Kimika
Hypochlorous Acid
IUPAC Name : Hypochlorous acid, chloric(I) acid, chloranol, hydroxidochlorine
Iba pang pangalan : Hydrogen hypochlorite, chlorine hydroxide, electrolyzed water, electrolyzed oxidizing water, electro-activated water
CAS Number : 7790-92-3
Molar Mass : 52.46 g/mol
Molecular Formula : HOCl
Hitsura : Walang kulay na solusyon ng tubig
Solubility in water : Natutunaw
Acidity : 7.53
Electrolysis
Sa kemika at mga pagawaan, electrolysis ang tawag kung saan ginagamit ang elektrisidad para magpagana ng isang chemical reaction. Ang electrolysis ay importante sa paghihiwalay nga mga elements mula sa mga natural na pinagmulan nito. Ang electrolysis ng asin (NaCl) at tubig (H2O) ay ginagamit sa paggawa ng hypochlorous acid. Ang teknolohiya ng electrolysis ay unang ipinaliwanag ni Michael Faraday noong ginawa niya ang Laws of Electrolysis noong 1830s. Ang paglagay ng kuryente sa dalawang electrodes sa salt brine solution ay maaring bumuo nga chlorine gas. sodium hypochlorite (bleach or NaOCl), hypochlorous acid, sodium hydroxide, hydrogen gas, ozone, and traces of other nascent oxidants.
Ang pinakasusi sa proseso ng electrolysis ay ang pagpapalitan ng atoms at ions sa pamamagitan ng pag-alis o pagdagdag ng ng electrons mula sa external circuit. Ina-apply ang electric potential sa pares ng electrodes na nakalagy sa electrolytes. Ang bawat electrode ay umaakit ng ions na may ibang charge. Ang positive charged ions (cations) ay pumupunta sa electron-providing (negative) cathode. Ang negative charged ions (anions) ay pumupunta sa electron-extracting (positive) cathode. Sa chemistry, ang pagkawala ng electrons ay tinatawag na oxidation samantalang ang pagdagdag ng electrons ay tinatawag na reduction.
Halimbawa, ang unang hakbang sa paggawa ng hypochlorous acid ay ang electrolysis ng tubig-asin para bumuo ng hydrogen at chlorine, ang mga produkto ay parang hangin. Ang mga produktong hangin ay bumubula sa electrolyte at kinokolekta.
2 NaCl(s) + 2 H20(l) → 2 NaOH(aq) + H2(g) + Cl2(g)
Membrane Cell Technology
Ang ion exchange membrane ay gawa sa polymer na hinahayaang makapasok ang mga positive ions. Ibig sabihin nito ay mga sodium ions lang ang nakakapasok sa membrane sa sodium chloride solution at hindi ang chloride ions. Ang mabuti dito ay ang sodium hydroxide na nabubuo sa kanang compartment ay hindi mahahawaan ng sodium chloride solution. Ang ginagamit na sodium chloride solution ay dapat puro. Kung may halong ibang metal ions ito, maaring pumasok rin ito sa membrane at mahahawaan ang sodium hydroxide solution.
Ang hydrogen ay nabubuo sa cathode. :
2H+(aq) + 2e- → H2(g)
Ang sopdium hydroxide ay nabubuo sa cathode. :
Na+(aq) + OH-(aq) → NaOH(aq)
Ang chlorine ay nabubuo sa anode. :
2Cl-(aq) - 2e- → Cl2(g)
Nahahawaan ito ng oxygen dahil sa reaksyon. :
4OH-(aq) - 4e- → 2H2O(l) + O2(g)
Ang pagdagdag ng chlorine sa tubig ay bumubuo ng hydrochloric acid at hypochlorous acid. :
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)
Ang pH ang nagdidikta ng free chlorine species sa solusyon. Kung ang pH ay sa pagitan ng 5-6, ang chlorine species ay 100% hypochlorous acid. Habang bumababa ang pH, nagsisimulang bumuo ang chlorine gas. Kung ito ay mas mataas sa 6, bumubuo naman ang hypochlorite ion.
Hypochlorous acid ay weak acid (pKa = 7.5), ibig sabihin, ito ay nag didisociat sa hydrogen at hypochlorite ions. : HOCl ⇌ H+ + OCl-
Sa pH na 6.5-8.5, ang dissociation ay hindi kumpleto at ang HOCl at Ocl ions ay nasa solusyon. Kung mababa sa 6.5, kumpleto ang dissociation sa HOCl at kung mataas sa 8.5, ang dissociation ay bumubuo ng Ocl.
Dahil ang pagpatay ng mikrobyo ay mas mabisa sa mas mababang pH, mas mainam na mas mataas ang HOCl kaysa Ocl. Ang pagpatay ng mikrobyo ng hypochlorous acid ay mas mabisa kumpara sa hypochlorite ion. Ang distribusyon ng chlorine species sa pagitan ng HOCl at Ocl ay malalaman dahil sa pH.
Dahil ang Hocl ay mas madami sa mababang pH, ang chlorination ay mas mabisa sa mababang pH. Kung mataas ang pH, mas madami ang Ocl, mas hindi mabisa ang disinfection.
Bacteria Inactivation
Ang chlorine ay mabisang disinfectant sa pagppatay ng bakterya. May pananliksik na ginawa noong 1940s sa inactivation levels ng E. coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhi, and Shigella dysenteriae (Butterfield et al., 1943). Ang resulta nito ay nagpapahayag na mas epektibo ang HOCl kaysa sa Ocl sa pagpatay ng mga bakterya. Kinumpirma rin ng mga eksperto ang resultang ito na mas mabisa ng 70-80 times ang HOCl kaysa sa Ocl. (Culp/Wesner/Culp, 1986). Mula 1986, may mga pananaliksik na naipublish na kumukumpirma sa Hocl. (visit research database ).
Ang malaking hamon ay ang paggawa ng hypochlorous acid sa neutral na pH at maging stable. An hypochlorous acid ay meta-stable molecule. Mas gusto nitong bumalik sa asin na solution atmaging hypochlorite.
Single Cell Technology
Isa sa mga progreso ay ang paggamit ng single cell technlogy kung saan ang isang stream ng free-chlorine ay nabubuo ng walang sodium hydroxide. Ang teknolohiyang ito ay bumuo ng mas stable na solusyon ng hypochlorous acid at nabigyan ng paraan ang pagkontrol ng pH na nabubuo dahil sa free chlorine. Dahil ang water pH ay iba base sa pinagmulan nito sa buong mundo. Ang pagkontrol ng pH ay nagbibigay ng mas stable na pagbuo ng free chlorine solusyon sa pagitan ng pH 5-7 na mas madaming hypochlorous acid.
Anode reaction :
2Cl-(l) → Cl2(g) + 2e-
Cathode reaction :
2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH- (aq)
Free Chlorine Generation :
Cl2 (g) + H2O → HOCl + HCl
Cl2 (g) + 2OH-(aq) → OCl- (aq) + Cl-(aq) + H2O(l)
