Chemistry
Hypochlorous Acid
IUPAC Name : Hypochlorous acid, chloric(I) acid, chloranol, hydroxidochlorine
Other Names : 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
Appearance : Colorless aqueous solution
Solubility in water : Soluble
Acidity : 7.,53
Elektrolyse
In Chemie und Fertigung ist die Elektrolyse eine Technik, die einen elektrischen Gleichstrom (DC) verwendet, um eine ansonsten nicht spontane chemische Reaktion anzutreiben. Die Elektrolyse ist kommerziell wichtig als eine Stufe in der Trennung von Elementen aus natürlich vorkommenden Quellen. Die Elektrolyse von Natriumchlorid (NaCl) und Wasser (H2O) kann zur Erzeugung von Hypochlorsäure verwendet werden. Die Elektrolysetechnologie wurde erstmals von Michael Farraday erklärt, als er in den 1830er Jahren die Gesetze der Elektrolyse entwickelte., Das Leiten von elektrischem Strom über zwei Elektroden in einer Salzsalzlösung kann Chlorgas, Natriumhypochlorit (Bleichmittel oder NaOCl), Hypochlorsäure, Natriumhydroxid, Wasserstoffgas, Ozon und Spuren anderer entstehender Oxidationsmittel erzeugen.
Der Schlüsselprozess der Elektrolyse ist der Austausch von Atomen und Ionen durch Entfernung oder Zugabe von Elektronen aus dem externen Stromkreis. Ein elektrisches Potential wird über ein Elektrodenpaar angelegt, das in den Elektrolyten eingetaucht ist. Jede Elektrode zieht Ionen an, die die entgegengesetzte Ladung haben., Positiv geladene Ionen (Kationen) bewegen sich in Richtung der elektronenbereitstellenden (negativen) Kathode. Negativ geladene Ionen (Anionen) bewegen sich in Richtung der elektronenextrahierenden (positiven) Anode. In der Chemie wird der Verlust von Elektronen als Oxidation bezeichnet, während die Elektronenverstärkung als Reduktion bezeichnet wird.
Der erste Schritt bei der Herstellung von Hypochlorsäure ist beispielsweise die Elektrolyse einer Salzwassersole zur Herstellung von Wasserstoff und Chlor, die Produkte sind gasförmig. Diese gasförmigen Produkte sprudeln aus dem Elektrolyten und werden gesammelt.,
2 NaCl ( s) + 2 H20(l) → 2 NaOH(aq) + H2(g) + Cl2(g)
Membranzellentechnologie
Die Ionenaustauschmembran besteht aus einem Polymer, das nur positive Ionen durchlässt. Das bedeutet, dass nur die Natriumionen aus der Natriumchloridlösung die Membran passieren können und nicht die Chloridionen. Der Vorteil dabei ist, dass die im rechten Kompartiment gebildete Natriumhydroxidlösung niemals mit einer Natriumchloridlösung kontaminiert wird. Die verwendete Natriumchloridlösung muss rein sein., Wenn es andere Metallionen enthielt, würden diese auch die Membran passieren und so die Natriumhydroxidlösung kontaminieren.
Wasserstoff wird an der Kathode erzeugt:
2H+(aq) + 2e- → H2(g)
Natriumhydroxid wird an der Kathode erzeugt :
Na+(aq) + OH-(aq) → NaOH (aq)
Der pH-Wert bestimmt die in wässrigen Lösungen vorhandenen freien Chlorarten. Bei einem pH-Wert zwischen 5 und 6 ist die Chlorart fast 100% Hypochlorsäure (HOCl). Wenn der pH-Wert unter 5 fällt, beginnt er sich in Cl2 (Chlorgas) umzuwandeln. Ab einem pH-Wert von 6 beginnt es, sich in das Hypochlorit-Ion (OCl -) umzuwandeln., 
Hypochlorsäure ist eine schwache Säure (pKa von etwa 7,5), was bedeutet, dass sie leicht Intohydrogen – und Hypochlorit – Ionen dissoziiert, wie in der Gleichung angegeben: : HOCl ⇌ H+ + OCl –
Zwischen einem pH-Wert von 6,5 und 8,5 Diese Dissoziation ist unvollständig und sowohl HOCl als auch OCl-Arten sind in gewissem Maße vorhanden. Unter einem pH-Wert von 6,5 tritt keine Dissoziation von HOCl auf, während über einem pH – Wert von 8,5 eine vollständige Dissoziation zu OCl-auftritt.
Da die keimtötende Wirkung von HOCl viel höher ist als die von OCl-, wird eine Chlorierung bei einem niedrigeren pH-Wert bevorzugt., Die keimtötende Effizienz von Hypochlorsäure (HOCl) ist viel höher als die des Hypochloriten Ions (OCl-). Die Verteilung der Chlorspezies zwischen HOCl und OCl-wird durch den pH-Wert bestimmt, wie oben diskutiert.
Da HOCl bei niedrigem pH-Wert dominiert, sorgt die Chlorierung für eine effektivere Desinfektion bei niedrigem pH-Wert. Bei hohem pH – Wert dominiert OCl -, was zu einer Abnahme der Desinfektionseffizienz führt.
Bakterien Inaktivierung
Chlor ist ein äußerst wirksames Desinfektionsmittel zur Inaktivierung von Bakterien., Eine Studie in den 1940er Jahren untersuchte die Inaktivierung Niveaus als Funktion der Zeit für E. coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhi und Shigella dysenteriae (Butterfield et al., 1943). Studienergebnisse zeigten, dass HOCl wirksamer ist als OCl – für die Inaktivierung dieser Bakterien. Diese Ergebnisse wurden von mehreren Forschern bestätigt, die zu dem Schluss kamen, dass HOCl 70-bis 80-mal wirksamer ist als OCl-für inaktivierende Bakterien (Culp / Wesner / Culp, 1986)., Seit 1986 gibt es Hunderte von Publikationen, die die Überlegenheit von HOCl gegenüber OCl- (visit Research Database) bestätigen.
Diese größte Herausforderung bestand darin, hypochlorige Säure mit einem nahezu neutralen pH-Wert anstelle von Chlorgas oder Hypochlorit zu erzeugen und dies in stabiler Form. Hypochlorsäure ist ein metastabiles Molekül. Es möchte wieder in Salzwasser zurückkehren oder in Hypochlorit umwandeln.,
Einzelzellentechnologie
Einer der größten Fortschritte war die Entwicklung der Einzelzellentechnologie, bei der ein einzelner Strom von freiem Chlor ohne ein Nebenprodukt von Natriumhydroxid (NaOH) erzeugt wird. Diese Technologie hat zur Entwicklung stabilerer Lösungen von Hypochlorsäure geführt und eine bessere Kontrolle über den pH-Wert des erzeugten freien Chlors ermöglicht., Da der pH-Wert des Wassers je nach Quelle weltweit unterschiedlich ist, ermöglicht die Änderung des pH-Werts der Sole eine bessere Kontrolle und Konsistenz bei der Erzeugung einer freien Chlorlösung zwischen pH 5 und 7, die von Hypochlorsäure (HOCl) dominiert wird.
