणु को छोड़ने की क्षमता से भी। उदाहरण के लिए, यह क्लोरोइमाइंस का उत्पादन करने के लिए नाइट्रोजन प्रजातियों (अमोनिया और नाइट्रोजनस बेस सहित) के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है:

एचसीएलओ + एनएच → एन-सीएल + एच ₂ ओ

ध्यान दें कि एक एनएच बांड टूट गया है, अधिकांश भाग के लिए एक अमीनो समूह (-एनएच ₂) का, और एक एन-क्ल द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है। हाइड्रॉक्सिल समूहों के ओएच बांड के साथ भी ऐसा ही होता है:

HClO + OH → O-Cl + H ₂ O

ये प्रतिक्रियाएं महत्वपूर्ण हैं और एचसीएलओ के कीटाणुनाशक और जीवाणुरोधी कार्रवाई की व्याख्या करती हैं।

स्थिरता

HClO लगभग हर जगह अस्थिर है जो आप इसे देखते हैं। उदाहरण के लिए, हाइपोक्लोराइट आयन -1 और +5 के ऑक्सीकरण संख्या के साथ क्लोरीन प्रजातियों में अनुपातहीन है, एचसीएलओ (एच ⁺ सीएल ⁺ ओ ^2-) में +1 से अधिक स्थिर है:

3ClO ^- (aq) Cl 2Cl ^- (aq) + क्लो ₃ ^- (aq)

यह प्रतिक्रिया फिर से एचसीएलओ के गायब होने की दिशा में संतुलन को बदल देगी। इसी तरह, HClO पानी और क्लोरीन गैस के साथ एक समानांतर संतुलन में सीधे भाग लेता है:

Cl ₂ (g) + H ₂ O (l) (HClO (aq) + H ⁺ (aq) + Cl ^- (aq)

इसीलिए इसे केंद्रित करने (या इसे अलग करने) के लिए एक एचसीएलओ घोल को गर्म करने की कोशिश करने से सीएल ₂ का उत्पादन होता है, जिसे पीली गैस के रूप में पहचाना जाता है। इसी तरह, ये समाधान न तो बहुत लंबे समय तक प्रकाश के संपर्क में आ सकते हैं, न ही धातु के आक्साइड की उपस्थिति के कारण, क्योंकि वे Cl _{2 का} विघटन करते हैं (HClO और भी अधिक गायब हो जाता है):

2Cl ₂ + 2H ₂ O → 4HCl + O ₂

HCl अधिक क्ल ₂ उत्पन्न करने के लिए HClO के साथ प्रतिक्रिया करता है:

HClO + HCl → Cl ₂ + H ₂ O

और इसी तरह जब तक कोई और HClO न हो।

संश्लेषण

पानी और क्लोरीन

हाइपोक्लोरस एसिड को तैयार करने या संश्लेषित करने के तरीकों में से एक को पहले से ही स्पष्ट रूप से समझाया गया है: पानी में क्लोरीन गैस को भंग करके। इसी तरह की एक और विधि में पानी में इस एसिड के एनहाइड्राइड को भंग करने में शामिल हैं: डाइक्लोरो मोनोऑक्साइड, Cl ₂ O:

Cl ₂ O (g) + H ₂ O (l) Cl 2HClO (aq)

फिर से शुद्ध एचसीएलओ को अलग करने का कोई तरीका नहीं है, क्योंकि पानी को वाष्पित करने से पानी ₂ से बाहर निकलने वाली गैस, Cl ₂ O के गठन के लिए संतुलन को बदल देगा।

दूसरी ओर, पारा ऑक्साइड, एचजीओ का उपयोग करके एचसीएलओ (20%) के अधिक केंद्रित समाधान तैयार करना संभव हो गया है। ऐसा करने के लिए, क्लोरीन को केवल हिमांक पर पानी की मात्रा में भंग किया जाता है, ऐसे में क्लोरीनयुक्त बर्फ प्राप्त की जाती है। फिर इसी बर्फ को हिलाया जाता है, और पिघलते ही यह HgO के साथ मिल जाती है:

2Cl ₂ + HgO + 12H ₂ O → 2HClO + HgCl ₂ + 11H ₂ O

20% HClO समाधान अंततः वैक्यूम के तहत आसुत हो सकता है।

इलेक्ट्रोलीज़

हाइपोक्लोरस एसिड समाधान तैयार करने का एक सरल और सुरक्षित तरीका है कि क्लोरीन के बजाय कच्चे माल के रूप में ब्राइन का उपयोग किया जाए। ब्राइन क्लोराइड आयनों में समृद्ध होते हैं, Cl ^-, जो इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया के माध्यम से Cl _{2 में} ऑक्सीकृत हो सकते हैं:

2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^-

2Cl ^- Cl 2e ^- + Cl ₂

एनोड पर ये दो प्रतिक्रियाएं होती हैं, जहां क्लोरीन का उत्पादन होता है जो तुरंत एचसीएलओ को जन्म देने के लिए घुल जाता है; कैथोड डिब्बे में रहते हुए पानी कम हो जाता है:

2H ₂ O + 2e ^- → 2OH ^- + H ₂

इस तरह, HClO को वाणिज्यिक से औद्योगिक पैमाने पर संश्लेषित किया जा सकता है; और ब्राइन से प्राप्त ये समाधान वास्तव में इस एसिड के व्यावसायिक रूप से उपलब्ध उत्पाद हैं।

अनुप्रयोग

सामान्य विशेषताएं

HClO का उपयोग ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में अल्कोहल को केटोन्स में ऑक्सीकरण करने के लिए किया जा सकता है, और क्लोरोआमाइन, क्लोरोएमाइड्स या क्लोरोहाइड्रिन्स (एल्केनों से शुरू) को संश्लेषित करने के लिए।

हालांकि, इसके सभी अन्य उपयोगों को एक शब्द में शामिल किया जा सकता है: बायोकाइड। यह कवक, बैक्टीरिया, वायरस और रोगजनकों द्वारा जारी विषाक्त पदार्थों के एक न्यूट्रलाइज़र का हत्यारा है।

हमारे शरीर की प्रतिरक्षा प्रणाली एंजाइम myeloperoxidase की कार्रवाई द्वारा अपने स्वयं के एचसीएलओ को संश्लेषित करती है, जिससे संक्रमण का कारण बनने वाले घुसपैठियों को नष्ट करने के लिए सफेद रक्त कोशिकाओं की मदद होती है।

अनगिनत अध्ययन जैविक मैट्रिक्स पर एचसीएलओ की कार्रवाई के विभिन्न तंत्रों का सुझाव देते हैं। यह अपने क्लोरीन परमाणु को कुछ प्रोटीनों के अमीनो समूहों को दान करता है, और उनके एसएच समूहों को एसएस डाइसल्फ़ाइड पुलों के लिए ऑक्सीकरण करता है, जिसके परिणामस्वरूप उनका विकृतीकरण होता है।

इसी तरह, यह नाइट्रोजन के आधारों के साथ प्रतिक्रिया करके डीएनए प्रतिकृति को रोकता है, यह ग्लूकोज के पूर्ण ऑक्सीकरण को प्रभावित करता है, और यह कोशिका झिल्ली को विकृत भी कर सकता है। इन सभी क्रियाओं के कारण रोगाणु मर जाते हैं।

कीटाणुशोधन और सफाई

यही कारण है कि HClO समाधान अंत में इस्तेमाल किया जा रहा है:

-संक्रामक और गैंग्रीन के घावों का उपचार

-डिजाइन पानी की आपूर्ति

सर्जिकल सामग्री, या पशु चिकित्सा, चिकित्सा और दंत चिकित्सा में उपयोग किए जाने वाले उपकरण के लिए एजेंट को बदलना

-किसी भी प्रकार की सतह या वस्तु का सामान्य तौर पर डिनफेक्टेंट: बार, हैंड्रिल, कॉफी मशीन, सिरेमिक, ग्लास टेबल, प्रयोगशाला काउंटर, आदि।

कम आक्रामक एंटीबायोटिक दवाओं के रूप में काम करने वाले क्लोरोआमाइन को संश्लेषित करें, लेकिन एक ही समय में एचसीएलओ की तुलना में अधिक टिकाऊ, विशिष्ट और स्थिर

जोखिम

एचसीएलओ समाधान खतरनाक हो सकते हैं यदि वे अत्यधिक केंद्रित हैं, क्योंकि वे ऑक्सीकरण के लिए प्रवण प्रजातियों के साथ हिंसक प्रतिक्रिया कर सकते हैं। इसके अलावा, वे अस्थिर होने पर गैसीय क्लोरीन जारी करते हैं, इसलिए उन्हें एक कठोर सुरक्षा प्रोटोकॉल के तहत संग्रहीत किया जाना चाहिए।

HClO कीटाणुओं के प्रति इतनी प्रतिक्रियाशील है कि जहां इसे पानी पिलाया जाता है, वह तुरंत गायब हो जाता है, जो बाद में उन लोगों के लिए जोखिम पैदा करता है, जो इसके द्वारा इलाज की गई सतहों को छूते हैं। जीव के अंदर भी ऐसा ही होता है: यह जल्दी से विघटित हो जाता है, या जैविक वातावरण में किसी भी प्रजाति द्वारा बेअसर हो जाता है।

जब शरीर द्वारा ही उत्पन्न होता है, तो यह माना जाता है कि यह एचसीएलओ की कम सांद्रता को सहन कर सकता है। हालांकि, अगर यह अत्यधिक केंद्रित है (सिंथेटिक प्रयोजनों और कीटाणुनाशक के लिए उपयोग किया जाता है), तो स्वस्थ कोशिकाओं (उदाहरण के लिए, त्वचा) पर भी हमला करके अवांछनीय प्रभाव हो सकता है।

संदर्भ

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