पिरान्हा समाधान

पिरान्हा घोल में सक्रिय विभिन्न अणुओं के आणविक मॉडल: पेरोक्सिमोनोसल्फ्यूरिक अम्ल (H₂SO₅) और हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H₂O₂).

पिरान्हा घोल जिसे पिरान्हा ईच के रूप में भी जाना जाता है, सल्फ्यूरिक अम्ल (H₂SO₄) और हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H₂O₂) का मिश्रण है। मिश्रण का परिणाम प्रति-हेक्सा-सल्फ्यूरिक अम्ल (H₄SO₆) नामक दो अम्ल के एक शक्तिशाली संघ को उत्पन्न करता है जिसका उपयोग सबस्ट्रेट्स से कार्बनिक अवशेषों को साफ करने के लिए किया जाता है। क्योंकि मिश्रण एक शक्तिशाली ऑक्सीकरण एजेंट है यह अधिकांश कार्बनिक पदार्थों को विघटित कर देगा और यह अधिकांश सतहों को हाइड्रॉक्सिलेट भी करेगा (-OH समूहों को जोड़कर) उन्हें अत्यधिक हाइड्रोफिलिक (जल-संगत) बना देगा। इसका अर्थ यह है कि समाधान कपड़े और त्वचा को आसानी से भंग कर सकता है जिससे संभावित रूप से गंभीर क्षति हो सकती है और अनजाने संपर्क के स्थिति में रासायनिक जलन हो सकती है।

तैयारी और उपयोग

कई अलग-अलग मिश्रण अनुपात सामान्यतः उपयोग किए जाते हैं, और सभी को पिरान्हा कहा जाता है। एक विशिष्ट मिश्रण में केंद्रित सल्फ्यूरिक अम्ल के 3 भाग और 30 wt. % का 1 भाग होता है। हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान; अन्य प्रोटोकॉल 4: 1 या 7: 1 मिश्रण का उपयोग कर सकते हैं। एक निकटता से संबंधित मिश्रण जिसे कभी-कभी "बेस पिरान्हा" कहा जाता है हाइड्रोजन पेरोक्साइड के साथ अमोनिया समाधान [NH₄]OH, या NH₃(aq) का 3: 1 मिश्रण है। चूँकि हाइड्रोजन परॉक्साइड अम्लीय परिस्थितियों की तुलना में उच्च pH पर कम स्थिर होता है ,[NH₄]OH (pH c. 11.6) भी इसके अपघटन को तेज करता है। उच्च पीएच पर H₂O₂ हिंसक रूप से विघटित हो जाएगा।

पिरान्हा का घोल बहुत सावधानी से तैयार किया जाना चाहिए। यह अत्यधिक संक्षारक पदार्थ और एक अत्यंत शक्तिशाली ऑक्सीकरण एजेंट है। समाधान के संपर्क में आने से पहले सतहों को उचित रूप से साफ और पिछले धोने के चरणों से पूरी तरह से कार्बनिक विलायक से मुक्त होना चाहिए। पिरान्हा घोल अपघटन कार्बनिक संदूषकों द्वारा साफ किया जाता है और बड़ी मात्रा में संदूषक हिंसक बुदबुदाहट और गैस की रिहाई का कारण बनेंगे जो विस्फोट का कारण बन सकते हैं।

पिरान्हा का घोल सदैव सल्फ्यूरिक अम्ल में हाइड्रोजन पेरोक्साइड मिलाकर धीरे-धीरे तैयार करना चाहिए कभी भी उल्टे क्रम में नहीं यह मिश्रण प्रक्रिया के समय हाइड्रोजन पेरोक्साइड की एकाग्रता को कम करता है, तात्कालिक गर्मी उत्पादन और विस्फोट कठिन परिस्थिति को कम करने में सहायता करता है। घोल को मिलाना एक अत्यंत उष्माक्षेपी प्रक्रिया है। यदि घोल को तेजी से बनाया जाता है, तो यह बड़ी मात्रा में संक्षारक धुएं को छोड़ते हुए तुरंत उबल जाएगा। यहां तक ​​​​कि जब देखभाल के साथ बनाया जाता है तो परिणामी गर्मी आसानी से समाधान के तापमान को 100 डिग्री सेल्सियस से ऊपर ला सकती है। डिग्री सेल्सियस इसका उपयोग करने से पहले इसे यथोचित ठंडा होने दिया जाना चाहिए। तापमान में अचानक वृद्धि भी अत्यंत अम्लीय घोल के हिंसक उबलने का कारण बन सकती है। से अधिक सांद्रता पर हाइड्रोजन पेरोक्साइड का उपयोग करके बनाए गए समाधान 50 wt % विस्फोट हो सकता है। 1:1 अम्लीय -पेरोक्साइड मिश्रण सामान्य 30 wt % हाइड्रोजन पेरोक्साइड का उपयोग करने पर भी विस्फोट का कठिन परिस्थिति उत्पन्न करेगा।

एक बार जब मिश्रण स्थिर हो जाता है तो इसकी प्रतिक्रियाशीलता को बनाए रखने के लिए इसे और गर्म किया जा सकता है। गर्म ( अधिकांशतः बुदबुदाती) घोल कार्बनिक यौगिकों को सबस्ट्रेट्स से साफ करता है और अधिकांश धातु सतहों को ऑक्सीडाइज़ या हाइड्रॉक्सिलेट करता है। सफाई में सामान्यतः लगभग 10 से 40 मिनट की आवश्यकता होती है, जिसके बाद सबस्ट्रेट्स को समाधान से हटाया जा सकता है और शुद्ध पानी से धोया जा सकता है।

समाधान को आवेदन से पहले मिश्रित किया जा सकता है या सीधे पदार्थ पर प्रयुक्त किया जा सकता है पहले सल्फ्यूरिक अम्ल प्रयुक्त किया जा सकता है उसके बाद पेरोक्साइड हाइड्रोजन पेरोक्साइड के स्व-अपघटन के कारण, पिरान्हा समाधान को सदैव ताजा तैयार किया जाना चाहिए (अस्थायी तैयारी) घोल को संग्रहित नहीं किया जाना चाहिए, क्योंकि यह गैस उत्पन्न करता है और इसलिए अधिक दबाव और विस्फोट के कठिन परिस्थिति के कारण इसे बंद कंटेनर में नहीं रखा जा सकता है। जैसा कि समाधान कई कम करने वाले एजेंट के साथ हिंसक रूप से प्रतिक्रिया करता है जिसे सामान्यतः रासायनिक कचरे के रूप में निपटाया जाता है यदि समाधान अभी तक पूरी तरह से स्वयं-विघटित नहीं हुआ है, या सुरक्षित रूप से प्रभावहीन हो गया है तो इसे एक खुले कंटेनर में एक धूआं हुड के नीचे छोड़ दिया जाना चाहिए और स्पष्ट रूप से चिह्नित किया जाना चाहिए।

अनुप्रयोग

O₂ हाइड्रोजन पेरोक्साइड और सल्फ्यूरिक अम्ल के बीच प्रतिक्रिया से उत्पन्न परमाणु ऑक्सीजन के सहसंयोजन (रसायन विज्ञान) द्वारा गठित।

पिरान्हा समाधान का उपयोग अधिकांशतः माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उद्योग में किया जाता है, उदा वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) से फोटोप्रतिरोध या जैविक पदार्थ अवशेषों को साफ करने के लिए यह अर्धचालक उपकरण का निर्माण में वेफर्स के नक़्क़ाशी (माइक्रोफैब्रिकेशन) में भी व्यापक रूप से कार्यरत है।

प्रयोगशाला में इस घोल का उपयोग कभी-कभी कांच के बर्तनों को साफ करने के लिए किया जाता है, चूँकि कई संस्थानों में इसे हतोत्साहित किया जाता है और इसके खतरों के कारण इसे नियमित रूप से उपयोग नहीं किया जाना चाहिए। क्रोमिक अम्ल समाधानों के विपरीत, पिरान्हा Cr³⁺ आयनों के साथ कांच के बने पदार्थ को दूषित नहीं करता है।

सिंटर्ड (या "फ्रिटेड") ग्लास फिल्टर की सफाई करते समय पिरान्हा समाधान विशेष रूप से उपयोगी होता है। सिंटर्ड ग्लास फिल्टर की अच्छी सरंध्रता और पर्याप्त पारगम्यता इसके उचित कार्य के लिए महत्वपूर्ण है इसलिए इसे कभी भी शक्तिशाली आधारों (NaOH, Na₃PO₄, Na₂CO₃, ...) से साफ नहीं किया जाना चाहिए, जो ग्लास सिंटर के सिलिका को भंग कर देता है और फिल्टर को रोक देता है। सिंटर्ड ग्लास भी छोटे ठोस कणों को अपनी झरझरा संरचना के अंदर गहराई तक फँसा लेता है, जिससे उन्हें निकालना कठिन हो जाता है। जहां कम आक्रामक सफाई के विधि विफल हो जाते हैं पिरान्हा समाधान का उपयोग छिद्र आयामों को अत्यधिक हानि के बिना सिंटर को एक प्राचीन सफेद, मुक्त-प्रवाहित रूप में वापस करने के लिए किया जा सकता है। यह सामान्यतः समाधान को निसादित ग्लास के माध्यम से पीछे की ओर रिसने की अनुमति देकर प्राप्त किया जाता है। चूँकि सिंटर्ड ग्लास को पिरान्हा के घोल से साफ करने से ग्लास को हानि पहुंचाए बिना जितना संभव हो उतना साफ हो जाएगा, किंतु विस्फोट के कठिन परिस्थिति के कारण इसकी अनुशंसा नहीं की जाती है।

पिरान्हा समाधान का उपयोग इसकी सतह पर हाइड्रॉक्सिलेशन द्वारा ग्लास को अधिक हाइड्रोफिलिक बनाने के लिए भी किया जाता है, इस प्रकार इसकी सतह पर उपस्थित सिलानोल समूहों की संख्या में वृद्धि होती है।

तंत्र

कार्बनिक अवशेषों को विघटित करने में पिरान्हा समाधान की प्रभावशीलता दो अलग-अलग प्रक्रियाओं के कारण अलग-अलग दरों पर चल रही है। पहली और तेज़ प्रक्रिया है सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल द्वारा पानी की इकाइयों के रूप में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को हटाना ऐसा इसलिए होता है क्योंकि संकेंद्रित सल्फ्यूरिक अम्ल की हाइड्रेशन प्रतिक्रिया -880 kjoule/mol (ईकाई ) की प्रतिक्रिया की मानक एन्थैल्पी (प्रतिक्रिया की मानक एन्थैल्पी ΔH) के साथ दृढ़ता से ऊष्मप्रवैगिकी रूप से अनुकूल होती है। इसकी अम्लता के अतिरिक्त यह तीव्र निर्जलीकरण प्रतिक्रिया है जो केंद्रित सल्फ्यूरिक अम्ल बनाती है और इसलिए पिरान्हा समाधान संभालने के लिए खतरनाक है।

H₂SO₄ + H₂O₂ → H₂SO₅ (Caro's acid) + H₂O

यह निर्जलीकरण प्रक्रिया सामान्य कार्बनिक पदार्थ विशेष रूप से कार्बोहाइड्रेट के तेजी से अथ जलकर कोयला हो जाना के रूप में प्रदर्शित होती है जब वे पिरान्हा समाधान के संपर्क में आते हैं। इस पहली प्रक्रिया की शक्ति के लिए पिरान्हा समाधान का नाम आंशिक रूप से रखा गया था क्योंकि बड़ी मात्रा में कार्बनिक अवशेषों को घोल में डुबोया जाता है, इतनी हिंसक रूप से निर्जलित किया जाता है कि यह प्रक्रिया पिरान्हा खिला उन्माद जैसा दिखता है। चूँकि नाम के लिए दूसरा और अधिक निश्चित तर्क, पिरान्हा समाधान की कालिख या चार के रूप में विशेष मौलिक कार्बन में "कुछ भी खाने" की क्षमता है।

इस दूसरी और कहीं अधिक रोचक प्रक्रिया को समझा जा सकता है कि सल्फ्यूरिक-अम्ल ने अपेक्षाकृत हल्के ऑक्सीकरण एजेंट से हाइड्रोजन पेरोक्साइड के रूपांतरण को मौलिक कार्बन को भंग करने के लिए पर्याप्त रूप से आक्रामक बना दिया एक ऐसी पदार्थ जो कमरे के तापमान जलीय प्रतिक्रियाओं के लिए अधिक प्रतिरोधी है (जैसे, उदाहरण के लिए, सल्फोक्रोमिक मिश्रण के साथ) इस परिवर्तन को हाइड्रोनियम आयन, सल्फेट या हाइड्रोजन सल्फेट (बाइसल्फेट) आयन बनाने के लिए केंद्रित सल्फ्यूरिक अम्ल द्वारा हाइड्रोजन पेरोक्साइड के ऊर्जावान रूप से अनुकूल निर्जलीकरण के रूप में देखा जा सकता है, और, क्षणिक रूप से, परमाणु ऑक्सीजन रेडिकल (रसायन विज्ञान) (बहुत अस्थिर) O^•):

H₂SO₄ + H₂O₂ → [H₃O]⁺ + HSO−4 + O^•

यह अत्यंत प्रतिक्रियाशील परमाणु ऑक्सीजन प्रजाति है जो पिरान्हा समाधान को मौलिक कार्बन को भंग करने की अनुमति देती है। अत्यधिक स्थिर और सामान्यतः ग्रेफाइट-जैसे कक्षीय संकरण के कारण कार्बन अपररूपता पर रासायनिक रूप से हमला करना कठिन होता है क्योंकि सतह के कार्बन परमाणु एक दूसरे के साथ बनते हैं। सबसे संभावित मार्ग जिसके द्वारा समाधान इन स्थिर कार्बन-कार्बन सतह बांडों को बाधित करता है, एक परमाणु ऑक्सीजन के लिए सबसे पहले कार्बोनिल समूह बनाने के लिए सतह कार्बन से सीधे जुड़ा होता है:

उपरोक्त प्रक्रिया में ऑक्सीजन परमाणु प्रभावी रूप से केंद्रीय कार्बन से एक इलेक्ट्रॉन बंधन जोड़ी चुराता है कार्बोनिल समूह बनाता है और साथ ही साथ अपने एक या अधिक निकटतम के साथ लक्ष्य कार्बन परमाणु के बंधनों को बाधित करता है। नतीजा एक कैस्केडिंग प्रभाव है जिसमें एक एकल परमाणु ऑक्सीजन प्रतिक्रिया स्थानीय बंधन संरचना की महत्वपूर्ण खुलासा प्रारंभ करती है जो बदले में जलीय प्रतिक्रियाओं की एक विस्तृत श्रृंखला को पहले अभेद्य कार्बन परमाणुओं को प्रभावित करने की अनुमति देती है। आगे के ऑक्सीकरण उदाहरण के लिए, प्रारंभिक कार्बोनिल समूह को कार्बन डाईऑक्साइड में परिवर्तित कर सकते हैं और निकट कार्बन पर एक नया कार्बोनिल समूह बना सकते हैं जिनके बंधन बाधित हो गए थे:

पिरान्हा समाधान द्वारा हटाया गया कार्बन या तो निर्जलीकरण प्रतिक्रिया से मूल अवशेष या चार (रसायन विज्ञान) हो सकता है। रिडॉक्स प्रक्रिया निर्जलीकरण प्रक्रिया की तुलना में धीमी है, जो कुछ मिनटों में होती है। कार्बन का ऑक्सीकरण खुद को प्रारंभिक निर्जलीकरण प्रक्रिया द्वारा छोड़े गए निलंबित कालिख और कार्बन चार के क्रमिक समाशोधन के रूप में प्रदर्शित करता है। समय के साथ पिरान्हा समाधान जिसमें जैविक पदार्थ को डुबोया गया है सामान्यतः पूरी तरह से स्पष्टता में लौट आता है जिसमें मूल कार्बनिक पदार्थों का कोई निशान दिखाई नहीं देता है।

पिरान्हा घोल की सफाई में एक अंतिम माध्यमिक योगदान इसकी उच्च अम्लता है जो धातु ऑक्साइड, हीड्राकसीड और कार्बोनेट जैसे जमाव को घोलता है। चूंकि यह हल्के अम्ल का उपयोग करके इस तरह के जमा को हटाने के लिए सुरक्षित और आसान है, समाधान सामान्यतः उन स्थितियों में अधिक उपयोग किया जाता है जहां उच्च अम्लता इसे जटिल बनाने के अतिरिक्त सफाई की सुविधा प्रदान करती है। अम्लता के लिए कम सहिष्णुता वाले सब्सट्रेट्स के लिए अमोनिया समाधान और हाइड्रोजन पेरोक्साइड से युक्त एक क्षार, जिसे बेस पिरान्हा के रूप में जाना जाता है को प्राथमिकता दी जाती है।

सुरक्षा और निपटान

अत्यधिक अम्लीय और प्रबल ऑक्सीकारक होने के कारण पिरान्हा के घोल को संभालना खतरनाक है। समाधान जो अब उपयोग नहीं किया जा रहा है उसे गर्म होने पर कभी भी अप्राप्य नहीं छोड़ा जाना चाहिए। गैस के अधिक दबाव और फैल के साथ विस्फोट (विशेष रूप से नाजुक पतली दीवार वाले वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क के साथ) के कठिन परिस्थिति के कारण इसे कभी भी एक बंद पात्र में संग्रहित नहीं किया जाना चाहिए। पिरान्हा के घोल को कभी भी कार्बनिक सॉल्वैंट्स (जैसे अपशिष्ट सॉल्वेंट काबोइ) के साथ नहीं फेंकना चाहिए, क्योंकि इससे एक हिंसक प्रतिक्रिया और एक बड़ा विस्फोट होगा और किसी भी जलीय अपशिष्ट कंटेनर में एक अशक्त या क्षीण पिरान्हा घोल भी सम्मिलित होना चाहिए इसे रोकने के लिए उचित रूप से लेबल किया जाना चाहिए। .

समाधान को ठंडा होने दिया जाना चाहिए और निपटान से पहले ऑक्सीजन गैस को फैलने दिया जाना चाहिए। कांच के बर्तनों की सफाई करते समय, यह विवेकपूर्ण और व्यावहारिक दोनों है कि पिरान्हा के घोल को रात भर प्रतिक्रिया करने की अनुमति दी जाए जिससे हवादार धूआं हुड के नीचे रिसेप्टेकल्स को खुला छोड़ दिया जा सकता है । यह खर्च किए गए समाधान को निपटान से पहले नीचा दिखाने की अनुमति देता है और विशेष रूप से महत्वपूर्ण है यदि तैयारी में पेरोक्साइड का एक बड़ा भाग उपयोग किया गया था। जबकि कुछ संस्थानों का मानना ​​है कि उपयोग किए गए पिरान्हा घोल को खतरनाक कचरे के रूप में एकत्र किया जाना चाहिए, दूसरों का मानना ​​है कि इसे प्रभावहीन किया जा सकता है और भारी मात्रा में पानी के साथ नाली में डाला जा सकता है। अनुचित न्यूट्रलाइजेशन तेजी से अपघटन का कारण बन सकता है जो शुद्ध ऑक्सीजन (निकट स्थान में ज्वलनशील पदार्थों की आग का खतरा बढ़ जाता है) जारी करता है।

तटस्थता (रसायन विज्ञान)रसायन विज्ञान) के लिए एक प्रक्रिया अम्लीय -बेस न्यूट्रलाइजेशन में पिरान्हा घोल को पर्याप्त रूप से बड़े ग्लास कंटेनर में डालना सम्मिलित है, जो कम से कम पांच बार घोल के बर्फ के द्रव्यमान से भरा होता है ( उष्माक्षेपी प्रतिक्रिया को ठंडा करने के लिए और अशक्त पड़ने के उद्देश्यों के लिए भी) फिर धीरे-धीरे 1M सोडियम हाइड्रॉक्साइड या पोटेशियम हाइड्रोक्साइड घोल को प्रभावहीन होने तक मिलाएं यदि बर्फ उपलब्ध नहीं है, तो पिरान्हा घोल को एक बड़े कांच के कंटेनर में सोडियम बाईकारबोनेट के संतृप्त घोल में बहुत धीरे-धीरे जोड़ा जा सकता है, जिसमें बड़ी मात्रा में अघुलनशील बाइकार्बोनेट होता है, जो कि कम होने पर नवीनीकृत होता है। बाइकार्बोनेट विधि बड़ी मात्रा में गैसीय CO₂ कार्बन डाइऑक्साइड भी छोड़ती है और इसलिए इसे पसंद नहीं किया जाता है क्योंकि यह बहुत सारे झाग के साथ आसानी से बह सकता है यदि पिरान्हा के घोल को पर्याप्त रूप से धीमा नहीं किया जाता है, और बिना ठंडा किए घोल बहुत गर्म हो सकता है।

यह भी देखें

• शाही पानी (HNO₃ + 3 HCl)
• फेंटन का अभिकर्मक (H₂O₂ + Fe²⁺)
• हरी मौत (xH₂SO₄ + yHCl + zFeCl₃ + wCuCl₂)
• पेरोक्सीडिसल्फ्यूरिक अम्लीय , या मार्शल अम्ल (H₂S₂O₈)
• पेरोक्सिमोनोसल्फ्यूरिक अम्लीय , या कैरो अम्ल (H₂SO₅)
• आरसीए स्वच्छ (सिलिकॉन वेफर सफाई प्रक्रिया)
• क्रोमिक अम्ल (H₂CrO₄)
• सुपरहाइड्रोफिलिसिटी
• अल्ट्राहाइड्रोफोबिसिटी

बाहरी संबंध

• How to make Piranha Solution on YouTube (responsibly)
• How to real etching in plated copper: H₂SO₄ + H₂O₂ + Cu on YouTube (demonstrably)
• Piranha solution dissolves a hot dog on YouTube (demonstrably)