هیپوکلریت سدیم به عنوان نام علمی آب ژاول

مقدمه

آب ژاول (که نام علمی آن هیپوکلریت سدیم است) یک محلول شیمیایی پرکاربرد برای سفید کردن و گندزدایی هستند. این مایع شفاف با رنگ مایل به زرد متمایل به سبز، بوی تند شبیه کلر دارد که به محض استشمام، رایحه وایتکس را به یاد می آورد. بیش از دو قرن پیش معرفی شد و با فراهم کردن یک روش شیمیایی مؤثر برای سفید کردن پارچه ها و از بین بردن میکروب ها، انقلابی در نظافت و بهداشت عمومی ایجاد کرد. از رختشویی های خانگی گرفته تا تأسیسات بزرگ تصفیه آب، هیپوکلریت سدیم به ماده ای غیر قابل جایگزین تبدیل شده است. در بخش های بعدی، به بررسی ترکیب شیمیایی، تاریخچه، روش های تولید، خواص، کاربرد های آن در حوزه های گوناگون، موارد ایمنی، تأثیرات زیست محیطی و مقایسه آن با سایر عوامل می پردازیم. این مرور جامع نشان می دهد که چرا هیپوکلریت سدیم (آب ژاول) همچنان یک ماده اساسی در بهداشت و ضدعفونی در سراسر جهان باقی مانده است.

ترکیب و فرمول شیمیایی سدیم هیپوکلریت (آب ژاول)

سدیم هیپوکلریت یک ترکیب شیمیایی معدنی با فرمول NaOCl است که از یک کاتیون سدیم (Na⁺) و یک آنیون هیپوکلریت (ClO⁻) تشکیل شده است. اساساً نمک سدیم اسید هیپوکلروس محسوب می شود و معمولاً به شکل محلول آبی (نه بلور جامد) یافت می شود. در حالت محلول، رنگ آن اندکی زرد مایل به سبز است و بوی تند کلر دارد؛ همان محلول سفیدی که به عنوان وایتکس خانگی شناخته می شود. آب ژاول نام تاریخی محلول رقیق هیپوکلریت است؛ در ابتدا به هیپوکلریت پتاسیم اطلاق می شد ولی امروزه مترادف هیپوکلریت سدیم به کار می رود. از نظر شیمیایی، سدیم هیپوکلریت یک اکسیدکننده حاوی کلر است و ماده مؤثره بسیاری از سفیدکننده های خانگی و صنعتی را تشکیل می دهد. به بیان ساده، وایتکس همان محلول هیپوکلریت سدیم (آب ژاول) است و این دو در واقع یکی هستند.

خاستگاه تاریخی و نام گذاری آب ژاول

خاستگاه آب ژاول به اواخر قرن هجدهم در فرانسه باز می گردد. در سال ۱۷۸۹، شیمیدان فرانسوی کلود لویی برتوله با عبور دادن گاز کلر از محلول پتاس (پتاسیم هیدروکسید) در منطقه ی ژاول پاریس، نخستین سفیدکننده مایع را تولید کرد. حاصل، محلولی رقیق از هیپوکلریت پتاسیم بود که «او دو ژاول» (آب ژاول) نام گرفت (برگرفته از نام همان محله). این ابداع برتوله در زمان خود بی سابقه بود و روشی شیمیایی برای سفید کردن پارچه ارائه داد که بسیار سریع تر و مؤثرتر از روش های سنتی بود. چند دهه بعد، در اوایل قرن نوزدهم، شیمیدان دیگری به نام آنتوان لاباراک این فرمول را بهبود داد. او به جای پتاس از کاستیک سودا (سدیم هیدروکسید) استفاده کرد و محلول هیپوکلریت سدیم را به دست آورد که به محلول لاباراک معروف شد. آب ژاول سدیمی ارزان تر و قوی تر بود و لاباراک نشان داد که این محلول علاوه بر سفید کنندگی، خاصیت گند زدایی و بو زدایی نیز دارد. او به طور مشهور از آن برای رفع بوی تعفن در بیمارستان ها و سردابه ها استفاده کرد. در واقع، وایتکس و مایع سفید کننده ، نام های رایج خانگی آب ژاول هستند که بعدها از همین محلول های هیپوکلریتی الهام گرفته و وارد مصرف عمومی شدند. به این ترتیب اصطلاح آب ژاول به عنوان نام عمومی محلول های سفیدکننده هیپوکلریتی رواج یافت و امروز مترادف با هیپوکلریت سدیم به کار می رود.

روش های تولید صنعتی هیپوکلریت سدیم

به طور صنعتی، هیپوکلریت سدیم از واکنش گاز کلر با محلول سود سوزآور (سدیم هیدروکسید) تولید می شود. این فرآیند حاصل، محلول آبی هیپوکلریت سدیم همراه با محصول جانبی نمک (سدیم کلرید) است. واکنش باید در دمای پایین و تحت کنترل نگه داشته شوند تا بیشترین بازده هیپوکلریت حاصل و از تشکیل محصولات ناخواسته (مانند کلرات) جلوگیری گردد. معمولاً محلول وایتکس صنعتی با غلظت حدود ۱۰–۱۵٪ تولید و سپس برای مصارف مختلف رقیق می شود. در همین حوزه، خرید آب ژاول نیرو کلر اصفهان مخزن IBC برای بسیاری از مصرف‌ کنندگان صنعتی یک گزینه استاندارد و قابل‌ اعتماد محسوب می‌ شود زیرا این نوع بسته‌ بندی علاوه بر پایداری بیشتر، امکان حمل‌ و نقل و نگهداری ایمن‌ تری را فراهم می‌ کند. برخی تأسیسات کوچک تر با استفاده از الکترولیز آب نمک (محلول نمک طعام) در محل، هیپوکلریت سدیم تولید می کنند که طی آن کلر و سود همزمان ایجاد شده و فوراً ترکیب می شوند. در گذشته، روش های دیگری مثل ترکیب پودر کلر (کلرید آهک) با کربنات سدیم برای تهیه آب ژاول به کار می رفت مثلاً تهیه محلول های ضدعفونی Eusol پس از جنگ جهانی اول، اما امروز روش مستقیم اضافه کردن کلر به محلول سود استاندارد است. محلول حاصل باید در ظروف مقاوم (معمولاً پلاستیکی مات) نگهداری شود و دور از گرما و نور باشد تا از تجزیه و افت اثربخشی آن طی زمان جلوگیری شود.

خواص فیزیکی و شیمیایی هیپوکلریت سدیم

هیپوکلریت سدیم به صورت محلول رقیق، مایعی شفاف با رنگ مایل به زرد متمایل به سبز و بوی تند وایتکس (کلر) است. این محلول به شدت قلیایی است pH حدود ۱۱ تا ۱۳ در سفیدکننده های معمولی زیرا مقدار کمی سدیم هیدروکسید برای پایدار سازی به آن افزوده می شود. هیپوکلریت سدیم یک اکسید کننده قوی است و می تواند با بسیاری از مواد واکنش نشان دهد. در طول زمان و به ویژه در معرض حرارت یا نور خورشید، این محلول به تدریج تجزیه می شود؛ کلر و اکسیژن آزاد می کند و به مرور قدرت خود را از دست می دهد. مثلاً اگر یک بطری وایتکس باز بماند، با فرار تدریجی کلر فعال، به مرور ضعیف تر می شود. نگهداری سفیدکننده در جای خنک و تاریک می تواند عمر مفید آن را افزایش دهد. خاصیت واکنش پذیری بالای هیپوکلریت سدیم باعث می شود که با فلزات و مواد آلی نیز خورنده یا مخرب باشد؛ به عنوان مثال تماس طولانی با فلزاتی مثل آهن یا آلومینیوم موجب خوردگی می شود و محلول های غلیظ تر آن حتی می توانند مواد آلی قابل اشتعال را اکسید کرده و باعث آتش سوزی شوند. از آن جا که خود ترکیب خالص هیپوکلریت سدیم بسیار ناپایدار است، تقریباً همیشه به صورت محلول تولید و مصرف می شود (در مصارف خانگی معمولاً حدود ۵٪). در مجموع آب ژاول به داشتن قدرت اکسید کنندگی بالا (و در نتیجه اثربخشی در سفید کردن) اما ناپایداری شیمیایی شهرت دارد.

سازوکار سفید کردن و گند زدایی هیپوکلریت سدیم

قدرت سفیدکنندگی و گند زدایی هیپوکلریت سدیم از آزاد شدن گونه های واکنش گر کلر در محلول ناشی می شود. وقتی در آب حل می شود، یون هیپوکلریت (ClO⁻) تا حدی به اسید هیپوکلروس (HOCl) تبدیل می شود، خصوصاً وقتی محلول رقیق شده یا با مواد آلی برخورد کند. HOCl یک اکسید کننده قوی و بدون بار الکتریکی است که می تواند به آسانی در مواد نفوذ کرده و ترکیب های شیمیایی را تغییر دهد. در فرایند سفید کردن، این ترکیبات کلردار فعال به ساختار مولکول های رنگ زا (کروموفورها) در لکه ها و رنگ ها حمله می کنند و پیوند های آن ها را می شکنند؛ بدین ترتیب مولکول ها رنگ خود را از دست داده و بی رنگ می شوند. به همین دلیل است که یک لکه رنگی روی پارچه پس از استفاده وایتکس کم رنگ یا کاملاً محو می شود. در ضدعفونی نیز مکانیسم مشابه است: یون هیپوکلریت و اسید هیپوکلروس به سرعت پروتئین ها و لیپید های دیواره میکروب ها و حتی مواد ژنتیکی شان را اکسید و تخریب می کنند. این عمل اکسیداسیون قوی و گسترده، باکتری ها، قارچ ها و ویروس ها را به سرعت از بین می برد. حتی پاتوژن های مقاوم نیز در برابر چنین حمله شیمیایی شدیدی شانسی ندارند، زیرا این آسیب اکسیداتیو غیر اختصاصی و ویرانگر است. بنابراین از منظر شیمیایی، هیپوکلریت سدیم با تولید گونه های واکنش گر کلر و اکسیژن، توانایی سفید کردن اجسام و نابودی میکروب های مضر را به طور همزمان داراست.

کاربرد های خانگی آب ژاول (وایتکس)

هیپوکلریت سدیم به دلیل کارایی بالا در پاک کنندگی، سفید کردن و ضدعفونی، سال هاست که به یکی از اجزای ثابت خانه ها تبدیل شده است. در شستشوی لباس، سفیدکننده کلردار (آب ژاول) برای درخشان تر کردن لباس های سفید و از بین بردن لکه های سرسختی مانند لکه های شراب، قهوه یا کپک روی پارچه ها به کار می رود. افزودن مقدار کمی وایتکس به آب شستشو یا ماشین لباس شویی کمک می کند تا لکه هایی که با شوینده معمولی پاک نمی شوند از بین بروند و لباس ها به ویژه منسوجات نخی سفید دوباره سفید و درخشان شوند. علاوه بر لباس شویی، آب ژاول یک گند زدا و تمیز کننده رایج در نظافت خانگی است. بسیاری از افراد وایتکس را با آب رقیق می کنند (مثلاً نسبت ۱ به ۱۰ برای تهیه محلول حدود ۰٫۵٪) و از آن برای تی کشیدن کف ها، پاک کردن کانتر آشپزخانه، تمیز کردن سینک ها و شستشوی کاشی های حمام استفاده می کنند. این کار میکروب های سطح را از بین می برد و محیط را بهداشتی می کند. سفیدکننده خصوصاً برای زدودن کپک و قارچ از دیوار حمام و نقاط مرطوب مفید است، چون علاوه بر تمیز کردن سطح، هاگ های قارچ را نیز می کشد و از رشد دوباره آن ها جلوگیری می کند. همچنین در مواقع اضطراری می توان از هیپوکلریت سدیم برای ضدعفونی آب آشامیدنی استفاده کرد چند قطره وایتکس بدون بو در هر لیتر آب و انتظار حدود نیم ساعت، آب را برای آشامیدن ایمن می سازد. با توجه به کاربرد گسترده و قیمت ارزان، آب ژاول همچنان یک پاک کننده همه کاره و در دسترس در اکثر خانه ها محسوب می شود.

کاربرد های صنعتی و تجاری هیپوکلریت سدیم

فراتر از مصارف خانگی هیپوکلریت سدیم در صنایع مختلف نیز نقش های مهمی بر عهده دارد. در صنایع نساجی و کاغذ سازی، از آن به عنوان عامل سفیدکننده برای سفید کردن الیاف طبیعی و خمیر کاغذ استفاده می شود و به زدودن رنگ ها و لکه های ناخواسته از مواد خام کمک می کند. در صنایع تولید مواد غذایی و نوشیدنی نیز محلول های رقیق هیپوکلریت برای ضدعفونی تجهیزات و سطوح به کار می روند تا میکروب ها از محیط تولید حذف شوند و محصولات آلوده نگردند. در خدمات شهری و برخی صنایع، از آب ژاول برای کنترل بو و تصفیه فاضلاب بهره گرفته می شود؛ مثلاً افزودن وایتکس به فاضلاب می تواند ترکیبات بدبویی مثل سولفید هیدروژن را خنثی کند و به کاهش آمونیاک و آلاینده های آلی کمک نماید. همچنین از هیپوکلریت سدیم برای جلوگیری از رشد جلبک و باکتری در برج های خنک کننده و سامانه های آبی صنعتی استفاده می شود تا مبدل های حرارتی و لوله ها از زیست لایه پاک بمانند. علاوه بر این، می توان از آن برای خنثی سازی برخی پسماند های شیمیایی صنعتی بهره برد؛ به عنوان نمونه، در صنایع آبکاری با افزودن سفیدکننده می توان محلول های سیانید سمی را اکسید و به مواد کم خطر تر تبدیل کرد. مزیت هیپوکلریت سدیم این است که به شکل مایع است (تزریق و اختلاط آن آسان می باشد) و پس از کاربرد، عمدتاً مواد بی خطری مانند نمک بر جای می گذارد. هر چند کار با آن نیازمند احتیاط به دلیل خاصیت خورندگی اش است، اما اثر گذاری بالا و قیمت نسبتاً پایینش باعث شده آب ژاول به یک ماده پایه در بسیاری از فرآیند های صنعتی و بهداشتی تبدیل شود.

نقش هیپوکلریت سدیم در تصفیه آب و بهداشت عمومی

یکی از مهم ترین پیشرفت های سلامت عمومی در قرن گذشته، استفاده از هیپوکلریت سدیم برای ضدعفونی کردن آب بوده است. حدود اوایل دهه ۱۹۰۰ میلادی، شهر ها شروع به کلرزنی منابع آب آشامیدنی کردند که در نتیجه آن بیماری های مرگباری مانند وبا و حصبه عملاً ریشه کن شدند. آب ژاول جان افراد بی شماری را با ایمن کردن آب آشامیدنی نجات داده اند. امروزه در تصفیه خانه های آب شهری، اغلب به جای گاز کلر از محلول وایتکس (هیپوکلریت سدیم مایع) برای کلرزنی آب استفاده می شود، زیرا حمل و نقل و ذخیره آن آسان تر و ایمن تر است، در حالی که همان اسید هیپوکلروس ضدعفونی کننده را در آب آزاد می کند. مقدار دقیقی از هیپوکلریت پس از مرحله فیلتراسیون به آب اضافه می شود تا باکتری ها، ویروس ها و انگل های آب را غیرفعال کند و اطمینان حاصل شود که آبی که به دست مصرف کنندگان می رسد بهداشتی است. استخر های شنا نیز عرصه دیگری برای استفاده از آب ژاول هستند: متصدیان استخر ها به طور منظم محلول هیپوکلریت سدیم (یا مواد مشابه حاوی کلر) را به آب اضافه می کنند تا سطح معینی از کلر آزاد باقی بماند و از رشد جلبک ها و میکروب های بیماری زا جلوگیری کند. در تصفیه فاضلاب، پس از فرآیند های تصفیه اصلی، گاهی هیپوکلریت سدیم به پساب افزوده می شود تا پیش از رها سازی در محیط، عوامل بیماری زا را نابود سازد و از سلامت عمومی محافظت کند (سپس معمولاً باقی مانده کلر با افزودن مواد کاهنده خنثی می شود تا به آبزیان آسیبی نرسد). حتی در مقیاس کوچک، می توان از وایتکس خانگی برای گند زدایی آب در شرایط اضطراری استفاده کرد دستورالعمل ها توصیه می کنند چند قطره آب ژاول در هر لیتر آب زلال ریخته شود و پس از ۳۰ دقیقه، میکروارگانیسم های آن از بین خواهند رفت. به این ترتیب، استفاده از آب ژاول در تأمین آب سالم و حفظ بهداشت استخر ها و فاضلاب، نقشی حیاتی در ارتقای سلامت عمومی داشته است.

کاربرد های پزشکی و درمانی آب ژاول

در محیط های درمانی، هیپوکلریت سدیم به عنوان یک ضدعفونی کننده طیف وسیع ارزشمند شناخته می شود. بیمارستان ها مرتباً محلول های رقیق شده وایتکس برای مثال حدود ۰٫۵٪ NaOCl را برای تی کشیدن کف ها، پاک کردن دیوار ها و ضدعفونی سطوح اتاق های عمل، بخش ها و آزمایشگاه ها به کار می گیرند تا باکتری های خطرناکی مانند MRSA، ویروس ها و قارچ ها را نابود کنند و محیط را استریل نگه دارند. کاربرد هیپوکلریت به عنوان عامل ضدعفونی به قرن نوزدهم باز می گردد: افرادی مانند لاباراک در فرانسه نشان دادند که یک محلول کلردار می تواند بوی تعفن بیمارستان ها را خنثی کرده و از گسترش عفونت جلوگیری کند. در طی جنگ جهانی اول، نوع رقیق شده ای از وایتکس به نام محلول داکین (حاوی حدود ۰٫۵٪ هیپوکلریت سدیم با بافر اسید بوریک) به شکل گسترده ای برای شستشوی زخم سربازان استفاده شد. استفاده از این محلول باکتری های زخم را از بین برد و مهم تر از آن بدون آسیب رساندن به بافت های در حال ترمیم، به بهبود زخم های آلوده کمک کرد؛ در نتیجه بسیاری از مجروحان پیش از ابداع آنتی بیوتیک ها از مرگ نجات یافتند. امروزه گرچه برای درمان زخم ها گزینه های پیشرفته تری داریم، هیپوکلریت سدیم همچنان در موارد خاصی استفاده می شود. برای مثال دندان پزشکان هنگام درمان ریشه دندان از محلول چند درصدی آب ژاول برای شستشو و ضدعفونی کانال های دندان استفاده می کنند، زیرا این محلول بافت های باقی مانده پالپ را حل کرده و باکتری های داخل کانال را کاملاً از بین می برد. در مجموع آب ژاول در صورت استفاده با غلظت صحیح همچنان یک ابزار مطمئن و پر قدرت در اختیار تیم پزشکی برای کنترل عفونت و ضدعفونی محیط و برخی درمان های معین است.

ترکیبات ناسازگار و واکنش های خطرناک با آب ژاول

یکی از مهم ترین اصول ایمنی در مورد وایتکس این است که هرگز آن را با سایر مواد شیمیایی پاک کننده مخلوط نکنید. ترکیب وایتکس با اسید ها (مانند سرکه یا جرم گیر های اسیدی) گاز کلر آزاد می کند. کلر گازی بسیار سمی است استنشاق آن حتی در غلظت های پایین باعث سوزش چشم ها و مخاط دهان و بینی، سرگیجه و حالت تهوع می شود و قرار گرفتن در معرض حجم زیاد آن ممکن است کشنده باشد. مخلوط کردن وایتکس با آمونیاک (یا محصولات حاوی آمونیاک مانند برخی شیشه پاک کن ها) نیز گاز های سمی کلرامین (کلر + آمونیاک) تولید می کند که استشمام آن ها به سختی قابل تحمل و خطرناک است. حتی ترکیب سفیدکننده با الکل یا حلال های آلی هم می تواند بسیار خطرناک باشد؛ برای مثال اضافه کردن وایتکس به الکل صنعتی یا الکل سفید باعث تشکیل کلروفرم و دیگر ترکیبات کلر دار می شود که هم سمی هستند و هم احتمالاً سرطان زا. به طور کلی، افزودن هر چیزی به محلول آب ژاول به جز آب معمولی ریسک زیادی دارد. هیپوکلریت سدیم بسیار واکنش پذیر است و باید به تنهایی استفاده شود و پس از اتمام کار سطوح باید با آب شسته شوند تا بقایای وایتکس پاک گردد. حتی بدون ترکیب عمدی هم باید مراقب بود وایتکس با چه موادی تماس پیدا می کند: این ماده بسیاری از فلزات (مانند آلومینیوم، آهن یا فولاد) را خورده و زنگ زده می کند و در تماس با مواد آلی نیز می تواند واکنش های خطرناک (از تولید گاز های سمی گرفته تا حرارت و فشار ناگهانی) ایجاد کند. بنابراین بهترین کار این است که وایتکس را فقط به تنهایی استفاده کنید، تنها با آب رقیق کنید و پیش از کاربرد هر پاک کننده دیگری روی همان سطح، باقی مانده وایتکس را کاملاً آبکشی کنید. با این روش، هم از وقوع واکنش های شیمیایی ناخواسته جلوگیری می کنید و هم اطمینان می یابید که اثر گند زدایی وایتکس به طور کامل اعمال شده است.

مقایسه هیپوکلریت سدیم با سایر عوامل سفید کننده و ضدعفونی کننده

در حالی که هیپوکلریت سدیم یک ماده متداول و پر قدرت برای سفید کردن و گند زدایی است، مواد شیمیایی دیگری نیز وجود دارند که اهداف مشابهی را دنبال می کنند. هر یک از این گزینه های جایگزین نسبت به آب ژاول مزایا، معایب و زمینه های کاربرد خاص خود را دارند. برای مثال، کلسیم هیپوکلریت (یک جامد که اغلب پودر سفید کننده یا کلر استخری نامیده می شود) منبع غلیظی از کلر فراهم می کند و در انبار داری پایدار تر است؛ از این رو برای ضدعفونی آب استخر ها و تهیه قرص های کلر جهت تصفیه آب در شرایط اضطراری مناسب است، هرچند باید با دقت جابه جا شود زیرا یک اکسید کننده قوی است. گاز کلر (Cl₂) در تصفیه آب شهری و سفید گری صنعتی به کار می رود؛ این روش بسیار مؤثر است اما به علت خطر بالای گاز کلر نیازمند احتیاط فراوان در کاربرد می باشد. کلر دی اکسید (ClO₂) یک ضدعفونی کننده و سفیدکننده قوی است که محصولات فرعی کلردار کمتری تولید می کند، اما ناپایدار است و باید همان لحظه و به اندازه نیاز تهیه شود. خارج از ترکیبات کلردار، هیدروژن پراکسید یک اکسید کننده مایع است که برای ضدعفونی ملایم سطوح و سفید کردن پارچه های رنگی استفاده می شود و پس از مصرف تنها آب و اکسیژن بر جا می گذارد. اوزون (O₃) نیز یک گاز اکسیدکننده بسیار قوی است که در برخی فرآیند های پیشرفته تصفیه آب و حتی سامانه های لباس شویی مورد استفاده قرار می گیرد؛ اوزون هیچ باقی مانده مضری بر جا نمی گذارد اما باید به طور پیوسته و در محل تولید شود. همچنین محصولاتی به نام سفید کننده اکسیژنی مانند سدیم پرکربنات به صورت پودر موجود هستند که در تماس با آب هیدروژن پراکسید آزاد می کنند و به عنوان جایگزینی ملایم تر و سازگار با محیط زیست برای وایتکس در شستشوی البسه به کار می روند. هر یک از این عوامل چه بر پایه کلر باشند و چه نباشند کاربرد ها و محدودیت های ویژه خود را دارند. جدول زیر برخی ویژگی های کلیدی هیپوکلریت سدیم را با تعدادی از این گزینه های جایگزین مقایسه می کند: