تاریخچه کشف آب ژاول و علت نامگذاری آن

مقدمه

خرید آب ژاول کلر پارس تبریز بشکه 220 لیتری که به ‌طور عمومی به عنوان سفیدکننده شناخته می ‌شود ، ترکیبی شیمیایی و عامل پاک‌ کننده و ضدعفونی‌ کننده قدرتمندی است که در سراسر جهان در خانه ‌ها و صنایع کاربرد دارد. این ترکیب با فرمول شیمیایی NaOCl اواخر قرن هجدهم میلادی برای نخستین بار کشف شد و در تاریخ به نام آب ژاول شهرت یافت. کشف آن تحول بزرگی در فرایند سفید کردن پارچه ‌ها ایجاد کرد و بنیان روش ‌های گندزدایی مدرن را بنا نهاد. در این مقاله جامع به بررسی تاریخچه کشف هیپوکلریت سدیم و این‌که چرا به نام آب ژاول خوانده شد می ‌پردازیم و سیر تحول آن را از یک ماده شیمیایی شگفت ‌انگیز در قرن هجدهم تا یکی از مواد ضروری دنیای امروز دنبال می ‌کنیم.

جدول زمانی رویدادهای مهم در تاریخچه هیپوکلریت سدیم

برای درک سیر تکامل هیپوکلریت سدیم (سفیدکننده) ، مروری بر مهم ‌ترین رویدادها از زمان کشف اولیه تا کاربردهای گسترده امروزی سودمند است. جدول زیر رویدادها و نقاط عطف کلیدی در تاریخ هیپوکلریت سدیم را از کشف کلر تا کاربردهای مدرن سفیدکننده نشان می ‌دهد:

روش ‌های اولیه سفید کردن پارچه پیش از کلر

مدت‌ ها پیش از پیدایش سفیدکننده‌ های شیمیایی انسان ‌ها برای سفید کردن پارچه‌ ها از روش ‌های آهسته و پرزحمت استفاده می ‌کردند. قرن ‌ها روش اصلی سفید کردن در اروپا و بسیاری مناطق دیگر ، خواباندن پارچه در محلول ‌های قلیایی (مانند خاکستر چوب یا ادرار تخمیر شده) و سپس پهن کردن آن زیر نور آفتاب به مدت طولانی بود. این روش ‌های سنتی بسیار کند و زمان ‌بر بود ؛ گاه سفید شدن کامل یک پارچه ماه‌ ها زمان می ‌برد و لازم بود این چرخه چندین بار تکرار شود. قطعات پارچه را در اصطلاح مزرعه ‌های سفیدگری روی چمنزارها پهن می ‌کردند تا نور خورشید و هوا رنگ پارچه را ببرد. همچنین از دوغ یا شیر ترش (حاوی اسید لاکتیک) و بعدها اسید رقیق ‌شده (مثلاً اسید سولفوریک ضعیف) برای کمک به فرآیند سفید کردن استفاده می‌ شد. این فرآیند سنتی نه ‌تنها طولانی بود ، بلکه به زمین ‌های وسیع و نیروی کار فراوان نیاز داشت. تا قرن هجدهم میلادی با افزایش تقاضا برای منسوجات سفید در دوران رونق صنعت نساجی ، نیاز مبرمی به یک روش سفیدگری سریع ‌تر و کارآمدتر احساس می ‌شد. چنین نیازی زمینه را برای یک دگرگونی علمی فراهم کرد که قرار بود فرآیند سفید کردن را از یک کار چندماهه طاقت ‌فرسا به عملیاتی چند ساعته تبدیل کند.در همین زمان بود که تفاوت آب ژاول با سایر سفیدکننده ها به تدریج آشکار شد؛ چرا که این ماده نه تنها سرعت سفیدگری را افزایش داد، بلکه فرآیند سنتی طولانی را با یک روش علمی و کارآمد جایگزین کرد.

کشف گاز کلر توسط کارل ویلهلم شیله ۱۷۷۴

نقطه عطف مهم در تاریخ سفیدکننده ‌ها با کشف عنصر کلر رقم خورد. شیمیدان سوئدی کارل ویلهلم شیله نخستین کسی است که در سال ۱۷۷۴ موفق به جداسازی گاز کلر شد. شیله هنگام آزمایش روی ماده معدنی پیروولوزیت (دی‌اکسید منگنز) و اسید کلریدریک ، گازی سبز-زرد رنگ با بوی تند و خفه‌کننده به دست آورد که امروز آن را کلر می ‌نامیم. اگرچه شیله در آن زمان کلر را به عنوان یک عنصر جدید نشناخت (او گمان می‌ کرد این گاز نوعی ترکیب اکسیژن‌ دار است) ، اما کشف او دنیای شیمی را با یک ماده واکنش ‌پذیر بسیار قوی آشنا کرد. خیلی زود سایر دانشمندان متوجه شدند که این گاز جدید خاصیت بی ‌رنگ‌کنندگی و گندزدایی نیرومندی دارد. در واقع کلر توانایی از بین بردن رنگدانه‌ های مواد آلی و بوی تعفن را نشان داد. کشف شیله ماده کلیدی لازم برای ساخت اولین سفیدکننده واقعی را در اختیار شیمیدانان گذاشت. با در دسترس بودن کلر به عنوان یک ماده شیمیایی ، تلاش ‌ها برای بهره ‌گیری از قدرت آن جهت سفید کردن سریع پارچه‌ ها آغاز شد. دیری نپایید که آزمایش ‌های بعدی نشان دادند می‌ توان از این گاز به شکل موثری برای سفیدگری بهره برد و این خود سرآغاز فصل جدیدی در هنر سفید کردن پارچه‌ ها بود.

آزمایش‌ های اولیه برتوله در زمینه سفیدکنندگی ۱۷۸۵

در سال ۱۷۸۵ شیمیدان فرانسوی کلود لویی برتوله با تکیه بر کشف کلر توسط شیله پیشگام به ‌کارگیری این عنصر در سفید کردن پارچه ‌ها شد. برتوله دریافت که گاز کلر یک عامل رنگ ‌بر فوق ‌العاده است و می ‌تواند در زمانی کوتاه رنگ پارچه ‌ها را از بین ببرد. وی در ابتدا تلاش کرد پارچه ‌ها را مستقیماً در معرض گاز کلر قرار دهد ؛ اما این روش به دلیل سمی بودن بخارات و دشواری کاربرد گاز خالص در مقیاس صنعتی ، عملی نبود. بنابراین برتوله به فکر حل کردن کلر در یک محلول افتاد تا یک سفیدکننده مایع قابل استفاده تولید کند. او گاز کلر را در آب حاوی پتاس (کربنات پتاسیم) وارد کرد و موفق شد ترکیبی به‌ دست آورد که حاوی هیپوکلریت پتاسیم بود و خاصیت سفیدکنندگی داشت. در واقع برتوله با این روش اولین محلول سفیدکننده تاریخ را ساخت. سفیدکننده کلردار او قادر بود پارچه ‌ها را در مدتی بسیار کوتاه سفید کند ؛ کاری که قبلاً ماه‌ ها زمان می ‌برد. آزمایش‌ های برتوله نشان داد که از طریق یک واکنش شیمیایی اکسیدکننده می ‌توان رنگدانه ‌های موجود در الیاف را تخریب و بی ‌رنگ کرد. تا اواخر دهه ۱۷۸۰ موفقیت برتوله در سفیدگری با کمک کلر باعث شد که ایده تولید صنعتی سفیدکننده مایع به واقعیت نزدیک شود. تلاش ‌های او اثبات کرد که هنر کهنه سفید کردن را می ‌توان به کمک دانش شیمی به شکلی انقلابی تسریع و بهینه کرد.

ظهور آب ژاول : نخستین سفیدکننده شیمیایی

پس از آن‌که برتوله کارایی سفیدکننده کلردار خود را به اثبات رساند ، اقدام به تولید آن در مقیاس بزرگ ‌تر نمود. وی در اواخر دهه ۱۷۸۰ یک کارگاه کوچک در منطقه ژاول در حوالی پاریس راه ‌اندازی کرد تا محلول سفیدکننده جدیدش را به شکل انبوه تهیه کند. محصول ساخته ‌شده در آن مکان به نام آب ژاول معروف شد که در زبان فرانسه به معنای آب ژاول (محله ژاول) است. به این ترتیب نخستین سفیدکننده تجاری جهان متولد گردید. فرآیند تولید آب ژاول شامل ترکیب گاز کلر با یک محلول قلیایی (ابتدا پتاس و بعدها کربنات سدیم یا سود) بود تا یک محلول پایدار از هیپوکلریت حاصل شود که قابلیت بسته ‌بندی و نگهداری داشت. آب ژاول در اصل یک محلول رقیق هیپوکلریت (سدیم یا پتاسیم) بود که مستقیماً برای سفید کردن پارچه به کار می‌ رفت. در دسترس قرار گرفتن این محلول به صورت یک محصول آماده ، تحولی بزرگ محسوب می ‌شد : حالا رنگرزان و کارخانه ‌های پارچه‌ بافی می ‌توانستند یک ماده سفیدکننده قدرتمند را به صورت آماده از بازار تهیه کنند، بی ‌آنکه مجبور باشند خودشان گاز کلر تولید یا از روش‌ های سنتی استفاده کنند. کارخانه کوچک برتوله در ژاول سرآغاز صنعت تولید سفیدکننده بود و آب ژاول خیلی زود در فرانسه به عنوان ماده ‌ای محبوب برای سفید کردن لباس ‌ها و کتان‌ ها شناخته شد. در واقع این نخستین باری بود که یک ترکیب شیمیایی به ‌طور اختصاصی برای سفیدگری و ضدعفونی در مقیاس تجاری تولید و عرضه می ‌شد.

دلیل نام‌ گذاری به عنوان آب ژاول

نام ‌گذاری آب ژاول به طور مستقیم به خاستگاه جغرافیایی این فرآورده شیمیایی اشاره دارد. سفیدکننده ‌ای که برتوله تولید کرد به افتخار منطقه ژاول پاریس ، جایی که کارخانه‌ اش در آن قرار داشت نامگذاری شد. در آن زمان ژاول روستای کوچکی در حومه پاریس بود (امروزه بخشی از منطقه ۱۵ پاریس است). محصول سفیدکننده ‌ای که در آنجا ساخته می ‌شد عملا آب ژاول خوانده شد ، چرا که از آن محل سرچشمه می ‌گرفت. انتخاب این نام به شناخته ‌شدن محصول کمک کرد و آن را از سایر مواد متمایز ساخت. به زودی آب ژاول به یک اصطلاح خانگی در فرانسه بدل گشت. با رواج این سفیدکننده ، نام آن وارد زبان مردم شد : آب ژاول در زبان فرانسه معادل سفیدکننده کلردار شد و حتی در متون علمی و فنی نیز همین عبارت به کار رفت. دلیل این نام ‌گذاری صرفا تاکید بر محل تولید آن بود ، مشابه آن‌چه برای برخی نوشیدنی ‌ها یا پنیرهای محلی رخ می ‌دهد که به نام محل زادگاه ‌شان معروف می ‌شوند. شهرت این نام چنان پایدار بود که حتی سال ‌ها بعد ، با ظهور کارخانه‌ ها و محصولات مشابه ، نام آب ژاول همچنان برای محلول ‌های هیپوکلریت سدیم به کار می‌ رفت. جالب است که امروز نیز در زبان فرانسه به طور محاوره‌ ای به سفیدکننده ژاول می ‌گویند و در زبان فارسی نیز این محصول آب ژاول نامیده می ‌شود. این امر نشان می ‌دهد که چرا این سفیدکننده چنین نامی به خود گرفته است ، نامی که یادآور خاستگاه اولین کارخانه تولیدکننده آن و میراث ماندگار آن در فرهنگ و زبان است.

تأثیر انقلابی آب ژاول بر سفیدگری پارچه ‌ها

ورود آب ژاول به عرصه صنعت در اواخر قرن هجدهم ، تأثیری فوری و عمیق بر صنعت نساجی برجای گذاشت. فرآیندهای سنتی سفید کردن پارچه که پیش ‌تر یکی از گلوگاه ‌های تولید منسوجات محسوب می ‌شدند ، اکنون با حضور سفیدکننده شیمیایی به شکل چشمگیری تسریع شدند. به لطف سفیدکننده کلردار ، سفیدسازی پارچه ‌ها از چندین ماه به چند ساعت کاهش یافت و این حقیقتا یک انقلاب صنعتی بود. تولیدکنندگان پارچه بلافاصله روش جدید سفیدگری با کلر را پذیرفتند تا سرعت تولید خود را بالا ببرند. پارچه‌ هایی که پیش ‌تر لازم بود هفته ‌ها در آفتاب پهن شوند ، اکنون در ظرف چند ساعت در حوضچه ‌های محلول آب ژاول به سفیدی مطلوب می‌ رسیدند. صرفه‌ جویی در زمان و افزایش بهره ‌وری حاصل از این تحول بسیار چشمگیر بود ؛ کارخانه ‌های نساجی توانستند پاسخ ‌گوی تقاضای فزاینده برای پارچه ‌های سفید در دوران انقلاب صنعتی باشند. افزون بر سرعت ، کیفیت سفید شدن پارچه ‌ها نیز یکنواخت ‌تر و قابل ‌کنترل ‌تر شد. دیگر نیازی به پهن کردن پارچه در فضاهای وسیع روباز یا وابستگی به شرایط آب ‌و هوایی (آفتاب) نبود ؛ این امر خود باعث آزاد شدن زمین‌ های وسیع و کاهش اتکا به نیروی کار فصلی گردید. در فرانسه نوآوری برتوله به صنعت نساجی داخلی این کشور مزیتی بزرگ داد ، چرا که سایر کشورها هنوز از روش ‌های سنتی بهره می ‌بردند. طولی نکشید که دانش سفید کردن با کلر به انگلستان و سایر کشورها نیز راه یافت و شیوه فرآوری منسوجات را به طور بنیادین دگرگون کرد. این جهش در کارآیی ، نمونه بارزی از تأثیر مستقیم یک کشف علمی بر پیشرفت صنعتی است: در این مورد دانش شیمی (هیپوکلریت سدیم) به صورت مستقیم موجب توسعه سریع ‌تر و بهتر صنعت نساجی و بهبود تولید پارچه‌ ها شد.

چارلز تنانت و پیدایش پودر سفیدکننده ۱۷۹۹

در حالی که مایع آب ژاول در فرانسه در حال متحول کردن صنعت سفیدگری بود ، در سایر نقاط اروپا شیمیدانان به دنبال راه ‌هایی برای بهبود قابلیت حمل و پایداری سفیدکننده کلردار بودند. در سال ۱۷۹۹، شیمیدان اسکاتلندی چارلز تنانت نوآوری تازه ‌ای را معرفی کرد : پودر سفیدکننده. این پودر شکلی جامد از سفیدکننده کلردار بود که با جذب گاز کلر توسط آهک آب ‌دیده (هیدروکسید کلسیم) تهیه می ‌شد. محصول به ‌دست‌آمده ترکیبی از هیپوکلریت کلسیم به صورت جامد سفیدرنگ بود که آن را به نام آهک کلردار یا پودر کلر می ‌شناختند. تنانت این روش را به ثبت رساند و تولید انبوه آن را در شهر گلاسگو آغاز کرد و بدین ترتیب به عنوان یک پیشگام صنعتی در اوایل عصر شیمیایی شناخته شد. پودر سفیدکننده از جنبه عملی چند برتری نسبت به محلول آب ژاول داشت : می ‌شد آن را به مقدار زیاد تولید و بدون نگرانی از تبخیر کلر ، در بشکه بسته ‌بندی و به نقاط دوردست حمل کرد. این ویژگی باعث شد سفیدکننده کلردار برای کارخانه ‌های نساجی در فواصل دور از محل تولید نیز در دسترس باشد. در اوایل قرن نوزدهم پودر سفیدکننده تنانت در بریتانیا و کشورهای دیگر رواج یافت و به عامل سفیدکننده ترجیحی بسیاری از صنایع نساجی تبدیل شد. این پودر نیاز به کار با گاز کلر خالص را مرتفع می ‌ساخت و از نظر غلظت کلر قابل ‌استفاده ، نسبت به محلول‌ های رقیق کارایی بیشتری داشت. البته پودر سفیدکننده بی ‌ضعف نبود ، این ماده در درازمدت ناپایدار بود و در صورت نگهداری نامناسب ممکن بود به آرامی کلر آزاد کند و کارایی ‌اش کاهش یابد. با این وجود سهولت کاربرد و حمل ‌و نقل آن باعث شد سفیدکننده هیپوکلریت جامد در قرن نوزدهم مورد استقبال گسترده قرار گیرد.

آنتوان لاباراک و کشف خاصیت گندزدایی سفیدکننده (دهه ۱۸۲۰)

تا اوایل قرن نوزدهم کاربرد سفیدکننده در سفید کردن پارچه ‌ها کاملاً جا افتاده بود ، اما پتانسیل آن برای گندزدایی و ضدعفونی چندان شناخته ‌شده نبود. این وضعیت در دهه ۱۸۲۰ با تلاش‌های شیمیدان و داروساز فرانسوی آنتوان ژرمن لاباراک تغییر کرد. لاباراک که با آب ژاول و محلول‌ های هیپوکلریت آشنایی داشت ، پژوهش بر روی توانایی این محلول‌ها در رفع بوی تعفن و جلوگیری از گندیدن مواد آلی را آغاز کرد. حدود سال ۱۸۲۰، او دریافت که محلول‌های هیپوکلریت سدیم و هیپوکلریت کلسیم می ‌توانند به عنوان عوامل قوی بو زدا و گندزدا عمل کنند. برای مثال لاباراک نشان داد شست‌ و شوی بافت ‌های حیوانی و تجهیزات بیمارستانی با این محلول ‌های حاوی کلر ، بوی تعفن ناشی از تعفن را از بین می ‌برد و به مهار گسترش عفونت کمک می ‌کند. کشف لاباراک نقطه شروعی برای استفاده گسترده از سفیدکننده در بهداشت و پزشکی بود. او محلولی را تهیه کرد که به محلول لاباراک معروف شد و در اصل همان محلول هیپوکلریت سدیم رقیق برای ضدعفونی زخم ‌ها و سطوح بود. به موازات آن محلول آهک کلردار نیز برای ضدعفونی مکان ‌هایی نظیر چاه‌ های فاضلاب ، سردخانه ‌های اجساد و سایر منابع بو و عفونت به کار رفت. این شیوه ‌ها شرایط بهداشتی بیمارستان ‌ها ، کشتارگاه ‌ها و حتی شهرها را به طرز چشمگیری بهبود بخشید ، آن هم در زمانی که هنوز تئوری میکروب به عنوان عامل بیماری ‌ها به درستی شناخته نشده بود. جالب اینکه دستاوردهای لاباراک راه را برای پیشگامان بعدی هموار کرد : برای نمونه در سال ۱۸۴۷ پزشک مجارستانی ایگناز سملوایس برای جلوگیری از تب زایمان در بیمارستان ‌ها ، از محلول آب آهک کلردار (همان سفیدکننده) برای شست ‌و شوی دست جراحان استفاده کرد و موفقیت بزرگی به‌ دست آورد. به این ترتیب تلاش‌ های لاباراک نشان داد سفیدکننده فقط برای سفید کردن لباس نیست ، بلکه یک ماده ضدعفونی ‌کننده نجات ‌بخش است که می ‌تواند با عفونت و آلودگی مبارزه کند. او با کشف خود انقلاب در بهداشت عمومی ایجاد کرد و حدود ۴۰ سال پیش از آنکه پاستور و لیستر مبانی علمی ضدعفونی را شرح دهند ، به روش تجربی کارآیی ضدعفونی ‌کننده ‌های کلردار را به دنیا نشان داد.

ترکیب شیمیایی و سازوکار سفیدکنندگی هیپوکلریت سدیم

هیپوکلریت سدیم یک نمک معدنی با فرمول شیمیایی NaOCl است. این ترکیب به صورت جامد خالص ناپایدار است و معمولاً به شکل محلول آبی تولید و مصرف می ‌شود. از نظر شیمیایی هیپوکلریت سدیم را با وارد کردن گاز کلر به محلول سدیم هیدروکسید (کاستیک سودا) تولید می‌ کنند. سفیدکننده ‌های خانگی رایج حدود ۳ تا ۶ درصد وزنی هیپوکلریت سدیم در آب (به همراه مقادیری نمک طعام و سایر ترکیبات فرعی) دارند. هنگامی که این ماده در آب حل می ‌شود ، یون هیپوکلریت (OCl^–) و یون سدیم آزاد می‌ کند. در محلول ‌های آبی ، هیپوکلریت با آب واکنش تعادلی برقرار می‌ کند و اسید هیپوکلرو (HOCl) تشکیل می ‌دهد (به ویژه اگر محلول تا حدی حالت اسیدی پیدا کند). اسید هیپوکلرو در واقع ماده موثره اصلی در قدرت میکروب‌ کشی و رنگ‌ب ری سفیدکننده است. این اسید یک عامل اکسیدکننده بسیار قوی است. مکانیزم عمل آن به این صورت است که با اکسید کردن پیوندهای شیمیایی در مولکول ‌های رنگی یا در ساختار میکروب ‌ها ، آنها را تخریب می‌ کند. برای مثال در لکه ‌های رنگی ، هیپوکلریت پیوندهای دوگانه موجود در مولکول ‌های ماده رنگی (کروموفورها) را می ‌شکند و آنها را به ترکیبات بی‌ رنگ تبدیل می ‌کند. در میکروب‌ ها نیز هیپوکلریت به دیواره سلولی ، پروتئین ‌ها و حتی RNA/DNA حمله کرده و ساختار آنها را دناتوره یا متلاشی می ‌کند که به مرگ یا غیر فعال شدن این عوامل بیماری ‌زا می ‌انجامد. فرآیند سفیدکنندگی هیپوکلریت سدیم بسیار سریع و گرمازا است. یکی از دلایل محبوبیت هیپوکلریت سدیم این است که محصولات نهایی واکنش آن هنگام مصرف ، ماده مضری نیستند. عمدتاً نمک معمولی (سدیم کلرید) و آب تشکیل می ‌شود که برای محیط زیست بی ‌خطرند. البته خود محلول هیپوکلریت بسیار قلیایی (باز) و خورنده است. با گذشت زمان نیز به ویژه در معرض نور یا حرارت یا در حضور فلزات سنگین ، محلول‌ های سفیدکننده خاصیت خود را از دست می ‌دهند زیرا هیپوکلریت به آرامی تجزیه شده و کلر آزاد می‌ کند یا به کلرات تبدیل می ‌شود. به همین دلیل سفیدکننده را معمولاً در ظروف مات (برای جلوگیری از نور) و در جای خنک نگهداری می‌ کنند و تاریخ مصرف مشخصی برای آن در نظر می ‌گیرند. همچنین اختلاط سفیدکننده با اسید‌ها (مثلاً جوهر نمک) یا مواد شیمیایی مانند آمونیاک به شدت خطرناک است ، زیرا گازهای سمی (مانند کلر یا کلرامین) آزاد می‌ کند. با وجود این محدودیت‌ ها ، ساختار ساده شیمیایی هیپوکلریت سدیم و توان اکسیدکنندگی قوی آن ، توضیح ‌دهنده تأثیر فوق ‌العاده ‌اش در سفید کردن و ضدعفونی است ، تأثیری که در از بین بردن لکه ‌های سرسخت ، ضدعفونی ‌کردن محیط ‌ها و نابودی انواع میکروب ‌ها به وضوح دیده ‌ایم.