اولین تولید آب ژاول در اواخر قرن 18 در فرانسه

مقدمه

هیپوکلریت سدیم که به طور عمومی با نام سفیدکننده یا آب ژاول شناخته می شود، برای نخستین بار در اواخر قرن هجدهم در فرانسه تولید شد و سرآغاز پیدایش عوامل سفیدکننده مدرن را رقم زد. این دستاورد که تحت هدایت شیمیدان فرانسوی کلود لوئی برتوله در پاریس انجام گرفت، صنعت نساجی را متحول کرد؛ چرا که مدت زمان لازم برای سفید کردن پارچه ها را به شکل چشمگیری کاهش داد. این محلول سفیدکننده اولیه که با نام آب ژاول شناخته می شد، تاثیری فراتر از صنعت نساجی داشت و راه را برای کاربرد گسترده ضد عفونی کننده ها و پاک کننده های شیمیایی هموار کرد. در عصر حاضر، خرید آب ژاول زرین الماس کیمیا قم بشکه 220 لیتری به‌ عنوان یکی از محصولات پرمصرف صنعتی و بهداشتی نقش مهمی در تأمین نیاز کارخانه‌ ها، مراکز درمانی و تأسیسات تصفیه آب ایفا می‌ کند. در این مقاله به بررسی منشأ تولید هیپوکلریت سدیم، زمینه تاریخی و مبانی شیمیایی آن و سیر تکاملش از یک کنجکاوی علمی در قرن هجدهم تا تبدیل شدن به یکی از ضروریات زندگی مدرن می پردازیم و همچنین به رویدادهای مهم، کاربردها و ملاحظات ایمنی مرتبط با آن اشاره می کنیم.

روش های اولیه سفید کردن پارچه قبل از اختراع مواد سفیدکننده شیمیایی

پیش از ظهور سفیدکننده های شیمیایی، مردم برای سفید کردن پارچه ها به فرآیندهایی بسیار کند و زمان بر متکی بودند. پارچه های کتانی و نخی کاملا سفید بسیار ارزشمند بودند، اما رسیدن به آن درجه سفیدی مستلزم صبر و کار فراوان بود. روش های سنتی سفید کردن شامل خیساندن پارچه در محلول های قلیایی مانند آب قلیا یا ادرار تخمیر شده و سپس پهن کردن آن روی چمن در معرض نور خورشید برای چند هفته یا حتی چند ماه بود (روشی که چمن کردن نام داشت). غالبا پارچه ها تحت تیمار متناوب در حمام های قلیایی (مانند محلول قلیایی حاصل از خاکستر چوب) و سپس شستشوهای اسیدی (با استفاده از شیر ترش یا بعدها اسید سولفوریک رقیق) قرار می گرفتند. این چرخه تکراری به راحتی می توانست تا شش ماه ادامه یابد تا پارچه کاملا سفید شود. تا قرن های هفدهم و هجدهم میلادی، حتی با اصلاحات جزئی، فرآیند سفیدگری همچنان گلوگاه اصلی در تولید منسوجات بود. کل این فرآیند بسیار پر زحمت بودند و به زمین های وسیع مخصوص سفیدکاری (مزارع چمن باز) نیاز داشتند، که بر ضرورت یافتن راه حلی سریع تر و کارآمدتر تاکید می کرد. به دلیل زمان و زمین مورد نیاز، پارچه های کاملا سفید شده بسیار پرهزینه بودند و در آستانه انقلاب صنعتی هر نوآوری که می توانست این فرآیند را کوتاه تر کند بسیار مورد توجه قرار داشت. تا اواسط قرن هجدهم شیمیدان هایی در سراسر اروپا به دنبال کمک های شیمیایی برای سرعت بخشیدن به سفید کردن بودند و بدین ترتیب زمینه یک پیشرفت بزرگ در فرانسه فراهم شد.

کشف کلر: پیشرفتی در عرصه سفیدکاری

در سال 1774، شیمیدان سوئدی کارل ویلهلم شیله موفق به جداسازی یک گاز بدبو به رنگ زرد مایل به سبز شد، عنصری که بعدها «کلر» نام گرفت (نام کلر برگرفته از واژه یونانی به معنی سبز رنگ است). او این گاز را با ترکیب کانی پیرولوزیت (دی اکسید منگنز) با اسید هیدروکلریک تولید کرد و ندانسته یک عنصر جدید پدید آورد. شیله متوجه شد که این گاز خواص چشمگیری دارد، از جمله توانایی از بین بردن رنگ کاغذ لیتموس و مواد آلی دیگر؛ چیزی که نشان دهنده پتانسیل آن به عنوان عامل سفیدکننده بود. در آن زمان دانشمندان هنوز مشغول تدوین مفاهیم شیمی مدرن بودند و در ابتدا تصور می کردند کلر شکلی از اسید موریاتیک بدون فلوژیستون است نه یک عنصر مستقل. با این وجود، خبر کشف شیله به سرعت در محافل علمی اروپا پخش شد. تاثیر رنگ بری قوی کلر به زودی یک انقلاب تلقی گردید: ماده ای یافت شده بود که می توانست پارچه ها را در عرض چند ساعت سفید کند به جای چندین ماه. برای جهانی که مشتاق کوتاه شدن فرایند سفیدکاری بود، این ماده نویدبخش راه حلی تحول آفرین بود. ظرف کمتر از یک دهه، شیمیدان فرانسوی کلود لوئی برتوله از پتانسیل کلر بهره گرفت و آن را برای سفید کردن پارچه ها به کار بست، نوآوری ای که صنعت نساجی را برای همیشه دگرگون کرد.

کلود لوئی برتوله و انقلاب سفیدگری

در دهه 1780، شیمیدان فرانسوی کلود لوئی برتوله کسی بود که کلر را از یک کنجکاوی علمی به یک ابزار عملی برای سفید کردن پارچه تبدیل کرد. او از همکاران نزدیک آنتوان لاووازیه و دیگر دانشمندان برجسته دوران خود بود و علاقه فراوانی به کاربردهای صنعتی شیمی داشت. برتوله در پاریس مدیر کارگاه رنگرزی گوبلن بود و از نزدیک با مشکل کندی فرآیند سفید کردن پارچه ها روبرو بود و انگیزه داشت آن را بهبود دهد. تا سال 1785، برتوله آزمایش با گاز کلر بر روی پارچه را آغاز کرده و به سرعت متوجه شد که این گاز می تواند منسوجات را بسیار سریع تر از روش های سنتی سفید کند. او دریافت که یک محلول آبی کلر قادر است پارچه را ظرف چند ساعت سفید کند. این افشاگری ،اینکه می توان از کلر یک آب ژاول (مایع سفیدکننده) ساخت، کاملا انقلابی بود. برتوله یافته های خود را به اطلاع فرهنگستان علوم فرانسه رساند و آنها را در نوشته هایش منتشر کرد که باعث هیجان فوری در محافل علمی و صنعتی شد. بینش او یک انقلاب در هنر سفیدکاری به پا کرد و فرانسه را در صف مقدم یک صنعت شیمیایی جدید قرار داد. تلاش های کلود لوئی برتوله زمینه ساز تولید محلول هیپوکلریت سدیم شد و به عنوان نقطه آغاز شیمی مدرن سفیدکننده ها محسوب می شود.

آب ژاول: نخستین محلول سفیدکننده در سال 1789

در سال 1789، برتوله آزمایش های خود را از آزمایشگاه به عرصه تولید برد و نخستین محلول سفیدکننده مایع را در جهان ایجاد کرد. او در آزمایشگاه خود در محله ژاول پاریس، گاز کلر را در یک محلول قلیایی پتاس (پتاسیم هیدروکسید) حباب داد. حاصل کار یک محلول رقیق هیپوکلریت پتاسیم بود، نخستین شکل مایع از ماده سفیدکننده. این محلول قابلیت سفیدکنندگی بالایی داشت و به افتخار محله تولیدش آب ژاول نامگذاری شد. برای اولین بار، سفیدکننده به شکل مایع تولید و ذخیره می شد و می توانست خارج از آزمایشگاه نیز به کار رود. آب ژاول را می شد مستقیما روی پارچه ها و سایر مواد اعمال کرد و زمان سفید کردن را از چند هفته به چند ساعت کاهش داد. نوآوری برتوله در اواخر قرن هجدهم در واقع هیپوکلریت سدیم (آب ژاول) را به دنیا معرفی کرد (هرچند در ابتدا با فرمول پتاسیمی). موفقیت آب ژاول تولد صنعت سفیدکنندگی شیمیایی را در فرانسه رقم زد و ثابت کرد که سفید کردن سریع و در مقیاس بزرگ پارچه ها امکان پذیر است. جالب اینکه آب ژاول به سرعت مترادف واژه سفیدکننده در زبان فرانسه شد نامی که تا به امروز برای مایع سفیدکننده خانگی استفاده می شود.

ساحل ژاول: نخستین محل تولید سفیدکننده در فرانسه

انتخاب ساحل ژاول پاریس توسط برتوله به عنوان محل آزمایش های او، این مکان را به نخستین محل تولید سفیدکننده در فرانسه تبدیل کرد. این ناحیه در کرانه رود سن واقع شده بود و دسترسی به آب و حمل و نقل آسانی داشت، که آن را برای یک کارگاه کوچک شیمیایی ایده آل می ساخت. در اواخر دهه 1780، آزمایشگاه برتوله در ژاول عملا به یک کارخانه کوچک تولید مایع سفیدکننده بدل شده بود. او و دستیارانش آب ژاول را به مقدار قابل توجه تولید می کردند تا در اختیار کارخانه های نساجی محلی قرار دهند که مشتاق به کارگیری روش سریع سفید کردن بودند. آب ژاول در ظروف بسته بندی شده و میان واحدهای سفیدکاری توزیع می شد؛ که از نخستین موارد عرضه تجاری یک محصول شیمیایی برای مصارف صنعتی بود. نام محل ژاول خیلی زود هم معنی با خود محصول شد. موفقیت تاسیسات ژاول نشان داد که می توان نوآوری های علمی را به مقیاس صنعتی گسترش داد. این روند به‌ تدریج زمینه‌ ساز گسترش کاربرد آب ژاول در صنایع قرن ۱۹ و ۲۰ شد، جایی که سفیدکننده به بخشی جدایی‌ ناپذیر از فرایندهای شست‌ و شو، ضدعفونی و تولید صنعتی بدل گردید. میراث آن سایت پیشگام هنوز مشهود است: حتی امروز هم اصطلاح آب ژاول در زبان فرانسه یادآور همان محل نخستین تولید سفیدکننده مدرن است.

مبانی شیمیایی تولید هیپوکلریت سدیم

تولید هیپوکلریت سدیم بر یک واکنش ساده بین گاز کلر و یک محلول قلیایی استوار است. در روش برتوله، کلر (Cl₂) را درون محلول قلیاب (قلیای پتاس) سرد و رقیق حباب می دادند. نتیجه این واکنش در آزمایش های او تولید هیپوکلریت پتاسیم در آب ژاول بود. اگر به جای پتاس از سود سوزآور (سدیم هیدروکسید) استفاده شود، هیپوکلریت سدیم (NaClO) به دست می آید همان ترکیبی که در سفیدکننده های امروزی به کار می رود. این واکنش را می توان به صورت معادله زیر خلاصه کرد:

Cl₂ + 2 NaOH → NaOCl + NaCl + H₂O

در این فرآیند کلر به طور همزمان کاهش و اکسایش می یابد؛ به عبارت دیگر یک واکنش نامتناسب سازی رخ می دهد که طی آن بخشی از کلر به یون کلرید (Cl⁻) تبدیل می شود و بخش دیگر به یون هیپوکلریت (ClO⁻) . یون هیپوکلریت یک عامل اکسیدکننده قوی است که می تواند پیوندهای مولکول های رنگزا را بشکند و به این ترتیب رنگ آنها را از بین ببرد. روش تهیه سفیدکننده به این شیوه، اصولا از اواخر قرن هجدهم تا امروز تغییری نکرده است، گرچه امروزه در مقیاس صنعتی با کنترل دقیق (از جمله خنک کردن مخلوط واکنش به زیر 40 درجه سانتیگراد) انجام می شود تا بیشترین بازده و پایداری محلول هیپوکلریت حاصل گردد.

تأثیر بر صنعت نساجی و جامعه

ظهور روش های سفیدکاری شیمیایی اثر فوری بر صنعت نساجی گذاشت. کارخانه ها اکنون می توانستند پارچه های بافته شده را در عرض چند ساعت سفید کنند، به جای اینکه چند هفته یا چند ماه زمان صرف این کار نمایند. این کاهش چشمگیر در زمان فرآوری به کارخانه های نساجی امکان داد تا تولید خود را افزایش دهند و پاسخگوی تقاضای فزاینده دوران انقلاب صنعتی باشند. هزینه تولید پارچه های سفید شده به شکل قابل توجهی کاهش یافتند، و در نتیجه پارچه های سفید برای عموم مردم نیز مقرون به صرفه تر شدند. چیزی که زمانی کالایی تجملی محسوب می شد، پارچه کاملا سفید و براق، به تدریج به امری عادی در کمد لباس خانواده ها بدل گشت. استفاده از سفیدکننده شیمیایی همچنین تولیدکنندگان را از وابستگی به زمین های سفیدگری وسیع و شرایط آب و هوا رها کرد، چرا که دیگر سفید کردن نیازمند نور خورشید نبود. این نوآوری علاوه بر آن کار یدی سنگینی را که پیشتر برای ماه ها پهن کردن و شستشوی پارچه ها لازم بود به شدت کاهش داد. بدین ترتیب، پارچه های تمیز و سفید بین مردم محبوبیت یافتند و به نمادی از پاکیزگی و بهداشت مدرن تبدیل شدند. تا سده نوزدهم، سفیدکننده برتوله سفید کردن منسوجات را دمکراتیزه کرده بود: افراد بسیار بیشتری می توانستند از پارچه های سفید و آهارخورده بهره بگیرند و صنعت نساجی نیز با کارایی بالاتر رشد چشمگیری را تجربه کرد.

پودر سفیدکننده و دیگر جایگزین های اولیه

حتی همزمان با پیشگامی فرانسه در معرفی سفیدکننده مایع، نوآوران دیگری به دنبال شکل های متفاوتی از مواد سفیدکننده بودند. در سال 1798، چارلز تننت شیمیدان اسکاتلندی یک سفیدکننده جامد را به عنوان جایگزینی برای آب ژاول مایع برتوله معرفی کرد. تننت با واکنش دادن کلر با آهک شکفته، هیپوکلریت کلسیم را به دست آورد که به صورت پودر سفیدکننده یا کلر آهک شناخته شد. او این سفیدکننده جامد را در سال 1799 به ثبت رساند. پودر سفیدکننده را می شد در بشکه ها بسته بندی کرد و به آسانی به نقاط دور دست فرستاد، ضمن اینکه ماندگاری آن بیشتر از محلول های سفیدکننده اولیه بود. در طول قرن نوزدهم، این پودر پایدار و قابل حمل به طور گسترده در بریتانیا و فراتر از آن برای سفید کردن صنعتی پارچه استفاده شد. جایگزین های دیگری نیز در اوایل قرن نوزدهم پدید آمدند: برای نمونه در سال 1818 شیمیدان فرانسوی لویی تنار آب اکسیژنه (پراکسید هیدروژن) را کشف کرد که یک سفیدکننده بر پایه اکسیژن است، گرچه این ماده تا مدت ها بعد در صنعت سفیدکاری به کار نرفت. با این وجود، در خلال دهه های 1800 میلادی این سفیدکننده های مبتنی بر هیپوکلریت (دارای کلر) بودند که عرصه را در دست داشتند. چه به صورت مایع (مانند آب ژاول برتوله و محلول لاباراک) و چه به صورت جامد (مانند پودر کلر)، این عوامل جدید فرآیند سفید کردن را متحول کردند و به تولیدکنندگان امکان دادند به شیوه های گوناگون از قدرت سفیدکنندگی کلر بهره بگیرند.

محلول لاباراک و پیشرفت در ضدعفونی

در اوایل دهه 1820 میلادی، شیمیدان و داروساز فرانسوی آنتوان ژرمن لاباراک بر پایه سفیدکننده برتوله کار کرد و کاربردهایی فراتر از نساجی برای آن یافت. لاباراک فرمول سفیدکننده را با استفاده از سود سوزآور ارزان تر به جای پتاس اصلاح کرد و بدین ترتیب محلول هیپوکلریت سدیم را به دست آورد که به نام محلول لاباراک معروف شد. او کشف کرد که این محلول علاوه بر سفید کردن می تواند بوی تعفن مواد آلی در حال پوسیدگی را خنثی کند و آنها را ضدعفونی نماید. لاباراک از محلول هیپوکلریت سدیم برای ضدعفونی بخش های بیمارستان، سالن های تشریح، مرده شورخانه ها و کشتارگاه ها استفاده کرد؛ مکان هایی که بوی تعفن و عفونت مشکلات همیشگی بودند. کار او نشان داد که محلول های کلرینه هیپوکلریت (خواه به صورت کلر آهک یا محلول سود کلرینه) می توانند با نابود کردن عوامل گندیدگی از شیوع بیماری جلوگیری کنند (حتی پیش از درک نظریه میکروب ها). فرهنگستان علوم فرانسه در سال 1829 به پاس فواید این کشف در بهداشت عمومی از لاباراک تقدیر کرد. به لطف بهبودهای او، سفیدکننده دیگر صرفا برای سفید کردن پارچه ها نبود بلکه به یک گندزدا و بو زدای ارزشمند تبدیل شده بودند. محلول لاباراک در واقع همان نوع سفیدکننده مایعی است که امروزه در مصارف خانگی به کار می رود و نشان می دهد چگونه اختراع اواخر قرن هجدهم به یکی از ارکان بهداشت و پزشکی بدل شده است.

رویدادهای کلیدی در تاریخ آب ژاول

از زمان پیدایش آن در اواخر قرن هجدهم، تاریخچه آب ژاول (محلول هیپوکلریت سدیم) مملو از نقاط عطف مهمی بوده است. هر پیشرفتی از کشف اولیه تا نوآوری صنعتی، نقش و دامنه کاربرد سفیدکننده را گسترش داد. به مرور، یک کنجکاوی آزمایشگاهی در پاریس به ماده ای بدل شد که به صورت جهانی برای پاکسازی، ضدعفونی و سفید کردن به کار می رود. جدول زمانی زیر نشان می دهد که چگونه سفیدکننده از اختراع فرانسوی قرن هجدهم به یک کالای رایج در دنیای مدرن تبدیل شد. این سیر با کشف کلر در سال 1774 و تولید نخستین آب ژاول در 1789 آغاز می شود و پیشرفت های آن را در طول قرن نوزدهم و بیستم دنبال می کند. از جمله رویدادهای شاخص می توان به معرفی پودر سفیدکننده جامد در بریتانیا، درک قدرت ضدعفونی سفیدکننده توسط لاباراک و پیشرفت های فنی نظیر نخستین تولید الکترولیتی سفیدکننده در اواخر قرن نوزدهم اشاره کرد. تا اوایل قرن بیستم آب ژاول به یک جزء ثابت در خانه ها بدل شد و شرکت هایی شروع به عرضه سفیدکننده بطری شده برای مصرف کنندگان کردند. سفیدکننده همچنین ارزش خود را در پزشکی (برای مثال جلوگیری از عفونت زخم ها در جنگ جهانی اول) و حتی در موارد خاص مانند استریل کردن تجهیزات فضایی نشان داد. جدول زیر مهم ترین رویدادهای تاریخ آب ژاول را از زمان شکل گیری تا کاربردهای جهانی آن خلاصه می کند:

کاربردهای آب ژاول از گذشته تا امروز

در طول دهه های گذشته سفیدکننده به یکی از همه کاره ترین و ضروری ترین مواد شیمیایی در زمینه بهداشت، سلامت و صنعت تبدیل شده اند. اولین کاربرد آن در سفید کردن پارچه ها بود: محلول هیپوکلریت سدیم انقلابی در سفید کردن پنبه و کتان پدید آورد و سال ها عامل اصلی سفیدکاری منسوجات بود. به مرور از سفیدکننده در صنعت کاغذسازی برای سفید کردن خمیر چوب نیز استفاده شد. خاصیت ضدعفونی کنندگی آب ژاول نیز باعث شد موارد استفاده بهداشتی بسیاری پیدا کند. بیمارستان ها و آزمایشگاه ها از محلول رقیق هیپوکلریت برای ضدعفونی سطوح و ابزار استفاده کردند. برای مثال، در طی جنگ جهانی اول از محلول داکین (هیپوکلریت رقیق) برای شستشو و ضدعفونی زخم سربازان بهره بردند تا از عفونت جلوگیری شود. به تدریج در خانه ها نیز سفیدکننده به ماده ای رایج برای تمیز کردن کف، حمام و آشپزخانه تبدیل شد، ماده ای که می تواند میکروب ها، کپک ها و قارچ ها را نابود کند. همچنین از سفیدکننده برای پاکسازی آب آشامیدنی در شرایط اضطراری یا سالم نگه داشتن آب استخرها استفاده می شود. صنایع غذایی سطوح و تجهیزات خود را با محلول های سفیدکننده گندزدایی می کنند و کشاورزان نیز برای ضدعفونی ابزارها و اصطبل های دام از آن بهره می گیرند. حتی در موارد خاص مانند خنثی سازی مواد شیمیایی سمی یا پاکسازی پس از خطرات زیستی، سفیدکننده ابزاری بی نظیر محسوب می شود. از برطرف کردن لکه های لباس گرفته تا نجات جان انسان ها از طریق از بین بردن میکروب های خطرناک، موارد استفاده هیپوکلریت سدیم از زمان اختراع آن تاکنون پیوسته افزایش یافته است.