Chimica
Acido Ipocloroso
IUPAC Nome : Acido ipocloroso, acido clorico (I), cloranolo, idrossidoclorina
Altri Nomi : Idroclorito di idrogeno, idrossido di cloro, acqua elettrolizzata, acqua ossidata elettrolizzata, acqua elettro-attivata
Numero CAS : 7790-92-3
Massa Molare : 52.46 g/mol
Formula molecolare : HOCl
Aspetto : Soluzione Acquosa incolore
Solubilità in acqua : Solubile
Acidità : 7.53
Elettrolisi
In chimica e in manifattura, l'elettrolisi è una tecnica che utilizza una corrente elettrica diretta (DC) per generare una reazione chimica altrimenti non spontanea. L'elettrolisi è commercialmente importante come fase nella separazione di elementi da fonti naturali. L'elettrolisi del cloruro di sodio (NaCl) e dell'acqua (H2O) può essere utilizzata per generare acido ipocloroso. La tecnologia dell'elettrolisi fu spiegata per la prima volta da Michael Farraday quando sviluppò le Leggi sull'Elettrolisi nel milleottocentotrenta. La conduzione della corrente elettrica attraverso due elettrodi in una soluzione salina può produrre gas di cloro, ipoclorito di sodio (candeggina o NaOCl), acido ipocloroso, sodio idrossido, gas idrogeno, ozono e tracce di altri ossidanti nascenti.
Il processo chiave dell'elettrolisi è l'interscambio di atomi e ioni mediante la rimozione o l'aggiunta di elettroni dal circuito esterno. Un potenziale elettrico viene applicato attraverso una coppia di elettrodi immersi nell'elettrolita. Ogni elettrodo attrae ioni di carica opposta. Gli ioni positivi (cationi) si spostano verso il catodo che fornisce l'elettrone (negativo). Gli ioni negativi (anioni) si muovono verso l'anodo (positivo) che estrae l'elettrone. In chimica, la perdita di elettroni è chiamata ossidazione, mentre l'aumento di elettroni è chiamato riduzione.
Ad esempio, il primo passaggio nella produzione di acido ipocloroso è l'elettrolisi di una salamoia di acqua salata per produrre idrogeno e cloro, i prodotti sono gassosi. Questi prodotti gassosi fuoriescono dall'elettrolita e vengono raccolti.
2 NaCl(s) + 2 H20(l) → 2 NaOH(aq) + H2(g) + Cl2(g)
Tecnologia a membrana cellulare
La membrana a scambio ionico è costituita da un polimero che consente solo agli ioni positivi di attraversarlo. Ciò significa che solo gli ioni di sodio provenienti dalla soluzione di cloruro di sodio possono passare attraverso la membrana e non gli ioni di cloro. Il vantaggio di ciò è che la soluzione di idrossido di sodio che si forma nel compartimento di destra non viene mai contaminata da alcuna soluzione di cloruro di sodio. La soluzione di cloruro di sodio utilizzata deve essere pura. Se contenesse altri ioni metallici, anche questi passerebbero attraverso la membrana e quindi contaminerebbero la soluzione di idrossido di sodio.
L'idrogeno è prodotto al catodo :
2H+(aq) + 2e- → H2(g)
L'idrossido di sodio è prodotto al catodo :
Na+(aq) + OH-(aq) → NaOH(aq)
Il cloro è prodotto nell'anodo :
2Cl-(aq) - 2e- → Cl2(g)
A causa della reazione è contaminato con dell'ossigeno :
4OH-(aq) - 4e- → 2H2O(l) + O2(g)
L'aggiunta di cloro all' acqua fornisce sia acido cloridrico (HCl) che acido ipocloroso (HOCl) :
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)
Il pH determina le specie di cloro libero presenti in soluzioni acquose. Ad un pH compreso tra 5-6, la specie di cloro è acido ipocloroso (HOCl)quasi al 100%. Quando il pH scende sotto 5, inizia a convertirsi in Cl2 (gas di cloro). Sopra un pH di 6, inizia a convertirsi nello ione ipoclorito (OCl-).
L'acido ipocloroso è un acido debole (pKa di circa 7,5), il che significa che si dissocia leggermente in ioni di idrogeno e ipoclorito come indicato nell'equazione: " : HOCl ⇌ H+ + OCl-
Tra un pH di 6.5 e 8.5 questa dissociazione è incompleta e sia le specie HOCl che quelle OCl sono presenti in una certa misura. Sotto un pH di 6,5, non si verifica dissociazione di HOCl, mentre al di sopra di un pH di 8,5, si verifica una dissociazione completa a OCl-.
Poiché gli effetti germicidi di HOCl sono molto più alti di quelli di OCl-, si preferisce la clorurazione a pH inferiore. L'efficienza germicida dell'acido ipocloroso (HOCl) è molto più alta di quella dello ione ipoclorito (OCl-). La distribuzione delle specie di cloro tra HOCl e OCl- è determinata dal pH, come discusso sopra.
Poiché HOCl domina a pH basso, la clorurazione fornisce una disinfezione più efficace a basso pH. A pH elevato, l' OCl- è dominante, provocando una diminuzione dell'efficienza di disinfezione.
Inattivazione dei batteri
Il cloro è un disinfettante estremamente efficace per l'inattivazione dei batteri. Una ricerca condotta negli anni '40 ha studiato i livelli di inattivazione come funzione del tempo per E. coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhi e Shigella dysenteriae (Butterfield et al., 1943). I risultati dello studio hanno indicato che per disattivare questi batteri HOCl è più efficace di OCl- Questi risultati sono stati confermati da diversi ricercatori che hanno concluso che HOCl è 70-80 volte più efficace di OCl- per inattivare i batteri. (Culp/Wesner/Culp, 1986). Dal 1986 ci sono state centinaia di pubblicazioni che confermano la superiorità di HOCl rispetto all'OCL- (visita il database di ricerca ).
La sfida più grande è stata quella di creare acido ipocloroso a pH quasi neutro anziché cloro gassoso o ipoclorito e crearli in una forma stabile. L'acido ipocloroso è una molecola meta-stabile. Vuole tornare allo stato di acqua salata o convertirsi in ipoclorito.
Tecnologia unicellulare
Uno dei più grandi progressi è stato lo sviluppo della tecnologia a unicellulare in cui viene generato un singolo flusso di cloro libero senza un sottoprodotto di idrossido di sodio (NaOH). Questa tecnologia ha portato allo sviluppo di soluzioni di acido ipocloroso più stabili e ha permesso un maggiore controllo sul pH del cloro libero prodotto. Poiché in tutto il mondo il pH dell'acqua è diverso a seconda della sua fonte, alterando il pH della salamoia si ottiene un maggiore controllo e consistenza nel generare una soluzione di cloro libero tra pH 5 e 7 dominata dall'acido glico-glaciale (HOCl).
Reazione anodica :
2Cl-(l) → Cl2(g) + 2e-
Reazione catodica :
2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH- (aq)
Generazione di cloro libero :
Cl2 (g) + H2O → HOCl + HCl
Cl2 (g) + 2OH-(aq) → OCl- (aq) + Cl-(aq) + H2O(l)
