पिरान्हा समाधान

पिरान्हा घोल, जिसे पिरान्हा ईच के रूप में भी जाना जाता है, सल्फ्यूरिक एसिड का मिश्रण है (H2SO4) और हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H2O2). मिश्रण का परिणाम प्रति-हेक्सा-सल्फ्यूरिक एसिड नामक दो एसिड के एक मजबूत संघ को जन्म देता है (एच4इसलिए6) जिसका उपयोग सबस्ट्रेट्स से कार्बनिक यौगिक अवशेषों को साफ करने के लिए किया जाता है। क्योंकि मिश्रण एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट है, यह अधिकांश कार्बनिक पदार्थों को विघटित कर देगा, और यह अधिकांश सतहों को हाइड्रॉकसिल ेट भी करेगा (-OH समूहों को जोड़कर), उन्हें अत्यधिक हाइड्रोफिलिक (पानी-संगत) बना देगा। इसका मतलब यह है कि समाधान आसानी से कपड़ा और त्वचा को भी सॉल्व कर सकता है, संभावित रूप से अनजाने संपर्क के मामले में गंभीर क्षति और रासायनिक जलन हो सकती है।

तैयारी और उपयोग
कई अलग-अलग मिश्रण अनुपात आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं, और सभी को पिरान्हा कहा जाता है। एक विशिष्ट मिश्रण केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड के 3 भाग और 1 भाग है हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान; अन्य प्रोटोकॉल 4:1 या 7:1 मिश्रण का उपयोग कर सकते हैं। एक करीबी से संबंधित मिश्रण, जिसे कभी-कभी बेस पिरान्हा कहा जाता है, अमोनिया पानी का 3:1 मिश्रण होता है ([NH4]OH, या NH3(aq)) हाइड्रोजन पेरोक्साइड के साथ। चूंकि अम्लीय परिस्थितियों की तुलना में हाइड्रोजन पेरोक्साइड उच्च पीएच पर कम स्थिर होता है, [NH4]OH (पीएच सी। 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 हमेशा सल्फ्यूरिक एसिड में हाइड्रोजन पेरोक्साइड मिलाकर धीरे-धीरे तैयार करना चाहिए, कभी भी उल्टे क्रम में नहीं। यह मिश्रण प्रक्रिया के दौरान हाइड्रोजन पेरोक्साइड की एकाग्रता को कम करता है, तात्कालिक गर्मी उत्पादन और विस्फोट जोखिम को कम करने में मदद 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 विस्फोट हो सकता है। 1:1 एसिड-पेरोक्साइड मिश्रण सामान्य 30 wt का उपयोग करने पर भी विस्फोट का जोखिम पैदा करेगा। % हाइड्रोजन पेरोक्साइड। एक बार जब मिश्रण स्थिर हो जाता है, तो इसकी प्रतिक्रियाशीलता को बनाए रखने के लिए इसे और गर्म किया जा सकता है। गर्म (अक्सर बुदबुदाती) घोल कार्बनिक यौगिकों को सबस्ट्रेट्स से साफ करता है और अधिकांश धातु सतहों को ऑक्सीडाइज़ या हाइड्रॉक्सिलेट करता है। सफाई में आमतौर पर 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 सामग्री पर लागू किया जा सकता है, पहले सल्फ्यूरिक एसिड लागू किया जा सकता है, उसके बाद पेरोक्साइड। हाइड्रोजन पेरोक्साइड के स्व-अपघटन के कारण, पिरान्हा समाधान को हमेशा 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 जोखिम 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 आमतौर पर रासायनिक कचरे के रूप में निपटाया जाता है, अगर समाधान अभी तक पूरी तरह से स्वयं-विघटित नहीं हुआ है, या सुरक्षित रूप से बेअसर 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
पिरान्हा समाधान का उपयोग अक्सर microelectronics उद्योग में किया जाता है, उदा। वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) से photoresist  या जैविक सामग्री अवशेषों को साफ करने के लिए। यह  सेमीकंडक्टर डिवाइस का निर्माण  में वेफर्स के  नक़्क़ाशी (माइक्रोफैब्रिकेशन)  में भी व्यापक रूप से कार्यरत है।

प्रयोगशाला में, इस घोल का उपयोग कभी-कभी प्रयोगशाला कांच के बर्तनों को साफ करने के लिए किया जाता है, हालांकि कई संस्थानों में इसे हतोत्साहित किया जाता है और इसके खतरों के कारण इसे नियमित रूप से उपयोग नहीं किया जाना चाहिए। क्रोमिक एसिड समाधानों के विपरीत, पिरान्हा कांच के बर्तनों को दूषित नहीं करता है Cr(3+) आयन।

पिरान्हा समाधान विशेष रूप से उपयोगी होता है जब फ्रिटेड ग्लास | सिंटर्ड (या फ्रिटेड) ग्लास फिल्टर की सफाई करते हैं। सिन्टर्ड ग्लास फिल्टर की एक अच्छी सरंध्रता और पर्याप्त पारगम्यता (पृथ्वी विज्ञान) इसके उचित कार्य के लिए महत्वपूर्ण है, इसलिए इसे कभी भी बेस (रसायन विज्ञान) (सोडियम हाइड्रॉक्साइड, ट्राइसोडियम फॉस्फेट |Na3PO4, सोडियम कार्बोनेट|Na2CO3, ...) जो कांच के सिंटर के सिलिकॉन डाइऑक्साइड को भंग कर देता है और फिल्टर को सील कर देता है। सिंटर्ड ग्लास भी छोटे ठोस कणों को अपनी सरंध्रता के अंदर गहराई तक फँसा लेता है, जिससे उन्हें निकालना मुश्किल हो जाता है। जहां कम आक्रामक सफाई के तरीके विफल हो जाते हैं, पिरान्हा समाधान का उपयोग छिद्र आयामों को अत्यधिक नुकसान के बिना सिंटर को एक प्राचीन सफेद, मुक्त-प्रवाहित रूप में वापस करने के लिए किया जा सकता है। यह आमतौर पर समाधान को निसादित ग्लास के माध्यम से पीछे की ओर रिसने की अनुमति देकर प्राप्त किया जाता है। हालांकि पिरान्हा के घोल से झालरदार गिलास  को साफ करने से ग्लास को नुकसान पहुंचाए बिना जितना संभव हो उतना साफ हो जाएगा, विस्फोट के जोखिम 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 मौजूद 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 एसिड द्वारा पानी की इकाइयों के रूप में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को हटाना। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि संकेंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड की हाइड्रेशन प्रतिक्रिया -880 kjoule/mol (यूनिट) की प्रतिक्रिया की मानक एन्थैल्पी (प्रतिक्रिया की मानक एन्थैल्पी|ΔH) के साथ दृढ़ता से ऊष्मप्रवैगिकी रूप से अनुकूल होती है। इसकी अम्लता के बजाय यह तीव्र निर्जलीकरण प्रतिक्रिया है, जो केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड बनाती है, और इसलिए पिरान्हा समाधान, संभालने के लिए खतरनाक है।

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। हालांकि, नाम के लिए दूसरा और अधिक निश्चित तर्क पिरान्हा समाधान की कुछ भी खाने की क्षमता है, विशेष रूप से कालिख या घाव के रूप में मौलिक कार्बन।

इस दूसरी और कहीं अधिक रोचक प्रक्रिया को समझा जा सकता है कि सल्फ्यूरिक-एसिड 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 सामग्री जो कमरे के तापमान जलीय प्रतिक्रियाओं के लिए बेहद प्रतिरोधी है (जैसे, उदाहरण के लिए, सल्फोक्रोमिक मिश्रण के साथ)। इस परिवर्तन को हाइड्रोनियम आयन, सल्फेट#हाइड्रोजन सल्फेट (बाइसल्फेट) आयन बनाने के लिए केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड 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^{•}):

यह अत्यंत प्रतिक्रियाशील परमाणु ऑक्सीजन प्रजाति है जो पिरान्हा समाधान को मौलिक कार्बन को भंग करने की अनुमति देती है। अत्यधिक स्थिर और आमतौर पर ग्रेफाइट-जैसे कक्षीय संकरण के कारण कार्बन अपररूपता पर रासायनिक रूप से हमला करना मुश्किल 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 पड़ोसियों 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 शुरू 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 पड़ोसी 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 सामग्री को डुबोया गया है, आम तौर पर 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। हालांकि, चूंकि यह हल्के एसिड का उपयोग करके इस तरह के जमा को हटाने के लिए सुरक्षित और आसान है, समाधान आमतौर पर उन स्थितियों में अधिक उपयोग किया जाता है जहां उच्च अम्लता इसे जटिल बनाने के बजाय 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 जोखिम 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 कमजोर या क्षीण पिरान्हा घोल भी शामिल 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 ताकि हवादार धूआं हुड के नीचे रिसेप्टेकल्स को खुला छोड़ दिया जा सके। यह खर्च किए गए समाधान को निपटान से पहले नीचा दिखाने की अनुमति देता है और विशेष रूप से महत्वपूर्ण है अगर तैयारी में पेरोक्साइड का एक बड़ा हिस्सा इस्तेमाल किया गया था। जबकि कुछ संस्थानों का मानना ​​है कि इस्तेमाल किए गए पिरान्हा घोल को खतरनाक कचरे के रूप में एकत्र किया जाना चाहिए, दूसरों का मानना ​​है कि इसे बेअसर 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 | एसिड-बेस न्यूट्रलाइजेशन में पिरान्हा घोल को पर्याप्त रूप से बड़े ग्लास कंटेनर में डालना शामिल है, जो कम से कम पांच बार घोल के बर्फ के द्रव्यमान से भरा होता है ( उष्माक्षेपी प्रतिक्रिया को ठंडा करने के लिए, और कमजोर पड़ने के उद्देश्यों के लिए भी), फिर धीरे-धीरे 1M सोडियम हाइड्रॉक्साइड या  पोटेशियम हाइड्रोक्साइड  घोल को बेअसर 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 कार्बन डाइऑक्साइड भी छोड़ती हैCO2 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 + Fe(2+))
 * हरी मौत (xH2SO4 + yHCl + zFeCl3 + wCuCl2)
 * पेरोक्सीडिसल्फ्यूरिक एसिड, या मार्शल एसिड (H2S2O8)
 * पेरोक्सिमोनोसल्फ्यूरिक एसिड, या कैरो एसिड (H2SO5)
 * आरसीए स्वच्छ (सिलिकॉन वेफर सफाई प्रक्रिया)
 * क्रोमिक एसिड (H2CrO4)
 * सुपरहाइड्रोफिलिसिटी
 * अल्ट्राहाइड्रोफोबिसिटी

बाहरी संबंध

 * (responsibly)
 * (demonstrably)
 * (demonstrably)

Piranha-Lösung